Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 55

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 55)

В противоположность полирибосомам мономерпые рибосомы находятся в клетке в свободном состоянии. Связывание с клеточным цитоскелетом, по-видимому, является функциональным свойством мРНК, которая остается прикрепленной к нему даже после обработки Рис. 9.! !. Цитоскепет представляет собой сплетение фибрилп, ассоциированных с подирибосомами. Часть П. Синтез белков агентами, дезагрегирующими полирибосомы. Трансляпия мРНК, возможно, зависит от ее ассоциации с цитоскелетом, что наиболее отчетливо проявляется при вирусной инфекции.

Полиовирусная инфекция ингибирует трансляцию в клетке-хозяине, причем ингибирование трансляции сопровождается организационной перестройкой цитоскелета и освобождением клеточной мРНК. В случае инфекции вирусом везикулярного стоматита ассоциация вирусных мРНК с клеточным цитоскелетом происходит вскоре после их синтеза; они транслируются только в течение этого периода, н освобождаются из цитоскелета. Существование систем трансляции мРНК )п уйло показывает, что процесс белкового синтеза может происходить независимо от остальных клеточных структур.

Однако это отнюдь ие умаляет значения данных о том, что при естественном ходе собьций мРНК должна быть во время трансляции ассоциирована с цитоскелетом. Это, возможно, имеет важное значение как для метаболизма мРНК ш »1уо, так и для правильной локализации ново- синтезированных цитоскелетных белков. Класс ясвободных» полирибосом в основном включает все те полирибосомы, которые ие связаны с мембранами, Они ответственны за синтез тех белков, которые не взаимодействуют с мембранами.

Другая группа белков имеет специфическую локализацию внутри клетки или на ее наружной поверхности — в зависимости от того, способны ли они взаимодействовать с мембраной или беспрепятственно проходить через нее. Такие белки синтезируются полирибосомами, связанными с мембранами. Некоторые белки находятся в обособленных клеточаых органеллах (компартментах), таких, как митохондрии или лизосомы.

Некоторые являются компонентами мембран. Среди них наибольший интерес представляют те, которые расположены в плазматической мембране 1окружающей цитоплазму). Другие белки секретируются из клетки в окружающую среду. Каким же образом эти белки находя~ конечный пункт своего назначения". Для многих мембранных белков первичная последовательность зрелого полипептнда сама по себе недостаточна для встраивания белка в мембрану. Для этого необходима дополнительная информация, которая в большинстве случаев представлена в форме лидерной последовательности, локализованной на )М-конце белка. Белок, имеющий лидериую последовательность, называется пребелком. Это промежуточная стадия, которую проходит белок в процессе созревания, так как лидерная последовательность отщепляется в процессе встраивания белка в мембрану.

Пре-последовательиость отличается от так называемой про-последовательности, под которой подразумеваются те дополнительные участки, которые имеются в белках, существующих в виде стабильных предшественников. В некоторых белках мо1ут иметься и те и другие. Например, инсулин первоначально синтезируется как препроиисулин; пре-последовательность отщепляется во время секредии, образуя проинсулии, который далее подвергается процессингу с превращением в зрелый инсулин.

Лидерная последовательность выполняет разные функции при различных условиях. Белки, образующиеся в цитоплазме, ио предназначенные для функционирования в хлоропластах или митохоидриях, синтезируются в виде предшественников с мол, массой - 5000 даль'тон (около 45 аминокислот). превышающей молекулярную массу зрелого продукта. В таком виде предшественник выходит из полисом. Будучи добавлен )п Игго, он мо- Ряс. 9.! 2 Лидерные последовательности используются белками для узнавания поверхностей митохондрий и хлоропластов.

жет включаться в интактные органеллы. При этом он должен пройти через мембрану оргаиеллы (рис. 9.12) (процесс, во время которого лидерная последовательность белка отщепляется, по всей видимости, под действием протеииаз, локализованных на наружной стороне мембраны). Лидерная последовательность обеспечивает информацию, необходимую для узнавания белка мембранной органеллы, и служит чем-то вроде его проводника после трансляции. Следует заметить, что отщепляемый лидер ие является единственной приемлемой формой информации такого рода; некоторые митохондриальные белки распознаются как таковые уже в зрелой форме и могут иметь внутреннюю последовательность, обеспечивающую прохождение через мембрану без какого-либо расщепления. Для тех белков, которые секретируются или встраиваются в другие клеточные мембраны, процесс связывания с мембраной в большинстве случаев начинается еще во время трансляции.

Полирибосомы, синтезирующие такие белки, ассоциированы с мембраной эндоплазматического ретикулума. Пребелки не освобождаются в цитоплаэму и не образуют там пула предшественников, а направляются из рибосомы непосредственно в мембрану. Из мембраны они поступают в аппарат Гольджи, а затем в конечные пункты назначения, например в лизосому или плазматическую мембрану. Модель, объясняющая механизм встраивания в мембрану, была предложена на основе работ с эукариотическими системами микросом (содержащими рнбосомы и эидоцлазматический ретикулум). Эти системы способны упаковывать новосингезированные белки в мембраны, но не функционируют в случае добавления уже выделенного препротеина. В свое время была выдвинута гипотеза сигнальной последовательности, согласно которой наличие лидерной последовательности почти во всех секретируемых бедках служит своего рода сигналом, присутствие шшшпшппнишшпп~нппипппиппппипнппппппиипппипиининппппиипш 129 9, Информационная РНК как матрица для синтеза белка рнс.

