П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений (1134216), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Сюдавсегда относятся свертывание белка, часто — химические модификации и протеолитический процессинг, а также, в редких случаях, сплайсинг белков.Хотя окончательная (нативная) конформация белка определяется его аминокислотнойпоследовательностью, только малые белки свертываются спонтанно (но долго) in vitro. В клеткебольшинство белков могут перейти в свою нативную конформацию только при помощи вспомогательных белков, помощников свертывания,или шаперонов (см. 1.3.2.2). Малые белки с молекулярной массой до -60 кДа, которые в свернутом состоянии образуют только один-единственный домен, свертываются с помощьюшаперонинов, т.е. высокомолекулярных комплексов, которые встречаются у про- и эукариот, а также в пластидах и митохондриях.
Шаперонины заключают отдельные полипептидныецепи в свою центральную полость и освобождают их только после окончания процесса свертывания (см. рис. 7.18). Процесс свертываниянуждается в АТФ. В пластидах и митохондриях всвертывании белка участвует шаперонин Hsp60,высокомолекулярный цилиндрический комплекс из 14 субъединиц Н8Р60-белка, которыерасположены друг над другом в 2 кольца по 7субъединиц. HSP60 является белком тепловогошока1; цифра 60 показывает молекулярную массу (в кДа) отдельной субъединицы комплекса.Он усиленно образуется после теплового шока(быстрое повышение температуры свыше 32 °С),1Обозначение HSP происходит от англ.
HeatShoke Protien — белок теплового шока. В русских публикациях используют также сокращение БТШ, но в переводе мы следуем международному стандарту. — Примеч. ред.7.3. Клеточные основы развития | 2 7 7чтобы снова правильно свернуть термически денатурированные белки.Более крупные белки и белки, состоящиеиз нескольких доменов, которые свертываютсянезависимо друг от друга, используют в качестве помощников свертывания шапероны. Самый распространенный шаперон также является белком теплового шока, HSP70. Он связывается в мономерной форме с гидрофобнымисегментами развернутых или лишь частичносвернутых белков. Предполагают, что от АТФзависит только отделение полипептидной цепиот шаперона, а собственно свертывание происходит самопроизвольно.
Шапероны связываютполипептидные цепи уже во время их синтеза,т.е. котрансляционно. Они препятствуют, такимобразом, агрегации белков, которые синтезируются на полисомах (см. 2.2.4), т.е. на соседнихрибосомах, которые «идут» вдоль той же молекулы мРНК на расстоянии лишь примерно 80нуклеотидов. Шапероны и шаперонины частокооперируются в клетке. Так, при импорте белков в пластиды и митохондрии (см. 7.3.1.4) полипептидные цепи защищены от преждевременного свертывания путем связывания с цитоплазматическими шаперонами HSP70. Послетранспортировки через мембраны органелл они«принимаются» пластидными или соответственно митохондриальными изоформами HSP70 идля окончательного свертывания передаютсяшаперонам НБРбО-типа, находящимся в строме или соответственно в матриксе (см.
рис. 7.18).Процессинг белков путем химическихмодификаций и / и л и протеолиза можетпроисходить также ко- или соответственно посттрансляционно. Примеры представлены в разделе 7.3.1.4, химические модификации для регуляции энзиматическойактивности упоминались ранее (см.
6.1.7.2,рис. 6.12; 6.69; 6.71).Только недавно было обнаружено, что вредких случаях белки переводятся в окончательную форму путем сплайсинга (см. 7.2.2.2). Приэтом из белка-предшественника вырезаютсявнутренняя последовательность (интеин, нем.interne Proteinsequenz) и внешние участки (экстеины. нем. externe Proteinabschnitte)1 и соединяются в зрелый белок. Часто этот процесс является автокаталитическим, т.е.
выполняетсясамим предшественником белка. Интересен пример субъединицы с молекулярной массой 69 кДавакуолярной АТФазы дрожжей V типа, транслоцирующей ионы водорода (см. рис. 6.5): приавтокаталитическом сплайсинге из предшественника с мол. массой 119 кДа удаляется интеин (50 кДа), который в свою очередь проявляет ферментативную активность. Он работаеткак специфичная эндонуклеаза, распознающаяопределенные последовательности при интеграции интеинкодирующей ДНК в геном.
Интеин и его ДНК представляют собой, таким образом, мобильный генетический элемент (см.7.2.1.1).7.3.1.3. Распад белковКоличество белка в клетке определяется не только скоростью его синтеза, но искоростью распада. Многие факты говорято том, что распад белка также являетсяконтролируемым клеточным процессом.В клетках эукариот (и архебактерий) находится протеаза с молекулярной массой600 — 900 кДа, протеасома (см. 1.3.2.3; рис.1.16), которая встречается у эукариот вцитоплазме и клеточном ядре и неспецифично разлагает белки до коротких пептидов (-6 — 9 аминокислот).
Правда, гидролизуются только те белки, которые передэтим маркируются ковалентным присоединением нескольких (4 и более) молекулубиквитина и тем самым намечаются дляраспада. Убиквитин — это белок из 76 аминокислот, распространенный среди всехэукариот 1 . Специфичные ферменты ковалентно переносят убиквитин в АТФ-зависимой реакции на остаток лизина белкового субстрата (ход реакции схематичнопредставлен на рис. 7.44).
