Таргетинг на белок

редактировать
В этой статье рассматривается нацеливание на белок у эукариот, если не указано иное.

Таргетинг на белок или сортировка белков - это биологический механизм, с помощью которого белки транспортируются в соответствующие места назначения в клетке или вне ее. Белки могут быть нацелены во внутреннее пространство органеллы, различных внутриклеточных мембран, плазматической мембраны или снаружи клетки посредством секреции. Этот процесс доставки осуществляется на основе информации, содержащейся в самом белке. Правильная сортировка имеет решающее значение для клетки; ошибки могут привести к заболеваниям.

Содержание

  • 1 Сигналы нацеливания
  • 2 Транслокация белков
    • 2.1 Ко-транслокационная транслокация
    • 2.2 Посттрансляционная транслокация
  • 3 Сортировка белков
    • 3.1 Митохондрии
    • 3.2 Хлоропласты
    • 3.3 И хлоропласты, и митохондрии
    • 3.4 Пероксисомы
    • 3.5 Заболевания
  • 4 У бактерий и архей
    • 4.1 Грамотрицательные бактерии
    • 4.2 Грамположительные бактерии
  • 5 Выявление мотивов нацеливания на белок в белки
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Сигналы нацеливания

Сигналы нацеливания - это фрагменты информации, которые позволяют клеточным транспортным механизмам правильно позиционировать белок внутри или снаружи клетка. Эта информация содержится в полипептидной цепи или в свернутом белке. Непрерывный участок аминокислотных остатков в цепи, обеспечивающий нацеливание, называется сигнальными пептидами или нацеливающими пептидами. Существует два типа нацеливающих пептидов: преследовательности и внутренние нацеливающие пептиды. Предварительные последовательности нацеливающего пептида часто обнаруживаются на N-концевом удлинении и состоят из 6-136 основных и гидрофобных аминокислот. В случае пероксисом нацеленная последовательность в основном находится на С-конце. Другие сигналы, известные как сигнальные фрагменты, состоят из частей, которые отделены от основной последовательности . Они становятся функциональными, когда сворачивание сводит их вместе на поверхности белка. Кроме того, модификации белка, такие как гликозилирование, могут вызывать нацеливание.

Транслокация белков

В 1970 году Гюнтер Блобель провел эксперименты по перемещению белков через мембраны. За свои открытия он был удостоен Нобелевской премии 1999 года. Он обнаружил, что многие белки имеют сигнальную последовательность, то есть короткую аминокислотную последовательность на одном конце, которая функционирует как почтовый индекс для органеллы-мишени. трансляция мРНК в белок с помощью рибосомы происходит в цитозоле. Если синтезированные белки «принадлежат» другой органелле, они могут транспортироваться туда одним из двух способов в зависимости от белка: ко-транслокационная транслокация (транслокация в процессе трансляции) и посттрансляционная транслокация (транслокация после процесса транслокации). перевода завершен).

Ко-транслокационная транслокация

Большинство белков, которые являются секреторными, мембраносвязанными или находятся в эндоплазматическом ретикулуме (ER), golgi или эндосомы используют путь совместной транслокации. Этот процесс начинается с того, что N-концевой сигнальный пептид белка распознается частицей распознавания сигнала (SRP), в то время как белок все еще синтезируется на рибосоме. Синтез приостанавливается, пока комплекс рибосома-белок переносится к рецептору SRP на ER у эукариот и на плазматическую мембрану прокариот. Там зарождающийся белок вставляется в транслокон, мембранно-связанный белок, проводящий канал, состоящий из комплекса транслокации Sec61 у эукариот и гомологичного комплекса SecYEG у прокариот. В секреторных белках и трансмембранных белках типа I сигнальная последовательность немедленно отщепляется от формирующегося полипептида, как только он был перемещен в мембрану ER (эукариоты) или плазматическую мембрану (прокариоты) сигналом пептидаза. Сигнальная последовательность мембранных белков типа II и некоторых политопных мембранных белков не отщепляется и поэтому называется сигнальными якорными последовательностями. Внутри ER белок сначала покрывается белком-шапероном, чтобы защитить его от высокой концентрации других белков в ER, давая ему время для правильного раза. После сворачивания белок модифицируется по мере необходимости (например, путем гликозилирования ), затем транспортируется к Гольджи для дальнейшей обработки и направляется к его органеллам-мишеням или сохраняется в ER за счет различных удержаний ER механизмы.

