Транспорт белков
Учреждение образования
«ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА БИОТЕХНОЛОГИИ
Реферат на тему:
Транспорт белков
студентка 5 курса 831411
Гайдалёнок Виктория Сергеевна
ПИНСК 2012
Содержание:
- Секреция белков у прокариот: Sec-аппарат, системы секреции I-IV типов
- Распределение белков по компартментам клетки эукариот
2.1 Котрансляционная транслокация белков в полость эндоплазматического ретикулума
2.2 SRP-частица и ее рецептор
2.3 Модификации белков в полости ЭР и их последующая сортировка
- Транспорт белков в митохондрии и хлоропласты, контроль локализации белков внутри этих органелл
3.1 Транспорт белков через ядерные поры
- Секреция белков у прокариот: Sec-аппарат, системы секреции I-IV типов Процесс секреции белков является важным аспектом жизнедеятельности бактерий, поскольку значительное количество белков бактериальной клетки локализованы вне цитоплазмы. Способность к секреции белков является важнейшей для вирулентных бактерий, поскольку в процессе инфекции многие белковые продукты должны располагаться на внешней поверхности бактериальной клетки, либо секретироваться во внешнюю среду. Кроме того, секреция белков имеет важнейшее значение для биотехнологии, поскольку очистка белков из культуральной среды простого состава значительно проще, чем из лизатов, которые представляют собой сложные смеси различных веществ. В связи с этим изучение процесса белковой секреции является весьма актуальной проблемой.
Секреция присутствует не
только у эукариот, она также есть
у бактерий и архей. Кассетные
АТФ-связывающие транспортеры (АВС-система)
характерны для всех трёх доменов
живых организмов. Сек-система —
это другая консервативная секреторная
система, которая гомологична каналу-
Sec система.
В отличие от секреции у эукариот, секреция через бактериальную плазматическую мембрану протекает в основном посттрансляционно. Работу Sec системы можно разделить на три стадии:
- направление белка на транспорт
- собственно транслокация белка через мембрану
- освобождение
На первой стадии пребелки направляются к точкам секреции в цитоплазматической мембране (местам, где собран транслокационный комплекс). На второй стадии полипептидная цепочка пересекает липидный бислой, скорее всего через транслоказу. На третьей стадии транслоцированный полипептид освобождается и либо принимает свою нативную конформацию, либо направляется для дальнейшей секреции в одну из терминальных ветвей GSP.
Как минимум 10 белков необходимы для работы Sec системы (Рис. 1.). Первая стадия реакции требует присутствия специфичного для секреции шаперона SecB. Этото шаперон является тетрамером, опознает белки, содержащие сигнальный пептид, и связывается с ними, выполняя фактически функцию молекулярного шаперона, связываясь собластями пресекреторных белков, не принявшими свою окончательную конформацию и поддерживая их в компетентном для транслокации состоянии. Второй функцией SecB является "доставка" предшественников белков к SecA субъединице мембранной транслоказы. В некоторых случаях могут привлекаться гомеостатические шапероны GroEL и DnaK.
Рис.1
Вторая стадия реакции
катализируется сложным белковым комплексом,
расположенным в
Бактериальные системы секреции
Для секреции белков бактериальные клетки используют различные системы секреции в зависимости от строения и конечной локализации белка. Поэтому является необходимым приведение небольшого обзора систем секреции всех типов.
Секреция первого типа. Аппарат этой системы секреции устроен относительно просто. Он включает в себя три компонента белковой природы. Эта система является Sec-независимой и осуществляет секрецию субстратов непосредственно из цитоплазмы в одну стадию без периплазматических посредников. По этому пути секретируются токсины, протеазы, липазы, антибиотики и другие соединения (D. Thanassi et al., 2000).