9.13 Согласно гипотезе сигнальной последовательности, рибосомы, синтезирующие секреторные белки, прикрепляются которо1о отличает их от других белков. За некоторыми редкими исключениями, 1ь1-концы секретируемых белков состоя~ из отщепляемой лидерной последовательности, имеющей от 16 до 29 аминокислот. Первые два-три аминокислотных остатка лидерной последовательности являются полярными, хотя в остальной своей части она отличается высоким содержанием гидрофобных аминокислот. Кроме упомянутых особенностей, в первичной структуре лидерной последовательности не обнаружено какой-либо консервативности. Сигнальная послеловательность обеспечивает прикрепление комплекса.

образованного из рибосом, мРНК и синтезирующейся полипептидной цепи к мембране. Предполагается, что мембранный рецептор узнает сигнальную последоват ельность по ее гидрофобн ости и встраивает белковый предшественник непосредственно в мембрану,— возможно, сразу же после того, как синтезировался фрагмент, состоягций из этой последовательности и еще нескольких аминокислот. Исследования рецепюрных белков начались после того, как было обнаруже- к мембране с помощью лидерной последовательности образую- щегося полипептида. но, что промытые соленым раствором мембраны не способны удерживать рибосомы.

Однако это свойство можно восстановить, добавив к ним использованный для промывки солевой раствор. Очищенный активный компонен1 предсщвляет собой комплекс, сосюнщнй из шести белкон. По мере того как продолжается синтез полипептидной цепи, наступает момент, когда белок уже достаточно хорошо встроен в мембрану и сигнальная последовательность может быть удалена грие. 9.139 К тому времени, когда рибосома заканчивает трансляцию, белок уже в значительной степени транспортирован через мембрану. Белковые предшественники никогда не находятся в свободном состоянии в клетке.

Только ли сигнальная последовательность отвечает за прикрепление рибосом к мембране? В этом случае синтез всех белков должен был бы начинаться одинаково, а именно путем связывания рибосом со свободной мРНК. Затем после начала синтеза те рибосомы, которые транслируют мРНК, кодирующие секретируемые белки, !30 Часть 11. Синтез белков должны прикрепляться к мембране при помощи сигнальной последовательности, тогда как другие полирибосомы останутся в цитоплазме в свободном состоянии. По-видимому, этим и объясняется тот факт„что всегда трудно выделить две фракции рибосом-свободную и связанную с мембранами. Однако нн в отношении рибосом, ни в отношении мРНК окончательно не доказано, что они абсолютно не участвуют в прикреплении полисом к мембране. Во всех случаях синтез белка происходит поблизости от мембраны, н перенос образующейся молекулы начинается, когда еще не окончена трансляция — явление, называемое транспортом, сопряженным с трансляцией.

Оно характерно для различных секретируемых белков, в том числе для некоторых иммуноглобулннов и многих гормонов. Каков же механизм транспорта белков через мембрану? Первоначально считали, что за этот процесс ответствен Н-конец, который протягивает белок через мембрану, как это показано на рис. 9.13. Однако вполне возможно, что?~-конец, проникая в мембрану, не проходит ее насквозь. Сигнальная последовательность могла бы. например, изаякориться» в месте внедрения, а белок при этом постепенно втягивался бы в мембрану. Во всех случаях для сигнальной последовательности характерно то, что она может выполнять свою функцию только во время трансляции, а не как часть образовавшегося белка- предшественника. Какие свойства отличают белки, секретнруемые из клетки через мембрану, от белков, встраивиющихся в мембрану? Механизм внедрения в мембрану, по-видимому, один и тот же-в нем участвует сигнальная последовательность.

Но белки, которые не секретируются наружу, обладают еще одним внутренним сигналом, останавливающим их транспорт. Он может представлять собой кластер гидрофобных аминокисло~, расположенных рядом с несколькими заряженными остатками. Этот кластер служит как бы «крючком», который зацепляет белок в мембране и не позволяет пройти через нее. Известно, что некоторые белки не имеют лидерных последовательностей, но тем не менее встраиваются в мембраны. Вероятно, какая-то другая последовательность обеспечивает этот перенос, происходящий одновременно с трансляцией, хотя в данном случае отщецления сигнальной последовательности не происходит.

Гипотеза сигнальной последовательности, первоначально предложенная для эукариотическнх клеток, применима и к бактериям. Мутации в Н-концевой лидерной последовательности могут нарушить секрецию. Однако их можно супрессировать мутациями в других генах, в число которых входит по крайней мере один из генов рибосомных белков. Таким образом, сама рибосома каким-то образом участвует в механизме прикрепления к мембране.

Характеристики

Список файлов книги