Роль сигнального (лидерного) пептида

Белки, предназначенные для трансмембранной транспортировки, часто содержат специальный сигнальный (лидерный) пептид, который играет важную роль в определении их местоположения и направления транспортировки. Этот пептид может служить меткой для белка, указывая, куда его нужно доставить. Например, белки, предназначенные для эндоплазматического ретикулума (ЭР), имеют сигнальный пептид, который распознается специальными рецепторами на мембране ЭР. После того как белок достигнет своего целевого компартмента, сигнальный пептид часто удаляется. Слияние мембран осуществляется при участии специфических белков, таких как SNARE-белки, которые помогают синхронизировать процесс и обеспечить точность слияния.

Транспорт мембран в эукариотические клеточные органеллы

Белки в эукариотических клетках имеют свои места назначения, которые включают различные органеллы, такие как ядро, митохондрии, хлоропласты, эндоплазматический ретикулум (ЭР), Гольджи аппарат и лизосомы. Каждая из этих органелл имеет свои механизмы транспортировки белков, и этот процесс осуществляется с использованием сигнальных пептидов, которые играют роль "адресных меток", указывающих, куда именно должен быть направлен белок.

Ядерный транспорт

Для доставки белков в ядро клеток эукариот используются ядерные поры, которые служат каналами для транспортировки молекул между цитоплазмой и ядром. Белки, предназначенные для ядра, обычно содержат ядерный локализующий сигнал (NLS, Nuclear Localization Signal) — последовательность аминокислот, которая распознается белками импортными рецепторами, такими как импортин α и импортин β.

1. Процесс транспорта в ядро:

   • Белки с NLS связываются с импортином, что позволяет формировать комплекс, который может пройти через ядерную пору.

   • Ядерные поры (структуры размером около 50 нм) функционируют как молекулярные фильтры, пропуская только молекулы с необходимыми сигнальными пептидами. Белок и импортин связываются с белками поры, такими как FG-мотивы (Phenylalanine-Glycine repeats), которые составляют внутреннюю часть поры.

   • Этот процесс активируется за счет энергии, получаемой от гидролиза ГТФ, когда Ran-GTP (ядренный GTP-белок) высвобождает импортин от комплекса и позволяет белку проникнуть в ядро.

   • После того как белок попадает в ядро, импортин может быть выброшен обратно в цитоплазму в процессе, управляемом Ran-GTP, который также участвует в регуляции возвращения рецепторов.

Транспорт в митохондрии и хлоропласты

Белки, предназначенные для митохондрий и пластид (хлоропластов), содержат митохондриальные сигнальные пептиды (для митохондрий) или пластидные сигнальные пептиды (для хлоропластов). Эти сигнальные последовательности необходимы для распознавания белков и их транспортировки через двойные мембраны этих органелл.

1. Транспорт в митохондрии:

   • Белки, предназначенные для митохондрий, синтезируются в цитоплазме и содержат митохондриальный сигнальный пептид, который распознается рецепторами на внешней мембране митохондрий.

   • Эти белки перенаправляются к мембране митохондрий с помощью чулочных комплексов (например, TOM-комплекс на внешней мембране митохондрий).

   • После того как белок проходит через внешнюю мембрану, он взаимодействует с TIM-комплексом на внутренней мембране, что позволяет белку проникнуть в матрикс митохондрий или попасть в межмембранное пространство.

   • Для этого транспорт требуется энергия, которая предоставляется за счет протонного градиента через внутреннюю мембрану митохондрий и АТФ, необходимого для перемещения белков.

2. Транспорт в хлоропласты:

   • Транспорт белков в хлоропласты осуществляется аналогично митохондриям через две мембраны хлоропластов с участием рецепторов и транспортных белков.

   • Белки, предназначенные для хлоропластов, содержат пластидный сигнальный пептид, который распознается на внешней мембране хлоропласта.

   • Они проходят через два транспортных комплекса, аналогичные TOM и TIM комплексам у митохондрий, с использованием энергии от градиента протонов через мембраны.