Секреция второго типа. Эта система секреции устроена уже довольно сложно. Характерной особенностью является ее разделение на две части и секреция субстратов в две стадии. Первая часть, называемая Sec-системой, экспортирует белки через цитоплазматическую мембрану, далее белки либо остаются в периплазме, либо секретируются через внешнюю мембрану посредством терминальных компонентов системы секреции (S. Lory, 1998). По этому пути секретируются такие белки, как пектатлиазы, пектинметилэстеразы и целлюлазы рода Erwinia, целлюлаза, протеаза и амилаза Xanthomonas campestris, липаза, фосфолипаза, эластаза, энтеротоксин А у Pseudomonas aeruginosa, амилаза и протеаза Aeromonas hydrophila, хитиназа, протеаза и холерный токсин Vibrio cholerae (J. Hacker at al., 2000). В связи с большим количеством и разнообразием субстратов, секретируемых через этот аппарат секреции, его называют “общим секреторным путем” (General Secretory Pathway, GSP).
Секреция третьего типа. Этот тип секреции, подобно первому типу, является независимым от Sec-системы. Характерной особенностью его является доставка субстратов (факторов вирулентности) непосредственно в клетку эукариотического хозяина, также наличие большого количества секреторных шаперонов. Сам аппарат включает в себя около двадцати белковых компонентов, большая часть которых расположена во внутренней мембране, и по структуре довольно схож с системой сборки жгутика. Посредством системы секреции третьего типа экспортируются многие факторы вирулентности патогенов человека и животных, а также Avr-белки, харпины и другие факторы вирулентности фитопатогенных бактерий (J. Hacker еt al., 2000).
Секреция четвертого типа. Аппарат секреции четвертого типа состоит из двух компонентов: конъюгационного канала, через который происходит транслокация субстратов, и конъюгационного пилюса, необходимого для контакта с реципиентной клеткой. Строение этой системы секреции сходно со строением аппарата конъюгации некоторых плазмид. Она также обладает широкой специфичностью как субстратов (экспортируются крупные нуклеопротеидные комплексы, сложные белковые токсины, мономерные белки), так и реципиентов, т.к. ими могут служить практически все живые организмы (S. Lory, 1998).
Секреция пятого типа. В некоторых публикациях именуется системой секреции четвертого типа. Эта система секреции включает в себя группу белков, называемых автотранспортерами, к числу которых относятся: протеазы (IgA)Neiseria gonorrhoeae, цитотоксин (Vac) Helicobacter pylori.
Автотранспортеры экспортируются из цитоплазмы через Sec-систему с отщеплением сигнальной аминоконцевой последовательности. Некоторые из них могут оставаться заякоренными в клеточной стенке, другие же экспортируются непосредственно во внеклеточное пространство (J. Hacker еt al., 2000).
Распределение белков по компартментам клетки эукариот
У эукариотической клетки таких отсеков несколько, эти клетки поделены на функционально различные, окруженные мембранами области (компартменты). Каждый компартмент, или органелла, имеет свой собственный набор ферментов и других специализированных молекул; существуют и сложные системы распределения, проводящие специфические продукты из одного компартмента в другой. Чтобы разобраться в строении эукариотической клетки, необходимо знать, что происходит в каждом из ее компартментов, какие молекулы курсируют между ними и как возникают и сохраняются сами компартменты.
Центральную роль в
компартментации
2.1 Котрансляционная транслокация белков в полость эндоплазматического ретикулума
Транспорт белков в ЭПР
осуществляется по мере их синтеза, так
как рибосомы, синтезирующие белки
с сигнальной последовательностью
для ЭПР, «садятся» на специальные
транслокационные комплексы на мембране
ЭПР. Сигнальная последовательность для
ЭПР включает обычно 5-10 преимущественно
гидрофобных аминокислот и
Вместе с SRP рибосома
перемещается к ЭПР и
После связывания с
транслокатором комплекс SRP — рецептор
SRP отделяется от рибосомы, и это
приводит к возобновлению
После возобновления
трансляции гидрофобный
Попавший в ЭПР белок
остается в этой органелле,
если имеет специальную «
В направлении сигнального пептида к мембране ЭР участвуют SRP - частица, распознающая сигнал (a signal-recognition particle) и ее рецептор, известный также как стыкующий белок.
2.2 SRP-частица и ее рецептор.
Частица, распознающая сигнал, связывается с сигнальным пептидом, как только он "сходит" с рибосомы. Это приводит к временной остановке синтеза белка. Возникшая пауза в трансляции, вероятно, дает возможность рибосоме связаться с мембраной ЭР до того, как синтез полипептидной цепи будет завершен. Благодаря этому ненужного высвобождения белка в цитозоль не происходит.
