|
Карабаева Мадина 139 Ом
Тема:
Везикулярный транспорт
Синтезируемые цитоплазме на рибосомах
белки должны попадать в разные компартменты клетки — ядро,
митохондрии, ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы
и др., а некоторые белки должны попасть
во внеклеточную среду. Для попадания
в определённый компартмент белок должен
обладать специфической меткой. В большинстве
случаев такой меткой является часть аминокислотной
последовательности самого белка (лидерный
пептид, или сигнальная последовательность
белка). В некоторых случаях меткой служат
посттрансляционно присоединённые к белку
олигосахариды. 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. Из ЭПР в аппарат Гольджи,
а оттуда в лизосомы, на внешнюю мембрану
или во внеклеточную среду белки попадают
путём везикулярного транспорта. В ядро
белки, обладающие сигнальной последовательностью
для ядра, попадают через ядерные поры.
В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие
соответствующими сигнальными последовательностями,
попадают через специфические белковые
поры-транслокаторы при участии шаперонов.
Пути транспорта белков в клетке
Пути транспорта в клетке
Синтез белка всегда начинается в цитоплазме.
Окончание синтеза происходит в цитоплазме
либо на шероховатом эндоплазматическом
ретикулуме (ШЭР).
Можно условно выделить два пути транспорта
белка в клетке:
1. Из цитоплазмы в некоторые
органеллы (ядро, пластиды, митохондрии)
2. Большой путь везикулярного транспорта
из ШЭР через аппарат Гольджи (АГ) к другим
органеллам (лизосомы, пероксисомы) и через
секреторные везикулы во внеклеточную
среду. Поскольку синтез всех белков начинается
в цитоплазме, а конечная локализация
каждого белка может быть различна внутри
полипептида имеется система сигналов
определяющая его транспортный путь. Первичный
сигнал определяет путь из цитоплазмы
(в ШЭР, в ядро, в митохондрию или в пластиду),
вторичный сигнал определяет дальнейшее
направление, например, внешняя или внутренняя
мембрана митохондрии или матрикс; лизосома,
пероксисома или секреторная гранула.
Сигнальные последовательности
белков
Сигнальные последовательности имеют длину
3-80 аминокислот узнаются
специфическими рецепторами на мембранах
различных компартментов клетки.
Сигнальная последовательность ЭР - гидрофобный
участок 5-15 аминокислот на N-конце полипептида.
Сигнал митохондриальных белков 20-80 аминокислот
состоящий из спирали и торчащих концов
- (+)-заряженного и гидрофобного. 5 (+)-заряженных
аминокислот для транспортировки в ядро.
Пероксисомные белки имеют последовательность
на С-конце Ser-Lys-Leu-COOH.
Имеется класс сигнальных последовательностей
которые не позволяют белку достигшему
определенной локализации транспортироваться
дальше. Например, мотив Lys-Asp-Glu-Leu-COOH (KDEL)
не позволяет белкам покидать эндоплазматический
ретикулум.
Одна из функций гладкого ЭР - удержание кальция
готового для выпуска в цитозоль при стимуляции клетки.
Кальретикулин - белок удерживающий ионы
кальция. Первые 17 аминокислот включают
14 гидрофобных (синие) - сигнальная последовательность
для проникновения в ЭР из цитозоля. Последние
четыре аминокислоты KDEL удерживают белок
в ЭР.
Некоторые белки имеют различные локализации в клетки.
Существует несколько путей транспортировки
идентичных полипептидов в различные компартменты
клетки [Karniely, 2005]:
1. Несколько сигнальных последовательностей
в одном полипептиде преднозначенные
для разных компартментов. Каталаза А
дрожжей имеет две сигнальные последовательности
- для митохондрий и пероксисом, причем
количество фермента в этих органеллах
зависит от состава среды. Некоторые цитохромы
имеют два сигнала - митохондриальный
и ЭР. Митохондриальный сигнал запускается
после посттрансляционного фосфорилирования
белка. Известно, что белок-предшественник
амилоида болезни Альцгеймера также имеет
два сигнала локализации - ЭР и митохондрий.
2. Одна сигнальная последовательность
узнается различными рецепторами на поверхности
компартментов. Например, некоторые белки
митохондрий и хлоропластов имеют общую
сигнальную последовательность, которая
более гидрофобна чем специфические сигналы.
3. Сигнал может быть блокирован другим
белком. Апуриновая/апиримидиновая эндонуклеаза
1 (Apn1) - основной фермент эксцизионной
репарации репарации ДНК в ядре и митохондриях.
С-конец имеет сигнал ядерной локализации
(NLS), за которым идет сигнал митохондриальной
локализации. белок Pir1 взаимодействует
с С-концом Apn1 блокируя NLS.
4. Сигнал может быть блокирован специфическим
сворачиванием белка. Аденилат-киназа
дрожжей Aky2 локализуется в цитоплазме
и в небольшом количестве в межмембранном
пространстве митохондрий, имеет две сигнальные
последовательности, активность которых
зависит от конформации белка.
5. Сигнал может быть блокирован после
модификации полипептида. Фосфорилированный
цитохром CYP2B1, взаимодействует с цитозольным
шапероном Hsp70, что приводит к конформационным
изменениям и переключает одну сигнальную
последовательность на другую.
6. Одна РНК может иметь два сайта инициации
трансляции при этом образуются два белка
- один с сигнальной последовательностью,
другой без нее, что определит различную
локализацию белков в клетке. В другом
случае может образовываться две различные
РНК кодирующие два идентичных белка,
но у одного будет сигнальная последовательность,
а у другого нет.