Аминокислотная цепь трансмембранных белков, которые часто являются трансмембранными рецепторами, проходит через мембрану один или несколько раз. Они вставляются в мембрану посредством транслокации, пока процесс не будет прерван последовательностью остановки-переноса, также называемой мембранной якорем или сигнально-якорной последовательностью. Эти сложные мембранные белки в настоящее время в основном изучены с использованием той же модели нацеливания, которая была разработана для секреторных белков. Однако многие сложные мульти-трансмембранные белки содержат структурные аспекты, которые не соответствуют модели. Семь трансмембранных рецепторов, связанных с G-белком (которые составляют около 5% генов у человека), в большинстве случаев не имеют амино-концевой сигнальной последовательности. В отличие от секреторных белков, первый трансмембранный домен действует как первая сигнальная последовательность, которая направляет их на мембрану ER. Это также приводит к перемещению аминоконца белка в просвет мембраны ЭР. Это, по-видимому, нарушает правило «ко-трансляционной» транслокации, которое всегда соблюдалось для белков млекопитающих, нацеленных на ER. Это было продемонстрировано с опсином в экспериментах in vitro. Многое из механизмов трансмембранной топологии и фолдинга еще предстоит выяснить.

Посттрансляционная транслокация

Несмотря на то, что большинство секреторных белков транслоцируются совместно, некоторые из них транслируются в цитозоле, а затем транспортируются в ЭР / плазматическую мембрану посредством посттрансляционная система. У прокариот для этого требуются определенные кофакторы, такие как SecA и. Этому пути способствуют два мембраносвязанных белка и. Комплекс Sec63 встроен в мембрану ER. Комплекс Sec63 вызывает гидролиз АТФ, что позволяет белкам-шаперонам связываться с открытой пептидной цепью и перемещать полипептид в просвет ER. Попадая в просвет, полипептидная цепь может правильно складываться. Это происходит только в развернутых белках, которые находятся в цитозоле.

Кроме того, белки, нацеленные на другие места назначения, такие как митохондрии, хлоропласты или пероксисомы, используйте специализированные посттрансляционные пути. Кроме того, белки, нацеленные на ядро, перемещаются после трансляции. Они проходят через ядерную оболочку через ядерные поры.

Сортировка белков

Митохондрии

Большинство митохондриальных белков синтезируются как цитозольные предшественники, содержащие сигналы поглощения пептидов. Цитозольные шапероны доставляют препротеины к рецепторам, связанным с каналом в митохондриальной мембране. препротеин с препоследовательностью, нацеленной на митохондрии, связывается рецепторами и общей импортной порой (GIP) (рецепторы и GIP вместе известны как транслоказа внешней мембраны. или TOM) на внешней мембране. Препротеин перемещается через TOM в виде шпилечных петель. Препротеин транспортируется через межмембранное пространство небольшими TIM (которые также действуют как молекулярные шапероны ) к TIM23 или 22 (транслоказа внутренней мембраны) на внутренней мембране. В матрице нацеленная последовательность отщепляется mtHsp70.

Известны три митохондриальных внешней мембраны рецептора :

TOM70
Связывается с внутренними нацеливающими пептидами и действует как точка стыковки для цитозольных шаперонов.
TOM20
Связывает пре-последовательности
TOM22
Связывает как пре-последовательности, так и внутренние целевые пептиды

Канал TOM (TOM40 ) представляет собой канал катион с высокой проводимостью с молекулярной массой 410 кДа и диаметром пор 21Å.

Транслоказа-препоследовательность 23 (TIM23) локализована на внутренней мембране митохондрий и действует как порообразующий белок, который связывает белки-предшественники своим N-концом. TIM23 действует как транслокатор для препротеинов для митохондриального матрикса, внутренней митохондриальной мембраны, а также для межмембранного пространства. TIM50 связан с TIM23 на внутренней стороне митохондрий и, как было обнаружено, связывает пре-последовательности. TIM44 связывается на стороне матрицы и обнаруживает связывание с mtHsp70.. Транслоказа-препоследовательность 22 (TIM22) связывает препротеины, связанные исключительно с внутренней митохондриальной мембраной.

Нацеливающие последовательности митохондриального матрикса богаты положительно заряженными аминокислотами и гидроксилированными.

Белки попадают в субмитохондриальные компартменты множеством сигналов и разными путями.

Нацеливание на внешнюю мембрану, межмембранное пространство и внутреннюю мембрану часто требует другой сигнальной последовательности в дополнение к последовательности нацеливания на матрицу.