Пауза в трансляции
длится до тех пор, пока
2.3 Модификация белков в полость ЭПР
Карбоксильный конец некоторых
белков плазматической мембраны с помощью
специфических ферментов
Рис.2
- Транспорт белков в митохондрии
Белки, импортируемые в
митохондриальный матрикс, обычно поступают
из цитозоля в течение одной - двух
минут после их отделения от полирибосом.
Белки переносятся в матрикс
митохондрии через зоны слипания
, связывающие внешнюю и
Транспортируемый белок
разворачивается, когда
Белки, импортируемые в митохондриальный матрикс, почти всегда несут на N-конце сигнальный пептид длиной от 20 до 80 аминокислотных остатков. После поступления белка в митохондрию сигнальный пептид быстро удаляется при помощи специфической протеазы (сигнальной пептидазы ) матрикса и затем, вероятно, деградирует в матриксе до аминокислот. Сигнальный пептид может быть исключительно простым. На втором этапе транспорта белок может переноситься во внутреннюю мембрану. Для этого он должен иметь еще гидрофобный сигнальный пептид; этот пептид открывается после удаления первого сигнала.
Во внешней мембране
митохондрий имеется одна
Импорт кодируемых
ядерным геномом белков в
ТРАНСПОРТ БЕЛКОВ В ХЛОРОПЛАСТЫ
Транспорт нуклеиновых
кислот (ДНК или РНК) через мембраны
оболочки хлоропластов
Как же белки проникают
через две мембраны оболочки
хлоропласта? И как они
Сигналы для сортировки белков
Транспорт белков в хлоропласты во многих отношениях напоминает транспорт в митохондрии: и тот, и другой процесс происходят после трансляции, и тот. и другой нуждаются в энергии, и в том. и в другом случае используются гидрофильные N-концевые сигнальные пептиды, которые затем удаляются. Однако имеется по крайней мере одно важное отличие: в митохондриях для проведения этого транспорта используется еще электрохимический градиент на их внутренней мембране. В хлоропластах же, где электрохимический градиент имеется не на внутренней мембране, а на мембране тилакоида, по-видимому, для транспорта через внешнюю двумембранную оболочку в качестве источника энергии используется только гидролиз АТР.
Сигнальные пептиды для переноса белков в хлоропласты напоминают раннее описанные пептиды для импорта в митохондрии. Но в растительных клетках имеются и митохондрии, и хлоропласты, и соответственно, белки должны «выбирать» между ними Например, в растительных клетках бактериальный фермент, присоединенный (методами генной инженерии) к N-концевой последовательности митохондриального белка, направляется в митохондрии. Хлоропласты содержат еще один окруженный мембраной компартмент - тилакоид. Множество белков хлоропластов, включая белковые субъединицы фотосинтетической системы и АТР-синтетазы. импортируются в мембрану тилакоида из цитозоля. Подобно некоторым митохондриальным белкам-предшественникам, эти белки доставляются к мест> назначения в два этапа. Сначала они проникаю! через двумембранную оболочку в матрикс хлоропласта (называемый стромой), а затем переносятся в мембрану тилакоида (или сквозь нее в тилакоидное пространство). Предшественники этих белков имеют кроме N-концевого сигнального пептида для хлоропластов еще гидрофобный тилакоидный сигнальный пептид. После того, как белок с помощью N-концевого сигнального пептида проникает в строму, этот пептид удаляется стро-мальной протеазой (аналогичной протеазе матрикса митохондрий). В результате открывается тилакоидный сигнальный пептид, который затем инициирует транспорт через мембрану тилакоида. Как и в митохондриях, этот второй этап служит для встраивания собственных белков хлоропласта в мембрану тилакоида; необходимый для этого белок-транслокатор, вероятно, происходит от бактериального предка хлоропластов.
Сигнальные пептиды —
это короткие участки, расположенные
на N- и С-концах, реже — в центральной
части полипептидной цепи. Эти
фрагменты имеют характерные
физико-химические свойства, такие, как
гидрофобный характер, наличие положительного
или отрицательного заряда, более
важные в функциональном отношении,
чем аминокислотная последовательность.
