Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Процессинг СИНТЕЗИРОВАННЫХ БЕЛКОВ
|
Рисунки к тексту прилагаются отдельно в виде JPG-файлов |
Соединение аминокислот с образованием полипептидной цепи – это только первый шаг в процессе формирования многих белков. Полипептидная цепь должна быть уложена так, чтобы образовались правильные вторичная и третичная структуры, а в большинстве случаев отдельные полипептиды долж ны объединиться в функциональные олигомерные комплексы. До образования функцио нально активных белков первичные продукты транс ляции часто претерпевают разные сложные изме нения.
Функционально активный гемоглобин образует ся только после того, как α- и β-цепи объединятся в а2β2-структуру и с боковыми группами аминокислот обеих субъединиц свяжется гемогруппа. Для того чтобы пируваткарбоксилаза и ацетил-СоА-карбоксилаза стали активными ферментами, с опреде ленными боковыми цепями их аминокислот должен ковалентно связаться биотин. Некоторые белки, участвующие в процессе свертывания крови, долж ны претерпеть карбоксилирование специфических остатков глутаминовой кислоты, для того чтобы образовались центры связывания Са2+. Для образования коллагена должно произойти гидроксилирование специфических пролиновых и лизиновых ос татков.
Очень важным и широко распространенным способом регуляции метаболизма являются фосфорилирование и дефосфорилирование определенных остатков серина, треонина и тирозина особыми протеинкиназами и протеинфосфатазами соответст венно. Многие протеолитические белки, участвую щие в процессах пищеварения и свертывания крови, синтезируются в виде крупных предшественников, которые далее активируются путем отщепления уча стка полипептидной цепи. Инсулин синтезируется в виде препроинсулинового полипептида и превра щается в зрелый инсулин после расщепления цепи и удаления сначала N-концевого, а затем внутреннего сегмента (рисунок 1, прилагается). Многие вирусные белки, гормоны, нейропептиды образуются из первичных трансляционных продуктов-полипротеинов в ре зультате расщепления по многим сайтам и образо вания нескольких зрелых белков и пептидов мень шего размера.
В клетках эукариот помимо плазматических мембран имеются разнообразные внутриклеточные мембраны, отграничивающие различные клеточные органеллы: митохондрии, хлоропласты (у расте ний), эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольд-жи, пероксиомы, лизосомы и секреторные пузырьки (везикулы).
Транспортный аппарат эукариотиче ских клеток.
Рибосомы в эукариотических клетках существуют в двух состояниях: в свободном и связанном с мембранами. Белки, предназначенные для некоторых органелл и цитозоля, синтезируются на свободных рибосомах, а белки, остающиеся в лизосомах, структурах Гольджи и плазматической мембране, образуются на рибосомах, ассоциированных с эндоплазматическим ретикулумом. Белки, синтезированные на рибосомах, связанных с ЭПР, проходят через мембраны в просвет ЭПР, а «прокладывает» им путь N-концевой участок. Затем этот участок, состоящий преимущественно из гидрофобных аминокислот, сигнальная последовательность – отщепляется специфическими эндопептидазами, локализованными в просвете ЭПР. Такой направленный перенос белка от рибосом в просвет ЭР начинается уже во время синтеза полипептидной цепи и поэтому называется котрансляционным транспортом.
Направление синтезируемых полипептидных це пей в просвет ЭПР.
Транспорт мембранных и секретируемых белков в просвет ЭР опосредуется вза имодействием полипептидной сигнальной последо вательности с сигнал-распознающей частицей (СРЧ) и рецептором этой частицы (СРЧ-Р). Белки цитозоля синтези руются на рибосомах, идентичных рибосомам, син тезирующим белки ЭПР. В самом деле, рибосома, в одном раунде синтезирующая белок цитозоля, в следующем может синтезировать мембранный белок. Попадание белка в ЭР происходит только в результате взаимодействия СРЧ с сигнальной последовательностью синтезируемой белковой цепи (рисунок 2, прилагается). Комплекс «СРЧ-сигнальная последова тельность» взаимодействует впоследствии с рецеп тором СРЧ, локализованным в мембране ЭПР. Таким образом, СРЧ служит адаптером между аппаратом синтеза белка в цитоплазме и аппаратом его до ставки и отвечает за попадание белков в просвет ЭПР. СРЧ связывается с сигнальной последователь ностью сразу после выхода ее из рибосомы, т.е. после синтеза сегмента длиной примерно 70 аминокислот. Элонгация полипептидной цепи замедляется до тех пор, пока комплекс СРЧ-сигнальная после довательность не свяжется с СРЧ-Р в мембране ЭР. Сразу после этого СРЧ отделяется, скорость синтеза полипептидной цепи увеличивается и растущая полипептидная цепь протягивается сквозь мембрану в просвет. Таким образом, ассоциация транслирующей рибо сомы с СРЧ-Р приводит к однонаправленному пе реносу растущей полипептидной цепи в просвет ЭПР. Особая пептидаза, локализованная в просвете ЭР, осуществляет специфическое отщепление сигналь ной последовательности от новосинтезированного белка.
СРЧ представляет собой комплекс из шести бел ков с мол. массами от 10000 до 75000 Да и единст венной молекулы РНК длиной 300 нуклеотидов-7SL-PHK. Ни РНК, ни белки сами по себе не могут функционировать как СРЧ. Однако при смешивании РНК и белков образуется функциональная СРЧ.
Сигнальная последовательность обычно нахо дится на N-конце белков, предназначенных для экс порта к одной из клеточных мембран или внутри клеточным органеллам. Длина сигнальной последовательности колеблет ся от 15 до 35 аминокислот, и в первых трех ее четвертях преобладают гидрофобные остатки, однако никакой консервативной аминокислот ной последовательности этот участок не имеет. Для узнавания сигнальной последовательности СРЧ ско рее важна ее вторичная структура. В пределах сигнальной последовательности на ходится также и сайт, распознаваемый сигнальной пептидазой. Обычно расщепление происходит со стороны С-конца остатков глицина, серина или аланина, поэтому N-конец многих зрелых секретируемых или мембранных белков соседствует с одной из этих аминокислот в сигнальной последовательности.
.
Транспорт белков от ЭПР к аппарату Голъджи и из него.
Белки направляются к лизосомам, плаз матическим мембранам или секретируются с по мощью аппарата Гольджи – набора тесно упакованных, взаимопроникающих, окруженных мембрана ми цистерн. Перенос белков к аппарату Гольджи осуществляется с помощью так называе мых окаймленных пузырьков (везикул), отпочковы вающихся от ЭПР и сливающихся с цистернами Гольджи. Белки проходят через аппарат Гольджи от цис-цистерн к транс. Транспорт белков через цистерны также осуществляется с помощью окаймленных транспортных везикул.
Белки, предназначенные для секреции, сначала попадают в секреторные везикулы, которые в конце концов сливаются с плазматическими мембранами и высвобождают свое содержимое наружу. Когда секреция белков индуцируется (как в случае инсули на или некоторых нейропептидов), цитозольные сек реторные пузырьки сливаются с мембраной и вы свобождают содержимое наружу только после ин дукции.
Гликозилирование.
Проходя через ЭПР и аппарат Гольджи, белки подвергаются интенсивной модифи кации. Специальный фермент ЭПР присо единяет разветвленный олигосахарид к специфиче ским аспарагиновым остаткам транспортируемых белков. Далее олигосахарид подвергается действию целого ряда специфических гликозилгидролаз и гли-козилированию. Эти реакции протекают и в ЭПР, и в то время, когда белки проходят через аппарат Гольджи.
Транспорт белков в эукариотические клеточные органеллы
Не все белки, направляемые к внутриклеточным органеллам, следуют маршрутом, включающим ЭР и аппарат Гольджи. Большинство белков митохондрий, ядер, хлоропластов растений синтезируются в свободных цитоплазматических рибосомах или сразу в виде зрелых форм, либо в виде предшественников и затем подхватываются соответствующими органеллами. Остальные белки митохондрий и хлоропластов кодируются ДНК, содержащейся в этих органеллах, и синтезируются с помощи аппарата трансляции этих органелл аналогично тому, как это происходит в цитоплазме.
Митохондрии, например, имеют несколько компартментов: матрикс, наружную мембрану и межмембранное пространство. Белки, кодируемые ядерной ДНК, которые должны быть локализованы в матриксе, синтезируются в вид предшественника и содержат от 25 до 60 лишних аминокислот на N-конце. После связывания с рецептором на наружной мембране предшественник транспортируется в этот внутренний матрикс. Движущей силой процесса является электрохимический потенциал на внутренней мембране, генерируемый помощью энергетически выгодных реакций, протеающих в митохондрии. Одновременно с переносом ли сразу после него лишние аминокислоты на N-конце удаляются специфическими протеазами, находящимися в матриксе. Некоторые белки оста ются во внутренней мембране, а другие проходят сквозь мембрану и попадают в матрикс.