Хлоропласты

Препротеин для хлоропластов может содержать последовательность импорта стромы или последовательность направленного действия на строму и тилакоид. Большинство препротеинов перемещается через комплексы Toc и Tic, расположенные внутри оболочки хлоропласта. В строме последовательность импорта стромы отщепляется и сворачивается, а также продолжается внутрихлоропластная сортировка до тилакоидов. Белки, нацеленные на оболочку хлоропластов, обычно не имеют расщепляемой сортировочной последовательности.

И хлоропласты, и митохондрии

Многие белки необходимы как в митохондриях, так и в хлоропластах. Обычно пептид с двойным нацеливанием имеет промежуточный характер по сравнению с двумя специфическими пептидами. Нацеливающие пептиды этих белков имеют высокое содержание основных и гидрофобных аминокислот, низкое содержание отрицательно заряженных аминокислот. В них меньше аланина и больше лейцина и фенилаланина. Белки с двойной мишенью имеют более гидрофобный целевой пептид, чем митохондриальные и хлоропластные. Однако сложно предсказать, является ли пептид двойной мишенью или нет, основываясь на его физико-химических характеристиках.

Пероксисомы

Все пероксисомальные белки кодируются ядерными генами.

На сегодняшний день известно два типа сигналов нацеливания на пероксисомы (PTS):

Сигнал нацеливания на пероксисомы 1 (PTS1) : C-концевой трипептид с согласованной последовательностью (S / A / C) - (K / R / H) - (L / A). Наиболее распространенным PTS1 является серин - лизин - лейцин (SKL). Большинство белков пероксисомального матрикса обладают сигналом типа PTS1.

Направляющий сигнал пероксисомы 2 (PTS2) : нонапептид, расположенный рядом с N-концом, с консенсусной последовательностью (R / K) - (L / V / I) -XXXXX- (H / Q) - (L / A / F) (где X может быть любой аминокислотой).

Есть также белки, которые не обладают ни одним из этих сигналов. Их транспорт может быть основан на так называемом «обратном» механизме: такие белки связываются с белками матрикса, обладающими PTS1, и вместе с ними перемещаются в пероксисомальный матрикс.

Заболевания

Транспорт пероксисомальных белков нарушен при следующих генетических заболеваниях:

У бактерий и архей

Как обсуждалось выше (см. транслокация белков ), большинство прокариотических мембраносвязанных и секреторных белков нацелены на плазматическую мембрану либо путем совместной трансляции, в котором используются бактериальные SRP или посттрансляционный путь, требующий SecA и SecB. На плазматической мембране эти два пути доставляют белки к транслокону SecYEG для транслокации. Бактерии могут иметь одну плазматическую мембрану (грамположительные бактерии ) или внутреннюю мембрану плюс внешнюю мембрану, разделенную периплазмой (грамотрицательные бактерии ). Помимо плазматической мембраны, у большинства прокариот отсутствуют связанные с мембраной органеллы, как у эукариот, но они могут собирать белки на различных типах включений, таких как газовые везикулы и накопительные гранулы.

Грамотрицательные бактерии

У грамотрицательных бактерий белки могут быть включены в плазматическую мембрану, внешнюю мембрану, периплазму или секретироваться в окружающую среду. Системы секретирования белков через внешнюю бактериальную мембрану могут быть довольно сложными и играть ключевую роль в патогенезе. Эти системы могут быть описаны как секреция типа I, секреция типа II и т. Д.

грамположительные бактерии

У большинства грамположительных бактерий определенные белки нацелены на экспорт через плазматическую мембрану и последующее ковалентное прикрепление к стенке бактериальной клетки. Специализированный фермент, сортаза, расщепляет целевой белок в характерном сайте узнавания рядом с С-концом белка, таком как мотив LPXTG (где X может быть любой аминокислотой), а затем переносит белок в клетку. стена. Обнаружено несколько аналогичных систем, которые также имеют сигнатурный мотив на внецитоплазматической поверхности, С-концевой трансмембранный домен и кластер основных остатков на цитозольной поверхности на крайнем С-конце белка. Система PEP-CTERM / экзосортаза, обнаруженная у многих грамотрицательных бактерий, по-видимому, связана с образованием внеклеточного полимерного вещества. Система PGF-CTERM / археосортаза A в архее связана с продукцией S-слоя. Система GlyGly-CTERM / ромбосортаза, обнаруженная у Shewanella, Vibrio и некоторых других родов, по-видимому, участвует в высвобождении протеаз, нуклеаз и других ферментов.

Выявление мотивов нацеливания на белок в белках

Minimotif Miner - это инструмент биоинформатики, который выполняет поиск по запросам последовательности белков на предмет известных мотивов последовательности нацеливания на белок.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-02 08:35:08
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте