Вбудовування білків в мембрану

Поліпептид-попередник, що знаходиться в зовнішньому середовищі, при відповідних умовах буде переноситися всередину бульбашки або, принаймні, через мембрану бульбашки або органели. За цим процесом зазвичай стежать, додаючи протеази в зовнішнє середовище. Ступінь захисту від протеолізу є мірою кількості поліпептиду, транспортованого всередину везикули або органели. За ходом протеолітичного процесу, здійснюваного сигнальної пептидаз, стежать за допомогою електрофорезу в поліакриламідному гелі в присутності ДСН. Білки, вбудовані в мембрану, можна ідентифікувати за допомогою лужної екстракції, при цьому передбачається, що білки, які пов'язані з поверхнею мембран, при такій обробці видаляються. Однак так буває не завжди, тому результати, отримані за допомогою лужної екстракції, необхідно інтерпретувати з обережністю.

У таких безклітинних системах можна вивчати біохімічні умови перенесення білків і ідентифікувати необхідні розчинні компоненти. Крім того, при цьому можна варіювати природу переноситься поліпептидного «субстрату».

При вивченні безклітинних систем були отримані дуже важливі дані про умови, необхідні для перенесення білків.

1. посттрансляційних і котрансляціонний перенесення. Прийнято вважати, що у всіх досліджених системах перенесення в мембрани або через мембрани може здійснюватися незалежно від трансляції. Переконливі дані на цей рахунок були отримані для процесу перенесення білків в хлоропластах і мітохондріях, а також для перенесення через бактеріальну мембрану. Довгий час вважалося, що перенесення білків в ендоплазматичнийретикулум або через мембрани ЕПР завжди здійснюється паралельно трансляції, проте було чітко показано, що така паралельність не обов'язкова. Також важливим є те, що енергія, необхідна для перенесення, не походить від рибосомного биосинтетического апарату.

2. Енергетичні вимоги до переносу. Як правило, перенесення білків в мембрани або через них енергозавісім. Необхідною умовою перенесення як для прокаріотів, так і для еукаріотичних систем є гідроліз АТР (або іншого нуклеозидтрифосфат). Це було показано для наступних процесів: а) перенесення білків в строму хлоропластів; б) транспорту білків в мітохондріальний матрикс, внутрішню і зовнішню мембрани; в) перенесення білків через ендоплазматичнийретикулум дріжджів і посттрансляційних вбудовування мембранних білків в ендоплазматичнийретикулум ссавців; г) перенесення білків через цитоплазматичну мембрану Е.coli.

Ще одним незалежним умовою перенесення білків в матрикс мітохондрій і у внутрішню мембрану мітохондрій є наявність на останній трансмембранного потенціалу. Цей потенціал, очевидно, необхідний на ранній стадії процесу, при зв'язуванні білка з мітохондрій.

3. Здатність попередника до переносу. Є вагомі аргументи на користь того, що ключову роль в успішному перенесення білка грає його четвертичная структура. Швидше за все це пов'язано з тим, що сигнальна послідовність (ти), впізнавана апаратом перенесення, повинна бути доступна для нього. Отже, для здійснення переносу білок повинен бути нещільно згорнутий або частково розгорнуто. Крім того, якщо білки переносяться через мембрану в витягнутої конформації, то апарат перенесення повинен бути здатний до їх розгортання під час самого процесу переносу. Якби білки попередники мали стабільної четвертинної структурою, то вони насилу розгорталися б і, отже, не були б здатні до переносу.

Транспорт білків здійснюється в розгорнутому вигляді. АТР необхідний для розгортання поліпептиду. Розгортання відбувається до перенесення або паралельно йому. На те, що саме АТР необхідний для цього процесу, говорить той факт, що транспорт укорочених попередників на відміну від транспорту повнорозмірного білка може здійснюватися у відсутності АТР. Вперше ці дані були зроблені на основі вивчення мітохондріальної мембрани. Для запобігання згортання попередника в нативну конформацію необхідний будь-якої розчинний білковий кофактор. Так, було виділено в водорозчинній формі, подібний порінов мітохондрій, попередник білка зовнішньої мембрани Е.coli OmpA, який був не здатний до ефективного переносу черезплазматичну мембрану, якщо в цитоплазмі відсутній білок, званий «тригер-фактором». Відомо також, що для перенесення білків через мембрани ЕПР ссавців або в ендоплазматічекій ретикулум необхідний розчинний кофактор, а саме - сигнал-розпізнає частинка (СРЧ). Можливо, роль цього фактора полягає в запобіганні згортання попередника поліпептиду.

2. Вбудовування білків в мембрану

2.1 Сигнальна гіпотеза

Білки вбудовуються в мембрану різними способами, але деталі цього процесу в багатьох випадках ще не встановлені. Для пояснення механізму вбудовування запропоновано дві моделі: сигнальна гіпотеза і мембранна триггерная гіпотеза. У сигнальної гіпотезі передбачається, що білок включається в мембрану паралельно його трансляції на мРНК в полірібосомамі; це так зване котрансляціонное включення. Коли лідерних послідовність виходить з рибосоми, вона виявляється якоїсь сигнал-яка розпізнає часткою (СРЧ), яка блокує подальшу трансляцію на рівні приблизно 70 амінокислот, 40 з яких залишаються у великому рибосомні комплексі, а 30 експоновані в середу. СРЧ містить шість білків, з нею асоціюється 7S-РНК, близькоспоріднених «Alu-сімейства» послідовностей ДНК з великим числом повторів. Блокування трансляції не знімається до тих пір, поки комплекс СРЧ-лідерних послідовність - рибосома НЕ зв'яжеться з так званим «отстрігалі» білком (рецептором для СРЧ) ЕПР. У цей момент починається котрансляціонное вбудовування в ендоплазматичнийретикулум. В процесі елонгації решти білка він переміщається через ліпідний бішар, оскільки рибосома залишається приєднаної до ендоплазматичнийретикулум. Таким чином утворюється шорсткий (усіяний рибосомами) ендоплазматичнийретикулум. Рибосоми залишаються прикріпленими до ендоплазматичнийретикулум втечении всього часу синтезу мембранного білка і звільняються і диссоциируют на відповідні субодиниці тільки після його завершення. Коли раніше синтезована частина білка виходить в просвіт ЕПР, відщеплюється лідерних послідовність, і приєднуються вуглеводи.

Інтегральні мембранні білки не перетинають мембрану цілком; мабуть, цьому перешкоджає гидрофильная якірна послідовність на С-кінці. Секретуються ж білки проходять крізь мембранний бішар повністю і вивільняються в просвіт ЕПР. До моменту їх надходження всередину везикули вуглеводні залишки вже виявляються пов'язаними з ними. Згодом секретуються білки виявляються в просвіті апарату Гольджі, де відбувається модифікація їх вуглеводних ланцюжків, а потім вони переміщуються до специфічних внутрішньоклітинних органел або клітинних мембран або секретуються. Деякі білки перетинають одну мембрану, а потім заякорюють в інший, сусідній мембрані, наприклад внутрішньої мембрані мітохондрій.

Схожі статті