Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 227
Текст из файла (страница 227)
Также, благодаря паузе, пока рибосома не достигнет транслокатора в мембране ЭР, не синтезируются способные свернуться в компактную структуру большие участки белков. Таким образом, в отличие от посггрансляционного импорта белков в митохондрии и хлоропласты, для противодействия сворачиванию белков не нужны шапероны. После образования комплекс БКР-рибосома связывается с рецептором БКР, который представляет собой интегральный мембранный белковый комплекс, встроенный в мембрану шероховатого ЭР. За счет этого взаимодействия происходит сближение комплекса ИКР-рибосома и транслокатора белков. Затем ИКР и рецептор зКР высвобождаются, и транслокатор переносит растущую полипептидную цепь через мембрану (рис.
12.40). Процесс котрансляционного переноса создает две пространственно разделенные популяции ри(юсом в цитозоле. Мембраносвязаниые рибосомы, прикрепленные к цитоплазматической поверхности ЭР, участвуют в синтезе белков, которые будут впоследствии транслоцированы в ЭР. Свободные рибосомы, не прикрепленные к какой либо мембране, синтезируют все остальные белки, кодируемые ядерным геномом. Мембраносвязанные и свободные рибосомы структурно и функционально идентичны. Они отличаются только синтезируемыми в данный момент времени белками.
Поскольку с единственной молекулой мРНК может связаться несколько рибосом, обычно образуется полирибосома, которая прикрепляется в мембране ЭР посредством сигнальных последовательностей нескольких растущих полипептидных цепей (рис. 12.41, а). Отдельные ри(юсомы, связанные с такой молекулой мРНК, могут после окончания трансляции возвращаться в цитозоль и смешиваться с пулом свободных рибосом. Однако сама мРНК остается связанной с мембраной ЭР через сменяющие друг друга рибосомы, каждая из которых лишь на короткий промежуток времени связывается с транслокатором (рис. 12А1, б).
12.5.4. Полипептидная цепь проходит через водную пору транслокатора Долгое время обсуждали, как белок переносится в люмен ЭР: взаимодействует ли он напрямую с липидным бислоем или проходит через пору в белковом 52.5.3мдопдвззлйтггдеаи и рб гсуйум мРНК, кодирующая цитоплазматический б ох, 'тсявци 3 е б дн и ,б,щная,ириб.,ма в цитозопе 5' 5' Э' общий пул рибосомных субъединиц в цитозоле У % сигнальна поспедовательност ЭР растущими полипептидными цепями Рис. 12.41. Свободные и мембраносвязанные рибосомы. аг Общий пул рибосом синтезирует как белки, остающиеся в цитозоле, так и белки, транспортирующиеся в ЭР. Сигнальная последовательность ЭР на синтезируемой полипептидной цепи связывается с 5ВР, которая направляет транслирующую рибосому в мембрану ЭР. Молекула мРНК навсегда остается связанной с ЭР в составе полирибосомы, а рибосомы, движущиеся вдоль нее, рециркулируют; в конце каждого цикла белкового синтеза рибосомные субчастицы высвобождаются и возвращаются в общий пул вцитозоле.
б) Электронная микрофотографиятонкогосреза полирибосом, прикрепленных к мембране ЭР. Плоскость среза через ЭР в некоторых местах практически параллельна мембране, благодаря чему видна розеточная структура рибосом. (6, с любезного разрешения беогйе Ра!аде.) 400 нм Г поступающий в ЭР остается связанной а) мембрана ЭР с мембраной мембрана ЭР полирибосома малая субъед рибос квнвп выхода белке из большой субъединицы рибосомы лысая субьедини весомы и в) транспоквтор белков в мембране ЭР комплекс Зесб( свйт выхода: - „ьГ~, й)г,.: растущей цепи ч~ $ из рибосомы ,.
'ф сайты прикрепления рибосомы вспомогательные белки г) Рис. 12.43. Рибосома, связанная с эукариотическим транслоквтором белков. а) Реконструкция комплекса по микроскопическим изображениям, вид сбоку. б) Трзнслоквтор со стороны люмена ЭР. Предполагается, что тра нслокзтор состоит из четырех копий компленса 5ес61.
