Ограниченный протеолиз - обязательный механизм посттрансляционной модификации белков

После синтеза белка на рибосомах происходят не только описанные выше процессы целенаправленной сортировки белков, но одновременно вносятся значительные изменения в первичную структуру белковой молекулы. Большинство белков подвергается действию протеаз. Самая простая форма такого протеолиза - удаление инициирующего метионина. Многие белки синтезируются в форме неактивных предшественников, активирование которых происходит порой далеко от места их синтеза при помощи так называемого ограниченного протеолиза. Примерами могут служить секретируемые ферменты поджелудочной железы или ферменты системы свертывания крови. Неактивные предшественники таких белков, активируемых удалением дополнительных пептидов, названы пропротеинами. Термин препротеины используется для обозначения белков, содержащих сигнальные последовательности, которые также удаляются специфическими протеазами. Многие секретируемые белки (пропротеины) также имеют сигнальные последовательности. Ддя обозначения таких белков используют термин препропротеины. Посттрансляционный протеолиз в в ряде случаев может принимать сложный характер. Например, препроопиомеланотропин, синтезируемый гипофизом, или препроинсулин (см рис).

Присоединение углеводов наиболее популярный способ пострибосомальной ковалентной модификации белков

Присоединение углеводов одна из составляющих механизма сортировки белков в клетке. Многие полипептидные цепи, попадающие в полости ЭР, взаимодействуют с углеводами. Наиболее популярные моносахариды, участвующие в ковалентной модификации белков приводятся в следующей таблице

Таблица 10-7.Роль отдельных моносахаридов в ковалентной модификации структуры белков
тип	Название	активная форма	Замечания
гексоза,	Галактоза,	УДФ-Гал	часто расположена субтерминально к N-ацетилнейрминовой кислоте, выделена из корового олигосахарида протеогликанов.
гексоза,	Глюкоза,	УДФ-Глю	обычно обнаруживается во время синтеза N-связанных гликопротеинов, но отсутствует в зрелых гликопротеинах
гексоза	Манноза	ГДФ-Ман	сахар N-связанных гликопротеинов
	N- ацетил нейраминовая кислота	ГМФ-Нейрам	наиболее частый терминальный сахар в гликопротеинах
дезоксигексоза	Фукоза,	ГДФ-Фук	встречается на концевых отделах гликопротеинов
аминогексоза	N- ацетилгалактозамин	УДФ-Галамин	выделен из всех гликопротеинов
аминогексоза	N- ацетилглюкозамин	УДФ-Гламин	выделен из всех гликопротеинов

Тип связи между белком и углеводом - результат разных механизмов синтеза. В зависимости от типа связи между углеводной и белковой частями различают 2 типа гликопротеинов:

• Гликопротеины с О- гликозидной связью между СЕР (ТРЕ) и N-ацетилгалактозамином, СЕР и ксилулозой или между гидроксилизином и галактозой (О-связанные гликопротеины)

• Соединения с N- гликозидной связью между АСН и N-ацетилгалактозамином (N-связанные гликопротеины)

О-гликозидная связь	N-гликозидная связь

Полипептидные цепи (коровые белки) обоих типов гликопротеинов синтезируются на мембраносвязанных полирибосомах по матричному механизму синтеза,

Углеводная часть гликопротеина образуется по двум механизмам:

• Олигосахаридные цепи О-связанных гликопротеинов образуются путем постепенного добавления моносахаридов к образованной полипептидной цепи, Ферменты, которые катализируют этот процесс - мембраносвязанные гликозилтрансферазы. Синтез самих ферментов контролируется отдельными генами. Образование одного типа связи требует отдельного специфического фермента (гипотеза одна связь - одна гликозилтрансфераза). Присоединение первого сахара происходит во время трансляции, а остальные добавляются ферментами, локализованными на эндоплазматической сети. Ферменты, присоединяющие последний сахар локализованы в аппарате Гольджи.

Рис. Структура долихола

• Образование олигосахаридной части N-связанных гликопротеинов происходит отдельно от белковой части.

Ведущую роль в синтезе олигосахаридов занимает полиизопреновое соединение долихол (состоит 17-20 изопреновых единиц).

Рис Роль долихол-фосфата в механизме синтеза N-гликозидносвязанных белково- углеводных комплексов.

Долихол-киназа превращает долихол в долихол-фосфат, который в свою очередь вступает в реакцию с УДФ-N-ац-глюкозамином с образованием долихол-пирофосфат-N-ац-глюкозамина. Затем к этому соединению присоединяется еще одна молекула N-ац-глюкозамина, 5 молекул маннозы (ГДФ-манноза как субстрат), затем еще 4 маннозы ( донор маннозы долихол-манноза) и, наконец, добавляются 3 периферические остатка глюкозы (донор - долихол-глюкоза).

