Везикулярный транспорт

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Пути транспорта белков в клетке

2. Сигнальные последовательности белков

3. Транспорт в ядро. Транспорт в митохондрии и пластиды

4. Везикулярный транспорт

5. Транспорт белков из аппарата Гольджи на наружную мембрану. Экзоцитоз и трансцитоз

Заключение

Синтезируемые в цитоплазме на рибосомах белки должны попадать в разные компартменты клетки -- ядро, митохондрии, ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы и друг., а некоторые белки должны попасть во внеклеточную среду. Для попадания в определённый компартмент белок должен обладать специфической меткой. В большинстве случаев такой меткой является часть аминокислотной последовательности самого белка (лидерный пептид, или сигнальная последовательность белка). В некоторых случаях меткой служат посттрансляционно присоединённые к белку олигосахариды. Транспорт белков в ЭПР осуществляется по мере их синтеза, так как рибосомы, синтезирующие белки с сигнальной последовательностью для ЭПР, «садятся» на специальные транслокационные комплексы на мембране ЭПР. Из ЭПР в аппарат Гольджи, а оттуда в лизосомы, на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду белки попадают путём везикулярного транспорта. В ядро белки, обладающие сигнальной последовательностью для ядра, попадают через ядерные поры. В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие соответствующими сигнальными последовательностями, попадают через специфические белковые поры-транслокаторы при участии шаперонов. белок компартмент везикулярный

1. Пути транспорта белков в клетке

Пути транспорта в клетке

Синтез белка всегда начинается в цитоплазме. Окончание синтеза происходит в цитоплазме либо на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме (ШЭР).

Можно условно выделить два пути транспорта белка в клетке:

· Из цитоплазмы в некоторые органеллы (ядро, пластиды, митохондрии)

· Большой путь везикулярного транспорта из ШЭР через аппарат Гольджи (АГ) к другим органеллам (лизосомы, пероксисомы) и через секреторные везикулы во внеклеточную среду. Поскольку синтез всех белков начинается в цитоплазме, а конечная локализация каждого белка может быть различна внутри полипептида имеется система сигналов определяющая его транспортный путь. Первичный сигнал определяет путь из цитоплазмы (в ШЭР, в ядро, в митохондрию или в пластиду), вторичный сигнал определяет дальнейшее направление, например, внешняя или внутренняя мембрана митохондрии или матрикс; лизосома, пероксисома или секреторная гранула.

2. Сигнальные последовательности белков

Сигнальные последовательности имеют длину 3-80 аминокислот узнаются специфическими рецепторами на мембранах различных компартментов клетки.

Сигнальная последовательность ЭР - гидрофобный участок 5-15 аминокислот на N-конце полипептида.

Сигнал митохондриальных белков 20-80 аминокислот состоящий из спирали и торчащих концов - (+)-заряженного и гидрофобного. 5 (+)-заряженных аминокислот для транспортировки в ядро. Пероксисомные белки имеют последовательность на С-конце Ser-Lys-Leu-COOH.

Имеется класс сигнальных последовательностей которые не позволяют белку достигшему определенной локализации транспортироваться дальше. Например, мотив Lys-Asp-Glu-Leu-COOH (KDEL) не позволяет белкам покидать эндоплазматический ретикулум.

Одна из функций гладкого ЭР - удержание кальция готового для выпуска в цитозоль при стимуляции клетки. Кальретикулин - белок удерживающий ионы кальция. Первые 17 аминокислот включают 14 гидрофобных (синие) - сигнальная последовательность для проникновения в ЭР из цитозоля. Последние четыре аминокислоты KDEL удерживают белок в ЭР.

(NH2)MLLSVPLLLGLLGLAVAEPAVYFKEQFLDGDGWTSRWIESKHKSDFGKFVLSSGKF

YGDEEKDKGLQTSQDARFYALSASFEPFSNKGQTLVVQFTVKHEQNIDCGGGYVKLFP

NSLDQTDMHGDSEYNIMFGPDICGPGTKKVHVIFNYKGKNVLINKDIRCKDDEFTHLYTLIVRP

DNTYEVKIDNSQVESGSLEDDWDFLPPKKIKDPDASKPEDWDERAKIDDPTDSKP

EDWDKPEHIPDPDAKKPEDWDEEMDGEWEPPVIQNPEYKGEWKPRQI

DNPDYKGTWIHPEIDNPEYSPDPSIYAYDNF

GVLGLDLWQVKSGTIFDNFLITNDEAYAEEFGNETWGVTKAAEKQMKDKQDEEQRL

KEEEEDKKRKEEEEAEDKEDDEDKDEDEEDEEDKEEDEEEDVPGQAKDEL(COOH)

Некоторые белки имеют различные локализации в клетки. Существует несколько путей транспортировки идентичных полипептидов в различные компартменты клетки :

· Несколько сигнальных последовательностей в одном полипептиде предназначенных разных компартментов. Каталаза А дрожжей имеет две сигнальные последовательности - для митохондрий и пероксисом, причем количество фермента в этих органеллах зависит от состава среды. Некоторые цитохромы имеют два сигнала - митохондриальной и ЭР. Митохондриальной сигнал запускается после посттрансляционного фосфорилирования белка. Известно, что белок-предшественник амилоида болезни Альцгеймера также имеет два сигнала локализации - ЭР и митохондрий.

