Связывание SRP с рецептором при закреплении белков на мембране ЭПР

Обновлено: 17.05.2024

Связывание SRP с рецептором при закреплении белков на мембране ЭПР

• Причаливание (докинг) SRP к ее рецептору локализует рибосому и новообразующуюся цепь белка поблизости от транслокона

• Для причаливания необходимо связывание ГТФ и наличие гидролитической активности у SRP и ее рецептора

Узнавание новообразующейся цепи секреторного или мембранного белка при помощи SRP завершает только первую половину процесса адресования. Связавшись с SRP, белковая цепь должна позиционироваться на мембране ЭПР и транспортироваться к транслокационному каналу. В качестве промежуточного участника этого процесса выступает белковый комплекс, известный под названием SRP-рецептор (SR), который локализован на мембране ЭПР со стороны цитозоля.

SR представляет собой димер, состоящий из двух близких по строению субъединиц. Субъединица «альфа» ориентирована в сторону цитозоля (SR а), она взаимодействует с SRP, а «бета» (SR b) встроена в мембрану. Она взаимодействует с SR а и фиксирует ее на мембране ЭПР.

Подобно SRP54, каждая из субъединиц, SRa и SRb, содержит домен, ответственный за связывание и гидролиз ГТФ, и три этих белка образуют подсемейство ГТФ-аз. Ферментативная активность этих белков в отношении ГТФ играет критическую роль в адресовании белка на ЭПР и в его переносе в канал транслокации, а также в рециклировании SRP после прохождения адресования.

Как иллюстрирует рисунок ниже, для прохождения адресования необходимо, чтобы SRP и SR осуществляли скоординированное связывание и гидролиз ГТФ. Пока не выяснено, связывают ли SRP и SR а ГТФ до их ассоциации друг с другом или их взаимодействие приводит к связыванию ГТФ. В любом случае связанная с сигнальной последовательностью SRP и рибосома объединяются с SR. SR связывается с транслоконом, и объединение ГТФ с SRb, вероятно, облегчается субъединицей канала транслокации.

Более того, происходит связывание транслокона с комплексом «рибосома-растущая цепь». Таким образом, возникает продукт скоординированной ассоциации нескольких компонентов. В этом продукте SRP и обе субъединицы SR содержат связанный ГТФ. По-видимому, конформационные изменения, приводящие к гидролизу ГТФ под действием SRP и SR, возникают лишь в случае успешного образования комплекса, и как SRP, так и SR а способны взаимно активировать этот процесс, в результате чего их структура существенно меняется.

Рибосома также может ускорять гидролиз ГТФ в SRP и SR а. Изменения конформации приводят к высвобождению комплекса «рибосома-растущая цепь» из SRP и SR. В то же время за счет взаимодействия между рибосомой, каналом и белковой цепью последняя удерживается на месте и готова к транслокации.

Многократные взаимодействия белков и гидролиз нуклеотидов при адресовании, вероятно, обеспечивают необходимую скорость и степень точности этого процесса. Если при синтезе белка цитозоля рибосома располагается на мембране ЭПР поблизости от транслокона, то отсутствие ассоциации между SRP-SR свидетельствует о том, что белок находится здесь временно и не будет транслоцироваться. Аналогичным образом, если рибосома позиционирована на комплексе SR, который не связан с каналом, то взаимодействие не будет усилено из-за отсутствия связи рибосома-транслокон и транслокон-SR, поэтому гидролиз ГТФ происходить не будет. Таким образом, в отсутствие транслокона белковая цепь не будет освобождаться.

При высвобождении из SRP рибосома занимает транслокон. Это осуществляется при ее непосредственном взаимодействии с белками канала. При этом рибосома позиционируется непосредственно над входом в канал со стороны цитозоля, и новообразующийся полипептид транспортируется между рибосомой и каналом. Взаимодействие между ними сначала слабое, но может усиливаться, и существует на протяжении всего процесса транслокации.

Остается неясным один аспект адресования и транслокации. Каким образом присутствие нескольких рибосом на одной молекуле иРНК (полисома) влияет на адресование и сборку транслоконов. Если белок синтезировался с участием первой рибосомы на иРНК, позиционированной на ЭПР, то для остальных рибосом SRP должны быть не нужны, поскольку они уже были позиционированы около мембраны ЭПР.