Сигнальные участки представляют собой
трехмерные структуры на поверхности
белка, составленные из различных фрагментов
одной и той же или нескольких
пептидных цепей. На схеме показаны
некоторые из известных сигнальных
последовательностей и
Сигнальные пептиды (участки)
— это структурные сигналы, которые
могут быть прочитаны клеткой
двумя способами. Обычно они узнаются
и связываются рецепторами, локализованными
в мембранах органелл. Затем рецепторы
при участии белков-
Сигнальные пептиды, расположенные
на N- или С-концах полипептидной
цепи, после выполнения своей функции
удаляются специфичными гидролазами.
На схеме эти ферменты показаны в
виде ножниц. При наличии в белке
нескольких сигнальных последовательностей
они удаляются поочередно. Это
имеет место, например, в случае импорта
белков в митохондрии и хлоропласты,
когда большинству белков приходится
последовательно проходить
3.1 Транспорт белков через ядерные поры.
В ядро белки попадают через ядерные поры. Через ядерную пору может одновременно транспортироваться до 500 макромолекул в обоих направлениях. Белки (пептиды) с молекулярной массой до 5.000 дальтон свободно диффундируют через ядерные поры. Путем пассивного транспорта (диффузии) через поры могут проникать белки с молекулярной массой до 60.000 дальтон.
Из более крупных белков
в ядро попадают только обладающие
сигнальной последовательностью для
ядра (это один или два коротких
участка белка, богатых остатками
положительно заряженных аминокислот
- аргинина или лизина). С этой последовательностью
связываются специальные белки-
рецепторы импорта в ядро (иногда
с помощью дополнительных адаптерных
белков). Рецепторы импорта в ядро
связываются также с
Аналогичный механизм обеспечивает экспорт белков из ядра, только эти белки должны обладать иной сигнальной последовательностью, с которой связываются рецепторы экспорта из ядра (белки, сходные по структуре с рецепторами импорта).
Список литературы
- Албертс, Б. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. М75 и доп. Т. 2.: Пер. с англ.- М.: Мир, 1993.-539 с.
- 1. H. Akatsuka, R. Binet, E. Kawai, C. Wandersman, and K. Omori. Lipase secretion by bacterial hybrid ATP-Binding Cassette Exporters: molecular recognition of the LipBCD, PrtDEF, and HasDEF exporters. // Journal of bacteriology. - 1997. – Vol. 179. №15 - Р. 4754–4760.
- R. Binet, S. Leґtoffe, J. M. Ghigo, P. Delepelaire, C. Wandersman. Protein secretion by Gram-negative bacterial ABC exporters – a review. // Gene. - 1997. – Vol. 192. - Р. 7–11.
- W. H. Bingle, J. F. Nomellini, and J. Smit. Secretion of the Caulobacter crescentus S-Layer potein: further localization of the C-terminal secretion signal and its use for secretion of recombinant proteins. // Journal of bacteriology. - 2000. – Vol. 182. №11. - Р. 3298–3301.
- P. Delepelaire, C. Wandersman. The SecB chaperone is involved in the secretion of the Serratia marcescens HasA protein through an ABC transporter. // EMBO J. - 1998. - Vol. 17. №4. - P. 936–944.
- M. J. Fath, R. Kolter. ABC Transporters: Bacterial Exporters. // Microbiological reviews. -1993. – Vol. 57. №4. - Р. 995–1017.
- J. Hacker, J. B. Kaper. Pathogenicty islands and the evolution of microbes. // Annu. Rev. Microbiol. - 2000. – Vol. 54. - Р. 641–79.

- Транспорт в Австралии
- Транспорт - важнейшая отрасль хозяйства страны
- Транспорт веществ сквозь биологические мембраны
- Транспорт веществ через биологические мембраны
- Транспорт в логистической системе
- Транспорт в логистической системе предприятия
- Транспорт в логистической системе предприятия
- Трансплантология
- Трансплантология: вчера, сегодня, завтра
- Транспорная логистика
- Транспорные аварии и катастрофы
- Транспорт
- Транспорт
- Транспорт африки