Транспорт в ядро
Транспорт в митохондрии и пластиды
Митохондрии и пластиды имеют собственную ДНК и самостоятельно
синтезируют некоторые белки. Однако многие
из основных белков митохондрий и пластид
синтезируются в цитозоле.
Белки проникающие
в митохондрии должны нести сигнал, определяющий
локализацию - внутрення или наружная
мембрана, или матрикс.
Белки преднозначенные для матрикса несут
сигнал на N-конце, который узнается рецепторами
на внешней мембране. Рецептор связан
с комплексом переноса белка, который
разворачивает белок и переносит его через
мембрану. После переноса белка сигнальная
последовательность отрезается и белок
снова сворачивается.
Белки шапероны связываются
с вновь синтезированным белком предотвращая
его сворачивание.
Шаперонины связываются
с белком после его транспортировки к
месту доставки и способствуют правильному
сворачиванию.
В ответ на различные стрессовые воздействия
(например повышение температуры) в клетке
синтезируются шапероны называемые белками
теплового шока - hsp (heat-shock proteins), которые
стабилизируют клеточные белки. Hsp обнаружены
во всех клеточных компартментах эукариот
и у бактерий.
Везикулярный транспорт
Из одной органеллы в другую
перемещение происходит в везикуле
или на ее поверхности в виде
интегральных белков.
Донорный компартмент – органелла
от которой отрывается мембрана в составе
везикулы.
Акцепторный компартмент – принимает
везикулу.
Конститутивная секреция - происходит
постоянног и не зависит от внешних сигналов.
Регулируемая секреция – под ПМ
происходит накопление пузырьков ,которые
сливаются с ПМ при наличии внешних сигналов
– гормоны, нервы – и повышении концентрации
Са2 + до 1мкм
Ретроградный транспорт – возвращение
рецепторных белков и липидов из АГ в Эр-
сополнение мембраны ЭР.
Антероградный транспорт – растворимые
грузовые белки двигаются по секреторному
пути ЭР. Окаймленные везикулы покрыты
белками,которые узнают и концентрируют
специфические молукулярные белки
и отделяют пузырьки, формируют рещетку
и придают форму везикуле: клатриновые,
СОР, СОР2
Клатриновые везикулы – 0,1мкм, транспорт
из АГ и ПМ, клатрин – 3 типа, 3 большие
и 3 малые субъединицы формирующие
трисклетон – собираюobtcz на поверхности
м-ны со стороны цитоплазмы впента- и гексагоны,
которые спонтанно формируют сферу.
Адаптин – связывает клатрин
с м-ной и ловит различные
транм-ные белки в том числе
грузовые рецепторы, которые захватывают
растворимые грузовые белки, которые
попадают внутрь везикулы. Иметтся
по крайней мере 4 типа адаптинов.
Динамин – GTP-аза,растворимый
цитоплазматический белок, образует кольцо
на отделяющейся клатриновой везикуле-
регулирует количество клатрина отщепляющегося
вместе с м-ной в составе везикулы, ассоцирует
другие белки помогающие выпучить м-ну
и белки модификаторы липидов, изменяющие
локально липидный состав м-ны для выпучивания.
После отделения везикулы от м-ны клатрин
и адипин отделяют шапероныв- АТР-азы hsp 70семейства.
Ауксилин – прикрепляется к везикуле
и активирует АТФЙ –азу. Так как кайма
формирующейся везикулы существует дольше
чем кайма отделенной – имеется стабилизирующий
механизм.
Слияние
м-н происходит не только пр везикулярном
транспорте слияние спермия с яйцом, слияние
миобластов во время развития мышечной
клетки.
Образование клатринового пузырька.
Диаметр клатринового пузырька
0,3мкм.
Транспорт белков из аппарата
Гольджи на наружную мембрану.
Белки , встроившиеся в мембрану ЭПС
и попавшие оттуда в составе везикул
ав АГ, могут премещатьсяч на наружную
мембрану клетки. Их направление к
мембране осуществляется благодаря взаимодействию
везикул с микротрубочками цитоскелета
и благодаря особым стыковочным белкам,
которые обеспечивают слияние везикул
с мембраной.
Сложная организация эукариотических
клеток требует налаженных механизмов
внутриклеточного везикулярного траспорта.
Новейшие исследования показали, что
механизмы, лежащие в основе таких
функционально важных процессов
как эндо- и экзоцитоз уникальны
и, сохранившись в процессе эволюции,
эффективно действуют как в клетке
дрожжей, так и в нейроне гиппокампа.
Как эндоцитоз лиганд-рецепторного
комплекса с поверхности плазматической
мембраны, так и транспорт вновь синтезируемых
секреторных белков из эндоплазматического
ретикулума через цис-, медиал-,транс-Гольджи
к поверхности плазматической мембраны
осуществляются в везикулах.
Транспортыне везикулы формируются
и отпочковываются о тдонорной
мембраны и после осуществления
раунда внуртиклеточного транспорта
сливаются с акцепторной мембраной.
Специализированные белки цитоплазмы
покрывают вновь образованные везикулы.
Согласно современным
представлениям, формирование транспортной
везикулы на мембране внутриклеточного
компартмента начинается после взаимодействия
белков, переносимых везикулой, с трансмембранным
рецептором. Изменение структурного состояния
связанного рецептора может распознаваться
цитоплазматическими белками, которые
ассоциируются с мембраной и инициируют
образование транспортной везикулы.
|