Исследования, проведенные методом резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET), который позволяет измерить расстояние между двумя молекулами, показали, что, несмотря на незначительные структурные различия между свободным и занятым транслоконом, канал остается собранным и готовым к транслокации, даже если не занят. Таким образом, взаимодействие SRP-SR может оказаться необходимым только для начального этапа адресования. После этого остальные рибосомы довольно быстро ассоциируют с транслоконами, и происходит узнавание сигнальной последовательности, что является как бы сверкой, которая обеспечивает уверенность в том, что каждый полипептид, подлежащий транслокации, действительно представляет собой секреторный или трансмембранный белок.

Строение М-домена бактериального гомолога SRP54.
Остатки гидрофобных аминокислот обозначены зеленым и желтым цветом.
Эти остатки образуют поверхность глубокой бороздки, с которой, как предполагают, связываются сигнальные последовательности.
Слева представлен вид сбоку; справа — вид сверху. Сразу после выхода сигнальной последовательности с рибосом с ней связывается SRP,
происходит остановка трансляции, и комплекс рибосома-новообразующаяся цепь белка
связывается с мембраной ЭПР посредством взаимодействия с рецептором SRP. SRP и ее рецептор связывают ГТФ,
высвобождая сигнальную последовательность и способствуя ее проникновению в канал транслокации.
После этого гидролиз ГТФ приводит к диссоциации SRP и рецептора.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Организация клетки. ЭР и аппарат Гольджи

Синтез белка и его созревание

А. Синтез белка в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме

Биосинтез белка [трансляция мРНК (mRNA)] всегда начинается в цитоплазме ( 1 ). Определенная последовательность из 15-60 аминокислот в начале цепи, обозначаемая как сигнальный пептид , указывает место синтеза (см. с. 232). Если образующийся на рибосоме белок начинается с сигнального пептида ( 2 ), ориентирующего белок на шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР), с ним связывается РНК-содержащая сигнал-узнающая частица SRP (англ signal-recognition particle) и трансляция временно прерывается ( 3 ). SRP связывает рибосому посредством SRP-рецептора с мембраной ШЭР ( 4 ). Как только рибосома закрепится на мембране, SRP-частица диссоциирует От сигнального пептида и от SRP-рецептора [при этом гидролизуется ГТФ (GTP)], и на рибосоме вновь начинается процесс трансляции ( 5 ). Белковая цепь на рибосоме растет и, еще не свернувшись, проходит через мембрану по каналу, называемому транс локоном , в просвет ШЭР (см. с. 230) ( 6 ).

Прохождение растущего пептида через мембрану может быть прервано соответствующим стоп-сигналом (см. с. 232). В этом случае пептид остается погруженным в мембрану и дает начало интегральному мембранному белку. В ходе белкового синтеза возможно многократное прохождение растущей цепи через мембрану и возобновление синтеза вновь при посредстве сигнального пептида Образующийся по такому механизму мембранный белок будет иметь множество трансмембранных участков.

Б. Модификация белков

Модификации в ШЭР. Превращение линейной немодифицированной пептидной цепи в полноценный функциональный белок (созревание) осуществляется в результате многостадийного процесса, который начинается сразу же после начала трансляции и протекает в просвете ЭР.

Прежде всего соответствующая пептидаза отщепляет сигнальный пептид ( 1 ). Фермент узнает точку расщепления в составе< специфической N-концевой последовательности белка.

Путем окисления боковых цепей цистеина образуются дисульфидные мостики, правильность положения которых контролируется протеиндисульфид-изомеразой ( 2 ).

Пептидилпролил-изомераза контролирует цис-транс -изомеризацию Х-Рго-связей в синтезируемом пептиде ( 3 )

Трансгликозидазы переносят олигосахариды в блоке с долихолом (длинноцепочечным изопреноидом) на определенные остатки аспарагиновой кислоты в белке, тем самым осуществляя N-гликозилирование белка ( 4 ).

Гликозидазы «подстригают» олигосахариды, отщепляя избыточные остатки глюкозы и маннозы ( 5 ).

