Занятие №9. Вакуолярная система.

1. Транспорт белков. Сигнал сортировки белков.

Почти все белки образуются на рибосомах, расположенных в цитозоле. Белки, принадлежащие первой транспортной ветви, после завершения их синтеза выделяются в цитозоль. Некоторые из них содержат сигналы сортировки, направляющие их из цитозоля в митохондрии, ядро или пероксисомы, другие же - их большинство - не имеют специфических сигналов сортировки и остаются в цитозоле в качестве постоянных компонентов.

Второй путь транспорта используется для направления белков в эндоплазматический ретикулум для выведения белков из клетки, а также белков, направляемых в аппарат Гольджи, к плазматической мембране или в лизосомы. Все эти белки по мере их образования переносятся в эндоплазматический ретикулум при помощи сигналов сортировки, расположенных обычно на N-конце. Рибосомы, на которых собираются такие белки, остаются связанные с мембраной эндоплазматического ретикулума в течение недолгого времени после начала синтеза полипептидной цепи. Как только очередной участок полипептидной цепи синтезируется, он проникает через липидный бислой этой мембраны. Некоторые белки затем попадают в просвет эндоплазматического ретикулума, другие остаются частично заключенными в мембрану в качестве трансмембранных белков.

Полагают, что на белках существуют два вида сигналов сортировки, направляющие их, шаг за шагом, вдоль разветвляющихся путей. Для некоторых стадий сигналы сортировки представляют собой протяженный участок аминокислотной последовательности длиной 15-60 остатков (табл. 1). Когда эта стадия пройдена, такой сигнальный пептид отрезается. Сигналом сортировки для других стадий, вероятно, служит определенная трехмерная структура, образуемая атомами поверхности белка при свертывании его молекулы. Аминокислотные остатки, формирующие такие сигнальные участки, могут быть расположены очень далеко друг от друга в линейной последовательности белка.

Сигнальные пептиды направляют белки из цитозоля в эндоплазматический ретикулум, митохондрии, хлоропласты и ядро; они также отвечают за то, чтобы некоторые белки остались в эндоплазматическом ретикулуме. Сигнальные участки, видимо, играют важную роль при распознавании определенных лизосомных белков специальным ферментом в аппарате Гольджи.

Чтобы выяснить пункт назначения того или иного белка внутри клетки, необходимо определить тип его сигнального пептида (табл. 1). Белки, которые должны попасть в эндоплазматический ретикулум, обычно несут N-концевой сигнальный пептид. Его центральная часть образована 5-10 гидрофобными аминокислотными остатками. Большинство этих белков направляется из эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи; те же, которые имеют на С-конце специфическую последовательность из четырех аминокислот, остаются в качестве постоянных компонентов. Многие белки, предназначенные для митохондрий, имеют сигнальные пептиды, в которых положительно заряженные аминокислотные остатки чередуются с гидрофобными. Среди белков, направляющихся в ядро, большинство имеет сигнальные пептиды, в которых положительно заряженные аминокислотные остатки чередуются с гидрофобными. Среди белков, направляющихся в ядро, большинство имеет сигнальные пептиды, образованные кластером положительно заряженных аминокислотных остатков. Наконец, некоторым белкам цитозоля присущи сигнальные пептиды, с которыми ковалентно связывается жирная кислота, направляющая эти белки к мембранам без проникновения в эндоплазматический ретикулум.

Табл. 1. Последовательности сигнальных пептидов.

Функция сигнального пептида	Пример сигнального пептида
Импорт в ЭР	H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val Glu-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu- Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln
Оставление в просвете ЭР	-Lys-Asp-Glu-Leu-COO
Импорт в митохондрии	H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe- Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser- Ser-Arg-Leu-Leu-
Импорт в ядро	-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val
Присоединение к мембране путем ковалентного связывания миристиновой кислоты с N-концом	H3N-Gly-Ser-Ser-Lys-Ser-Lys-Pro-Lys-

H3N обозначает N-конец белка;_ COO обозначает карбоксильный конец.