Различные пространственные структуры трансмембранных белков могут определяться комбинациями

8-27

8-26

8.6.7. При переносе через мембрану ЭР не всегда продолжается удлинение полипептидной цепи [38]

Выше шла речь о том, что перенос белков в митохондрии, хлоропласти и пероксисомы происходит после трансляции (посттрансляционно), когда белок синтезирован и поступил в цитозоль, между тем перенос через мембрану ЭР протекает одновременно с трансляцией (котрансляционно). Именно поэтому рибосомы связываются с мембраной ЭР, а не с цитоплазматической поверхностью других органелл. В течение многих лет считалось, что рибосомы шероховатого ЭР могут использовать энергию, освобождающуюся при синтезе белка, для «протаскивания» растущих полипептидных цепей сквозь мембрану ЭР. Однако последние исследования in vitro показали, что предшественники некоторых белков могут поступать в ЭР уже после того, как их синтез закончен. Этот перенос требует гидролиза АТР, но не продолжения синтеза белка (рис. 8-44). Считается, что, как и при переносе в митохондрии, гидролиз АТР необходим для разворачивания белка при прохождении его через мембрану. Об этом свидетельствуют как генетические, так и биохимические эксперименты на дрожжах.

Большинство белков-предшественников не могут проникнуть в ЭР, если они синтезировались в другом месте. Либо они сворачиваются таким образом, что маскируется сигнальный пептид, либо аппарат переноса на ЭР оказывается неспособным развернуть данный белок. Возможно, котрансляционный перенос позволяет этим белкам созревать без свертывания их молекулы, что характерно для белков, переносимых в другие органеллы.

пептидов, детерминирующих начало и конец переноса [39]

Большинство сигнальных пептидов удаляется специальной сигнальной пептидазой, связанной с мембраной ЭР. Однако само по себе присутствие сигнального пептида еще недостаточно для работы этой пептидазы: необходимо наличие no-соседству сайта разрезания, который не требуется для переноса. Показано, что у некоторых белков сигнальные

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Рис. 8-45. Топология переноса белка через мембрану ЭР, проиллюстрированная для двух простых случаев. Считается, что промежуточный продукт переноса содержит петлю полипептидной цепи, в которой сигнальный пептид (называемый также сигналом начала переноса) формирует половину вертикального участка петли, а вторая половина в каждый данный момент образована переносимым участком полипептида. В случае, когда имеется только старт-пептид, а стоп-пептид отсутствует, полипептид переносится через мембрану целиком, и после отрезания стартового пептида в просвет (полость) ЭР высвобождается зрелый растворимый белок (А). Если имеется один старт-пептид и один стоп-

пептид, перенос прекращается, когда стоп-пептид достигнет вертикального участка петли, в то время как синтез белка с цитозольнои стороны мембраны продолжается; после отрезания сигнала начала переноса зрелый белок остается в мембране, он пронизывает липидный бислой ЭР, и с каждой стороны мембраны выступает по домену (Б).

пептиды расположены внутри полипептидной цепи и никогда не вырезаются.

Полагают, что неудаленные сигнальные пептиды играют важную роль в реализации различных способов встраивания в мембрану, обнаруженных у трансмембранных белков. Все эти способы можно рассматривать как варианты той последовательности событий, в результате которой растворимый белок переносится в полость ЭР. В соответствии с современными представлениями, гидрофобный сигнальный пептид растворимого белка, кроме прочих функций, служит сигналом начала переноса и остается погруженным в мембрану все то время, пока остальная часть молекулы белка протаскивается сквозь нее в виде большой петли (рис. 8-45, А). Когда через мембрану проходит карбоксильный конец молекулы, белок остается связанным с ней только сигнальным пептидом. Следовательно, если этот пептид отрезается, белок высвобождается в полость ЭР.

Для мембранных белков ситуация сложнее, поскольку часть их полипептидной цепи переносится через мембрану, а часть - нет. В простейшем случае такой белок переносится таким же способом, какой только что был описан для растворимых белков (кроме того, что его сигнальный пептид не несет участка разрезания и поэтому не удаляется сигнальной пептидазой). В результате белок становится трансмембранным, пронизывающим мембрану один раз. В мембрану погружен N-конец, на котором сигнальный пептид образует сегмент из 20-30 гидрофобных аминокислот, находящийся в форме α-спирали (см. рис. 8-48,А).

Для трансмембранных белков, пересекающих мембрану один раз,

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

(однопроходные белки) и имеющих в просвете ЭР не С-конец, а N-конец, необходим более сложный механизм переноса. Известно, что у этих белков перенос также инициируется N-концевым сигнальным пептидом, но в молекуле присутствует дополнительный гидрофобный сегмент, останавливающий процесс до того, как вся полипептидная цепь пройдет через мембрану. В таких белках именно этот сигнал конца переноса

удерживает белок в мембране, а сигнал начала переноса отрезается (рис. 8-45, Б).

Известно множество белков, полипептидная цепь которых пронизывает липидный бислой несколько раз в противоположных направлениях (многопроходные белки). Полагают, что в таких белках внутренний сигнальный пептид служит сигналом начала переноса, который длится до следующего сигнала остановки. Таким образом, основной единицей при транслокации является полипептидная петля между двумя гидрофобными сегментами (одним пептидом начала переноса и одним останавливающим пептидом). Оба этих сегмента в зрелом белке представляют собой α-спиральные мембраносвязанные домены. Гипотетический механизм, с помощью которого может происходить встраивание такой петли в мембрану, представлен на рис. 8-46. Для сложного трансмембранного белка, у которого липидный бислой пронизывает много гидрофобных сс-спиралей, транслокация должна вновь запускаться вторым стартовым пептидом и продолжаться до тех пор, пока следующий стоп-

пептид не прервет ее, и так далее для последующих старт- и стоп-пептидов (см. рис. 8-48, Г),

Рис. 8-46. Гипотетическая модель встраивания внутренней петли полипептидной цепи в липидный бислой ЭР. Считают, что белок-

переносчик может находиться в двух конформациях, «закрытой» и «открытой». Связывая сигнальный пептид начала переноса, он переходит в закрытое состояние и начинает работать как переносчик. Но как только к его участку связывания подходит сигнальный стоп-пептид, он вновь переключается на неактивную, открытую конформацию и отделяется от белка.

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Дата добавления: 2015-08-31