в) Схематическое изображение связанной с мембраной рибосомы, прикрепленной к транслокатору, с каналом в большой рибосомной субъеди нице, через который растущая пол и не птидная цепь выходит из рибосомы (см. Рис. 6.70). г) Схематическая модель возможной сборки четырех комплексов 5ес61 и различных сопровождающих белков в трзнслокзтор. Красными глочкомк показаны свиты прикрепления рибосом, видные на реконструкции изображений электронного микроскопа, в краснымо кругпмо — положения выходных отверстий рибосомных каналов. Неизвестно, какие из комплексов 5ес61 активно участвуют в процессе транслокэции белков.
Домены вспомогательных белков пересекают мембрану и образуют видимый на (а) выступ в люмене ЭР, (а, б и е, адаптировано из 1 К Мйпетгет ет з(., 1 Мо(. вю( 348 445-457, 2005. С любезного разрешения издзтельствз Асадепйс Ргем.] В эукариотических клетках четыре комплекса Яесб1 образуют крупный трансло каторный агрегат, который можно визуализирован на рибосомах после солюбилизации летергентом мембран ЭР (рнс. 12.43). Вероятно, не все четыре комплекса Яес61 эукарнотического транслокатора напрямую участвуют в транслокации белка.
Некоторые из них могут быть неактивными, создавая сэйты связывания рибосом и вспомогательных белков, помогающих полипептидной цепи сворачиваться при входе в ЭР. Согласно одной из гипотез, связанная рибосома тесно состыкована с транслокатором, и в результате ее внутреннее пространство продолжает люмен ЭР. Благодаря этому ни одна матекула ие может покинуть ЭР. С другой стороны, структура комплекса Яесб1 указывает на то, 1124 Часть!Ч. Внутренняя организация клетки что пора транслокатора может образовывать плотно прилегающую к транслоцируемой цепи диафрагму, не позволяющую другим молекулам выйти из ЭР. 12.5.5.
Транслокация через мембрану ЭР не всегда требует элонгации полипептидной цепи Как мы видели, транслокация белков в митохондрии, хлоропласты и пероксисомы происходит посттрансляционно, после того как белок синтезировался и высвободился в цитозоль. Транслокация через мембрану ЭР, наоборот, происходит во время трансляции (котрансляционно). Это объясняет, почему риГюсомы связаны с ЭР, но не с другими органеллами. Некс>торые полностью синтезированные белки, однако, импортируются в ЭР, указывая на то, что транслокация может протекать и после завершения трансляции.
Посттрансляционная транслокация белков часто встречается в мембране ЭР дрожжей и бактериальной плазматической мембране (которая, предположительно, эволюционно родственна ЭР; см. рис. 12.4). Для проведения пострансляционной транслокации транслокатору необходимы сопутствующие белки, которые проталкивают полипептидную цепь в пору и обеспечивают транслокацию энергией (рис. !2 44). У бактерий двигательный белок транслокации, АТРаза 5есА, прикрепляется к цитоплазматической стороне транслокатора, где она претерпевает конформационные перестройки за счет энергии гидролиза АТР.
При гидролизе одной молекулы АТР часть белка ЯесА входит в пору транслокатора, протаскивая вместе с собой короткий участок транспортируемого белка. В результате за счет такого храпового механизма белок ЯесА постепенно проталкивает полипептидную цепь транспортируемого белка через мембрану. Эукариотические клетки используют другой набор сопутствующих белков, связывающихся с комплексом Яес81. Эти белки встроены в мембрану ЭР и используют небольшой домен на люминальной стороне мембраны ЭР для прикрепления Нзр70-подобного п>аперона (нося>цего название В>Р, от «Ыпйпй рго1е>п» вЂ” белок связывания) к полипептидной цепи по мере ее выхода из поры в люмен ЭР.
Циклы связывания и высвоГюждения В>Р служат движущей силой ненаправленной транс- локации так же, как это происходит в случае митохондриальных белков Нзр70, протаскивающих белки через мемГ>рану митохондрий. Белки, транспортируемые в ЭР по постгрансляционному механизму, сначала высвобождаются в цитозоль, где они связываются с шаперонами для предотвращения фолдинга, как описано ранее для белков митохондрий и хлоропластов. Транслокатор Яесб1, ЯКР и рецептор ЯКР встречаются у всех организмов, ЯесА — только бактерий, а белки Яесб2, ЯесбЗ, Яес71 и 8ес72 — только у эукариотических клеток.