Для того чтобы растущая полипептидная цепь могла свернуться необходимым образом, с еще линейным участком цепи временно связываются шапероны ( 6 ). Эти белки направляют процесс свертывания цепи путем подавления нежелательных побочных взаимодействий. Наиболее важным шапероном, присутствующим в просвете ШЭР. является белок связывания ( BiP , от англ. binding protein). Когда вновь образованный белок приобретает правильную вторичную и третичную структуру и остатки глюкозы удалены полностью, он с помощью транспортных везикул перемещается в аппарат Гольджи (см. с. 230).

Модификации в аппарате Гольджи. В аппарате Гольджи осуществляются следующие ферментативные стадии модификации белка: фосфорилирование ( 7 ) и отщепление с последующим переносом (перегруппировка) остатков сахаров с помощью гликозидаз и гликозилтрансфераз ( 8 ). Эта модификация имеет целью образование специфической олигосахаридной структуры в гликопротеинах.

Наконец, в секреторных пузырьках (везикулах) отщепляется еще один пептид ( 9 ), прежде чем содержимое секретируется посредством экзоцитоза. Это отщепление, катализируемое специфичными пептидазами, выполняет функцию активации секретируемого белка. Например, отщепление С-пептида от неактивного проинсулина приводит к образованию активного гормона инсулина (см. с. 162).

Организация клетки. Внутриклеточный транспорт

А. Транспорт белков

Биосинтез белков начинается на свободных рибосомах (на схеме вверху). Однако вскоре пути синтезируемых белков расходятся в соответствии с их функцией: белки, несущие на N-конце сигнальный пептид для ЭР ( 1 ), проходят через секреторный путь (на схеме справа), а прочие белки, не имеющие этой сигнальной последовательности, следуют по цитоплазматическому пути (на схеме слева).

Секреторный путь. Рибосомы, синтезирующие белок с сигнальной для ШЭР последовательностью, связаны с мембраной эндоплазматического ретикулума (см. с. 226). Растущая пептидная цепь направляется через мембрану в просвет ШЭР. Последующий путь растущей цепи определяется наличием соответствующего сигнального пептида или сигнального участка .

Белки, имеющие в растущей цепи специальную стоп-сигнальную последовательность ( 4 ), остаются в мембране ШЭР в качестве интегрального мембранного белка. По механизму везикулярного транспорта они могут быть перенесены из ШЭР на другие органеллы (см. с. 226).

Белки, попавшие в просвет ШЭР, транспортируются обычным путем в аппарат Гольджи и далее в плазматическую мембрану. Белки, которые остаются в ШЭР, например ферменты модификации белков, возвращаются из аппарата Гольджи в ШЭР с помощью сигнала возврата ( 2 ). Прочие белки из аппарата Гольджи попадают в лизосомы ( 3 , см. с. 228) или в плазматическую мембрану (в качестве интегральных мембранных белков или продуктов конститутивного экзоцитоза), либо транспортируются секреторными везикулами ( 8 ) в межклеточное пространство ( 9 ; регулируемый экзоцитоз).

Цитоплазматический путь. Белки, не имеющие сигнального пептида для ШЭР, синтезируются в цитоплазме на свободных рибосомах и остаются в этом отделе клетки. Для последующего транспорта в митохондрии ( 5 ), ядро ( 6 ) или пероксисомы ( 7 ) белки должны иметь специальные сигнальные последовательности.

Б. Сигналы для сортировки белков

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 сигнальных участков. Последовательности даны с использованием однобуквенного кода для аминокислот (см. с. 66). Например, последовательность KDEL-COO - ( 2 ) определяет сродство белка к мембране ШЭР.

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-посредников переносят связанные белки энергозависимым образом через мембраны в соответствующие органеллы, обеспечивая селективность переноса. Кроме того, сигнальные последовательности могут служить местами узнавания для ферментов, которые модифицируют белки, существенно изменяя их свойства и дальнейшую судьбу, в качестве примера можно привести белки лизосом (см. с. 228) или мембранные белки с липидным якорем (см. с. 230).

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 через несколько мембран.

Читайте также: