Шляхи транспорту білків в клітині
Шляхи транспорту в клітці
Синтез білка завжди починається в цитоплазмі. Закінчення синтезу відбувається в цитоплазмі або на шорсткою ЕПР (Шер).
Можна умовно виділити два шляхи транспорту білка в клітині:
1. З цитоплазми в деякі органели (ядро, пластиди, мітохондрії)
2. Великий шлях везикулярного транспорту з Шер через апарат Гольджі (АГ) до інших органел (лізосоми, пероксисоми) і через секреторні везикули в позаклітинне середовище. Оскільки синтез усіх білків починається в цитоплазмі, а кінцева локалізація кожного білка може бути різна всередині поліпептиду є система сигналів визначає його транспортний шлях. Первинний сигнал визначає шлях з цитоплазми (в Шер, в ядро, в мітохондрії або в пластид), вторинний сигнал визначає подальший напрямок, наприклад, зовнішня чи внутрішня мембрана мітохондрії або матрикс; лизосома, пероксисомах або секреторна гранула.
Сигнальні послідовності білків
Сигнальні послідовності мають довжину 3-80 амінокислот впізнаються специфічними рецепторами на мембранах різних компартментов клітини.
Сигнальна послідовність ЕР - гідрофобну ділянку 5-15 амінокислот на N-кінці поліпептиду.
Сигнал мітохондріальних білків 20-80 амінокислот складається з спіралі і стирчать решт - (+) - зарядженого і гідрофобного. 5 (+) - заряджених амінокислот для транспортування в ядро. Пероксисомні білки мають послідовність на С-кінці Ser-Lys-Leu-COOH.
Є клас сигнальних послідовностей які не дозволяють білку досягла певної локалізації транспортуватися далі. Наприклад, мотив Lys-Asp-Glu-Leu-COOH (KDEL) не дозволяє білкам залишати ендоплазматичнийретикулум.
Одна з функцій гладкого ЕР - утримання кальцію готового для випуску в цитозоль при стимуляції клітини. Кальретікулін - білок утримує іони кальцію. Перші 17 амінокислот включають 14 гідрофобних (сині) - сигнальна послідовність для проникнення в ЕР з цитозолю. Останні чотири амінокислоти KDEL утримують білок в ЕР.
(NH2) MLL S VPLLL G LL G LAVA E PAV Y F K EQ FL DGDG W TSR WI ESKHKSD F GK FVL SSGK F
YGDEEKDKG L QTSQD A R F Y AL S A S F E PF SNKGQT LVV Q F T V KHEQN I DCGGGY V K LFP
NS L DQTD M HGDSEYN IMF G P D I CG P GTKK V H VIF NYKGKN VLI NKD I RCKDDE F TH L YT LIV R P
DNTYE V K I DNSQ V ESGS L EDD W D FLPP KK I KD P D A SK P ED W DER A K I DD P TDSK P
ED W DK P EH IP D P D A KK P ED W DEE M DGE W E PPVI QN P EYKGE W K P RQ I
DN P DYKGT WI H P E I DN P EYS P D P S I Y A YDN F
G VL G L D LW Q V KSGT IF DN FLI TNDE A Y A EE F GNET W G V TK AA EKQ M KDKQDEEQR L
KEEEEDKKRKEEEE A EDKEDDEDKDEDEEDEEDKEEDEEED VP GQ A KDE L (COOH)
Транспорт в ядро
Транспорт в мітохондрії і пластиди
Мітохондрії і пластиди мають власну ДНК і самостійно синтезують деякі білки. Однак багато хто з основних білків мітохондрій і пластид синтезуються в цитоплазмі.
Білки проникаючі в мітохондрії повинні нести сигнал, що визначає локалізацію - внутрішня або зовнішня мембрана, або матрикс.
Білки преднозначенной для матриксу несуть сигнал на N-кінці, який впізнається рецепторами на зовнішній мембрані. Рецептор пов'язаний з комплексом перенесення білка, який розгортає білок і переносить його через мембрану. Після перенесення білка сигнальна послідовність відрізається і білок знову згортається.
Білки шаперони зв'язуються з знову синтезованим білком запобігаючи його згортання.
Шапероніну зв'язуються з білком після його транспортування до місця доставки і сприяють правильному згортання.
У відповідь на різні стресові впливи (наприклад підвищення температури) в клітці синтезуються шаперони звані білками теплового шоку - hsp (heat-shock proteins), які стабілізують клітинні білки. Hsp виявлені у всіх клітинних компартментах еукаріот і у бактерій.
Везукулярний транспорт
З однієї органели в іншу переміщення відбувається в везикули або на її поверхні у вигляді інтегральних білків.
Донорів компартмент - органела від якої відривається мембрана в складі везикули, акцепторні компартмент - приймає везикулу.
конститутивні секреція - відбувається постійно і не залежить від зовнішніх сигналів.
регульована секреція - під ПМ відбувається накопичення бульбашок, які зливаються з ПМ при наявності зовнішніх сигналів - гормони, нерви - і підвищенні конц. Ca2 + до 1 мкм
ретроградний транспорт - повернення рецепторних білків і ліпідів з АГ в Ер - заповнення мембрани ЕР.
антероградний транспорт - розчинні вантажні білки рухаються по секреторному шляху ЕР → бульбашка? цис-Гольджі? бульбашка? транс-Гольджі? бульбашка? органела або секреція
Облямовані везикули - покриті білками, кіт дізнаються і концентрують специфічний. м-ні білки і відокремлюють м-ну бульбашки, формують решітку і надають форму везикул: клатріновие, COPI, COPII:
Клатріновие везикули -
0,1мкм, транспорт з АГ і ПМ, клатріна - 3тіпа, 3 великі і 3 малі субодиниці формують тріскелетон - збираються на поверхні м-ни з боку цитоплазми в пента- і шестикутник, кіт спонтанно формують сферу. Адаптін - пов'язує клатріна з м-ний і ловить різні ТрансМ-ні білки в тому числі вантажні рецептори, кіт. захоплюють р-рімие вантажні білки, кіт потрапляють всередину везикули. Має принаймні 4 типи адаптінов
дінамін - GTP-аза, р-рімий цитоплазматический білок, утворює кільце на відділяється клатріновой везикули - регулює кількість клатріна отщепляют разом з м-ний в складі везикули, асоціює інші білки допомагають витріщити м-ну і білки модифікатори ліпідів, що змінюють локально ліпідний склад м-ни для витріщення
Після відділення везикули від м-ни клатріна і адіпін відокремлюють шаперони - ATP-ази hsp70 сімейства. Ауксілін - прикріплюється до везикул і активує АТФ-азу. Т.к облямівка формується везикули ім. довше ніж облямівка відокремленою - є стабілізуючий механізм. Клатріновая оболонка забезпечує значну силу для згинання м-ни, тому що везикули з внутрішньоклітинних компартментов утворюються на вже вирячені м-ні
COP-I - транспорт від АГ і ЕР, 8суб'едініц, GTP-білок - фактор рибозилювання АДФ -ARF - транспорт
COP-II - транспорт з АГ і ЕР, 5 субодиниць
Везикули мб не тільки сферичні, часто утворюються трубчасті везикули в яких високе співвідношення S / V
Освіта клатрінових і COP везикул регулюється GTP-зв'язуючими білками, які можуть знаходиться в активному GTP- і неактивному GDP-стані
Два класу білків обмінюють GDP-GTP: GEF-гуанін-нуклеотид-фактор обміну активує білки замінюючи GDF? GTF, GAP- білок активує GTP-ази - інактивує GTP-зв'язуючі білки змінюючи GTP? GDP.
GTP-ази необхідні для збірки облямованих везикул перед складанням бульбашок: мономерні GTP-зв'язуючі білки (GTP-ази):
ARF-білки - необх для клатріновой і COP збірки на пов-ти м-ни АГ. Sar1 білок, необхідний для COPII збірки на на ЕР м-ні
тримерного (G білки).
GTP-ази знаходяться в цитоплазмі в неактивному стані, перед складанням GEF вбудовується в м-ну ЕР і пов'язує цитозольний SarI, кіт обмінює GDF? GTP. У GTP стані SarI вбудовується залишком жирної к-ти в м-ну ЕР. Асоціює білки об-ки і ініціює отпочковиваніе везикули. GTP-ази потрапили в м-ну активують фосфоліпазу D, кіт перетворює фосфоліпіди в фосфотідную к-ту, що підсилює зв'язування оболонкових білків. Разом білок-білкові і білок-ліпідні взаємодії згинають м-ну
SNARE - білки - відповідають за злиття донорной і акцепторной м-н, більше 20, кожна на специфічний пов-ти м-ни, трансмембранні білки на пов-ти везикули - v-SNAR, на пов-ти донора - t-SNAR. Взаємодіючи v- і t-SNAR обвиваються ін на одного в транс-SNAR-комплекс, що забезпечує злиття м-н. SNF-білок руйнує транс-SNAR-комплекси - цитозольний шаперон ATP-аза, використовує адаптують білки для зв'язування з комплексом-SNAR
Rab-білки - мономерні GTP-ази, більше 30, кожна органела має хоча б один Rab на м-ні з боку цитоплазми, регулюють стикування везикул і зв'язування v-SNAR-ів і t-SNAR-ів необхідних для злиття м-н. У стані GDP-неактивні, нах в цитоплазмі, в стані GTP-активні і переходять на пов-ть м-ни органели або везикули. В активному стані Rap зв'язуються з м-ний ліпідним якорем і збирають інші білки беруть участь у злитті м-н
неактивний Rab-GDP пов'язаний з GDI - GDP-дисоціюють інгібітор. Rab-GDP зв'язується з GEF-гуанін нуклеотид міняє фактор, пов'язаний з м-ний донорного компартмента - змінює GDP на GTP. Rab-GTP зв'язується з м-ний формується везикули і асоціює v-SNARE, які в складі везикули транспортуються до органелле і зв'язуються з Rab-ефекторами і t-SNARE, пов'язаними з м-ний акцепторного компартмента і забезпечують злиття м-н
білок органела
Rab1 ЕР і АГ
Rab2 цис-АГ
Rab3A сінаптіч везикули, секрет гранули
Rab4 ранні ендосоми
Rab5A ПМ, клатріновие везикули
Rab5C ранні ендосоми
Rab6 промежуточний- і транс-АГ
Rab7 пізні ендосоми
Rab8 секреторні везикули (базолатеральную)
Rab9 пізні ендосоми, trans-АГ
Злиття м-н відбувається не тільки при везикулярного транспорті: злиття спермія з яйцем, злиття міобластів під час розвитку м'язової клітини.