(Адаптировано из Р.%а11ег апд А.Е.3оЬпзоп, Аппи. Яео. Сей Втой 1О: 87 — 119, 1994. С любезного разрешения Апппа1 Кеч>ехэ.) 12.5.6. В однопроходных трансмембранных белках единственная внутренняя сигнальная последовательность ЭР остается в липидном бислое в виде пронизывающей мембрану а-спирали Сигнальная последовательность на растущей полипептидной цепи, по-видимому, инициирует открывание поры транслокатора белков: после того как сигнальная последовательность высво(юждается из ЯКР и растущая цепь достигает определенной длины, сигнальная последовательность связывается со специфическим сайтом на поре, открывая ее.
Таким образом, сигнальная последовательность ЭР распознается дваж- 12.5.3ндпплвзивТИчвский ретикулум 1) 25' КОТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПЕРЕНОС ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ ТРАНСЛОКАЦИЯ комплекс Бас62,63,71,72 белок БесА. ЦИТОЗОЛЬ ПОЛОСТЬ ЭР Бесвт )й ВЗ . ЦИТОЗОЛЬ ВНЕКЛЕТОЦНОЕ ПРОСТРАНСТВО БАКТЕРИИ АРХЕИ ЭУКАРИОТЫ БАКТЕРИИ ЭУКАРИОТЫ б) в) а) ды: первый раз з)ср в цитозоле, второй — сайтом связывания в поре транслокатора, где она служит сигналом начала (старта) переноса (или псптидом начала переноса), открывающим пору (показано для раствори1чого белка ЭР на рнс.
12.45). Двойное узнавание может обеспечивать вход в люмен ЭР только правильных белков. Когда сигнальная последовательность связана с порой транслокатора, она контактирует не только с комплексом зесб(, образующим стенки поры, но н с гидрофобной липидной сердцевиной мембраны.
Это показано в экспериментах по сшивке белков, в которых сигнальные последовательности и углеводородные цепи липидов кова.лентно связывали друг с другом. Когда растущая полипептидная цепь достигает достаточной длины, сигнальная пептидаза ЭР отрезает сипгальные последовательности и высвобождает их из поры в мембрану, где они быстро расщепляются до аминокислот другими протеазами мембраны ЭР. Чтобы высвободить сигнальную последовательность в мембрану, транслокатор открывается латерально. Таким образом, транслокатор работает в двух направлениях: он может открыться и образовать пору в мембране, позволяя гидрофильным частям белков пересечь лнпидный бислой, и он может открываться латерально в мембране и давать гидро- Рис. 12А4.
Три способа протекания транслокации через структурно подобные транслокаторы. а) Котрансляционная транслокация. Рибосома доставляется к мембране 5КР и ее рецептором и взаимодействует с белковым тра нсло кагором 5ес61, Растущая полипептидна я цепь протаскивается через мембрану по мере синтеза. Дополнительной энергии не требуется, поскольку единственный доступный для растущей цепи путь — через мембрану. 6) Посттрансляционная транслокация в эукариотических клетках. К транслокатору 5ес61 прикреплен дополнительный комплекс, состоящий иэ белков 5ес62, 5есбз, 5ес71 и 5ес72 и перекидывающий молекулы В)Р на транслоцирующуюся цепь по мере ее входа в люмен ЭР. АТР-зависимые циклы связывания и высвобождения В~Р проталкивают белок в люмен. Это напоминает механизм митахонгуэиального импорта, показанный на рис. 12 26.
в) Посгтра ноля ционна я тра полока ция у бактерий. Законченная полипептидная цепь с цитоплазматической стороны проталкивается в транс- локатор в плазматической мембране АТРазой 5есл. Зависимые от гидрализа АТР конформационные перестройки запускают поршневое движение в 5есА, в результате чего в каждом цикле через пору транс- локатора проходит около 20 аминокислот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