Убиквитинирование может протекать индуцированно, т.е.зависеть от состояния белка (например,фосфорилированный/дефосфорилированный; кроме того, неправильно свернутыебелки быстро убиквитинируются), иликонститутивно. Тогда N-концевая аминокислота совместно с внутренними остатками лизина (эти структурные элементы,собранные вместе, называются также Nдегроном) определяют биологический период полураспада белка. Например, белкис аргинином или лизином в качестве N -11На самом деле эти названия заимствованы из англоязычной литературы. — Примеч. ред.Название белка восходит к лат.
ubiquis —распространенный повсюду, повсеместный. В немецком тексте ubiquitares. — Примеч. ред.278| ГЛАВА 7. ФИЗИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯконцевой аминокислоты подвергаютсябыстрому распаду с помощью протеасомы.Наряду с системой убиквитин — протеасома большое значение имеет АТФ-зависимый гидролиз белков с помощью С1рпротеаз, названных так, поскольку первыми из этого класса протеаз были открытыказеинразлагающие протеазы Escherichiaсо//(англ. caseinolytic protease).
Clp-протеазы встречаются у растений в цитоплазме,клеточном ядре, в пластидах и митохондриях, а также у бактерий и животных.О распаде белков в митохондриях ипластидах известно пока мало. У растенийв гидролизе собственных белков клеткимогли бы участвовать также вакуолярныепротеазы, присутствующие часто в больших количествах. Об этих процессах такжеизвестно мало.
Однако вакуолярные протеазы имеют, как полагают, защитныефункции, так как они высвобождаются припоражении патогеном из разрушеннойклетки и повреждают внедрившийся микроорганизм (см. 9.3.4).7.3.1.4. Сортировка белковв клетке: биогенез клеточныхорганеллОбразовавшиеся в митохондриях илипластидах белки остаются в соответствующей органелле, в то время как кодируемые ядром и соответственно синтезируемые в цитоплазме белки либо выделяются, либо должны попасть в определенныекомпартменты в клетке, чтобы выполнятьсвою функцию.
Следовательно, правильноераспределение кодируемых ядром белковявляется решающим процессом для биогенеза клеточных органелл и для поддержания компартментации (рис. 7.16).Информация о месте в клетке, кудадолжен попасть белок, содержится в самом белке, т.е. в итоге, в последовательности нуклеотидов его гена. Сигналами олокализации белкового продукта в клеткеслужат участки полипептида на N- или Сконце или внутри аминокислотной цепи,которые вступают во взаимодействие соспецифичными рецепторами. При этомпрежде всего важны конформация и доступность, а не сама аминокислотная последовательность топогенного сигнала1.
Этообъясняет, почему во многих случаяхнельзя обнаружить топогенный сигналтолько на основе аминокислотной последовательности или соответственно почемубелки, которые имеют в клетке один и тотже целевой компартмент, могут обладатьсовершенно различными аминокислотными последовательностями в области их топогенных сигналов.Трансляция всех ядерных мРНК начинается только в цитоплазме. Белки, трансляция которых закончилась на эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), обладают Nконцевым сигнальным пептидом, составляющим 16 — 30 аминокислот и имеющим вцентре от 4 до 12 гидрофобных аминокислот.
Как только такой сигнальный пептидпокинул рибосому (когда растущая пептидная цепь насчитывает в длину около 70аминокислот), с ним связывается рибонуклеопротеиновый комплекс SRP (англ. signalrecognition particle) и останавливает трансляцию. Комплекс из SRP, рибосомы, возникшей полипептидной цепи и мРНК связывается теперь с SRP-рецептором на поверхности мембраны ЭР, где при отделении SRP и гидролизе ГТФ начало белковой цепи передается на транслокационныйкомплекс (транслокон) и продолжаетсяэлонгация полипептида, причем полипептидная цепь одновременно (котрансляционно) через гидрофильную пору транслокационного комплекса направляется в просвет ЭР.
Процесс протекает с отщеплением сигнальной последовательности. Так жекотрансляционно свертываются уже белковые домены, при необходимости образуются дисульфидные мостики и олигогликановые цепи связываются с определенными аспарагиновыми остатками с образованием N-гликозидов. Мембранные белки ЭР образуются таким же образом. ОдВ традиции отечественной науки пока ещенет устоявшейся терминологии, поэтому мы оставили исходное немецкое понятие topogenesSignal. В англоязычной литературе встречаетсятакже localization «локализующий» или targeting — «нацеливающий» (на определенный компартмент) сигнал. — Примеч. ред.7.3.
Клеточные основы развития | 2 7 9ПлазмодесмаКлеточная стенкаРис. 7.16. Схема важнейших процессов распределения кодируемых ядром белков в клетке.Процессы подробно рассмотрены в тексте. С или N обозначают С- или соответственно N-конец белка.NLS — от англ. nuclear localization signal; PTS — от peroxisomal targeting signal; SRP — от signalrecognition particleнако трансмембранные домены — аминокислотные области, имеющие около 20гидрофобных остатков, которые имеютструктуру а-спирали (или иногда р-слоя),освобождаются из транслокона в мембрану и закрепляют белок в мембране ЭР. Детали хорошо изученных процессов синтеза белка на ЭР не представлены здесь изсоображений экономии места.Синтезированные на ЭР белки транспортируются мембранным (пузырьковым)потоком (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