Образованный олигосахарид переносится на АСН белка, расположенного на люминальной поверхности эдоплазматической сети. Катализируется этот процесс с участием 'олигосахарид-трансферазы', связанным с мембраной ферментом. Гликозилируются в основном секретируемые белки, белки цитозоля обычно не гликозилируются. Продукт трансферазной реакции долихол-Р-Р превращается в долихол-Р при помощи фосфатазы. Долихол -фосфат вновь используется в реакциях переноса.

Преобладающим типом гликопротеинов животных клеток являются N – связанные гликопротеины. Участок связывания углевода в N - связанном гликопротеине представлен консенсусной последовательностью аминокислот, АСН-Y-СЕР (ТРЕ), (N-X-S (T)), где X - любая аминокислота кроме пролина. Присоединенный олигосахарид в последующем подвергается дополнительной модификации, однако у всех N-связанных гликопротеинов имеется одинаковое олигосахаридное ядро, связанное с полипептидом. Это ядро состоит из трех остатков манноз и двух GlcN-AцГлюкозамина. В зависимости от вариантов других сахаров присоединяемых в последующем к этому ядру различают три главных N -связанных семейства гликопротеинов (см рис.):

Рис.Семейства N-гликозидносвязанных белково-углеводных комплексов.

1. Семейство с высоким содержанием маннозы

2. Гибридный тип содержит кроме манозы другие гексозы и аминогексозы

3. Комплексный подобен гибридному, но кроме гексоз и аминогексоз содержит различные количества производных нейраминовой кислоты, присоединенных к концевым отделам олигосахаридных частей молекул.

Углеводы в белке могут быть сигналами в клеточной сортировке белков. Ферменты, которые предназначены для лизосом (лизосомные ферменты) направляются после синтеза на рибосомах в лизомы специфичной модификацией углеводного компонента фермента. Лизосомные ферменты относятся к семейству N связанных гликопротеинов и имеют базовый олигосахарид, содержащий маннозу. Во время прохождения через аппарат Гольджи к С6 одной из манноз присоединяется остаток a-N-ацетилглюкозамин-1-фосфата (Глюк N-Ац - 1 - Ф) при участии Глюк N-Ац-фосфотрансферазы. Образуется фосфодиэирная связь (Глюк N-Ац - 1 - Ф -6-Манноза- Белок). Вторая реакция (катализируемая Глюк N-Ац -1-фосфодиэфир-N-ацетилглюкоминидазой) удаляет Глюк N-Ац, при этом остающийся остаток маннозы, связанной с белком фосфорилирован в 6 положении: Ман-6-Ф -Белок. В мембранах аппарата Гольджи имеется специфический рецептор к Ман- 6-Ф. Связывание Ман-6-Ф рецептором обеспечивает перенос ферментов в лизосомы.

Идентифицировано два различных рецептора к Ман- 6-Ф. Они являются интегральными мембранными белками. Один рецептор большой с молекулярной массой около 275 кДа, а другой рецептор с меньшей молекулярной массой (около 46 кДа). Большой рецептор связывает 2 молеклыМан- 6-Ф, а меньший -1 молекулу на субъединицу. Больший рецептор не требует дивалентных катионов для связывания лиганда и назван катион независимым Ман-6-Ф рецептором (CI-MPR). У людей CI-MPR также связывает негликозилированный полипептидный гормон подобный инсулину фактор роста II (IGF -II) и поэтому называемый Ман-6-Ф/IGF-II рецептором. Участки, связывающие IGF –II и Ман-6-Ф, различаются друг от друга. Получены доказательства, что оба рецептора обеспечивают направление недавно синтезированных лизосомных ферментов к лизосомам.

Нарушение активности Глюк N-Ац-фосфотрансферазы, катализирующей присоединение Глюк N-Ац- 1-Ф к остаткам Ман (Глюк N-Ац-фосфотрансферазы) в лизосомных ферментах приводит к формированию плотных включений в фибробластах и нарушению правильного перемещения ферментов в лизосомы. Описаны два заболевания , связанные с нарушением транспорта лизосомных ферментов: I – клеточная болезнь (муколипидоз II) и полидистрофия (муколипидоз III), или муколипидоз -HI. I - Клеточная болезнь характеризуется тяжелыми психомоторными нарушениями , деформацией скелета, болезненной ограниченной подвижностью в суставах и ранней смертностью. В крови увеличивается активность ферментов лизосом. Муколипидоз III протекает менее тяжело; она прогрессирует более медленно, и больные доживают до взрослого состояния.