· Одна сигнальная последовательность узнается различными рецепторами на поверхности компартментов. Например, некоторые белки митохондрий и хлоропластов имеют общую сигнальную последовательность, которая более гидрофобна чем специфические сигналы.

· Сигнал может быть блокирован другим белком. Апуриновая/апиримидиновая эндонуклеаза 1 (Apn1) - основной фермент эксцизионной репарации репарации ДНК в другие и митохондругиях. С-конец имеет сигнал ядерной локализации (NLS), за которым идет сигнал митохондриальной локализации. белок Pir1 взаимодействует с С-концом Apn1 блокируя NLS.

· Сигнал может быть блокирован специфическим сворачиванием белка. Аденилат-киназа дрожжей Aky2 локализуется в цитоплазме и в небольшом количестве в межмембранном пространстве митохондрий, имеет две сигнальные последовательности, активность которых зависит от конформации белка.

· Сигнал может быть блокирован после модификации полипептида. Фосфорилированный цитохром CYP2B1, взаимодействует с цитозольным шапероном Hsp70, что приводит к конформационным изменениям и переключает одну сигнальную последовательность на другую.

· Одна РНК может иметь два сайта инициации трансляции при этом образуются два белка - один с сигнальной последовательностью, другой без нее, что определит различную локализацию белков в клетке. В другом случае может образовываться две различные РНК кодирующие два идентичных белка, но у одного будет сигнальная последовательность, а у другого нет.

3. Транспорт в ядро. Транспорт в митохондрии и пластиды

Митохондрии и пластиды имеют собственную ДНК и самостоятельно синтезируют некоторые белки. Однако многие из основных белков митохондрий и пластид синтезируются в цитозоле.

Белки проникающие в митохондрии должны нести сигнал, определяющий локализацию - внутренняя или наружная мембрана, или матрикс.

Белки предназначенные для матрикса несут сигнал на N-конце, который узнается рецепторами на внешней мембране. Рецептор связан с комплексом переноса белка, который разворачивает белок и переносит его через мембрану. После переноса белка сигнальная последовательность отрезается и белок снова сворачивается.

Белки шапероны связываются с вновь синтезированным белком предотвращая его сворачивание.

Шаперонины связываются с белком после его транспортировки к месту доставки и способствуют правильному сворачиванию.

В ответ на различные стрессовые воздействия (например повышение температуры) в клетке синтезируются шапероны называемые белками теплового шока - hsp (heat-shock proteins), которые стабилизируют клеточные белки. Hsp обнаружены во всех клеточных компартментах эукариот и у бактерий.

4. Везикулярный транспорт

Из одной органеллы в другую перемещение происходит в везикуле или на ее поверхности в виде интегральных белков.

Донорый компартмент - органелла от которой отрывается мембрана в составе везикулы, акцепторный компартмент - принимает везикулу.

Конститутивная секреция - происходит постоянно и не зависит от внешних сигналов.

Регулируемая секреция - под ПМ происходит накопление пузырьков, которые сливаются с ПМ при наличии внешних сигналов - гормоны, нервы - и повышении конц. Ca2+ до 1мкм

Ретроградный транспорт - возвращение рецепторных белков и липидов из АГ в Эр - восполнение мембраны ЭР.

Антероградный транспорт - растворимые грузовые белки двигаются по секреторному пути ЭР. Окаймленные везикулы - покрыты белками, кот узнают и концентрируют специфичные. мембранные белки и отделяют мембрану пузырька, формируют решетку и придают форму везикуле: клатриновые, COPI, COPII:

Клатриновые везикулы - ~0,1мкм, транспорт из АГ и ПМ,клатрин - 3типа, 3 большие и 3 малые субъединицы формирующие трискелетон - собирающиеся на поверхности мембраны со стороны цитоплазмы в пента- и гексагоны, кот спонтанно формируют сферу. Адаптин - связывает клатрин с мембраной и ловит различные трансмембранные белки в том числе грузовые рецепторы, кот. захватывают растворимые грузовые белки, кот попадают внутрь везикулы. Имеется по крайней мере 4 типа адаптинов динамин - GTP-аза, растворимый цитоплазматический белок, образует кольцо на отделяющейся клатриновой везикуле - регулирует кол-во клатрина отщепляющееся вместе с мембраной в составе везикулы, ассоциирует другие белки помогающие выпучить мембрану и белки модификаторы липидов, изменяющие локально липидный состав мембраны для выпучивания.

После отделения везикулы от мембраны клатрин и адипин отделяют шапероны - ATP-азы hsp70 семейства. Ауксилин - прикрепляется к везикуле и активирует АТФ-азу. Т.к кайма формирующейся везикулы существуютдольше чем кайма отделенной - имеется стабилизирующий механизм. Клатриновая оболочка обеспечивает значительную силу для изгибания мембраны, т.к. везикулы из внутриклеточных компартментов образуются на уже выпученной мембране

· COP-I - транспорт от АГ и ЭР, 8субъединиц, GTP-белок - фактор рибозилирования АДФ -ARF - транспорт

· COP-II - транспорт из АГ и ЭР, 5 субъединиц

· Везикулы мембран не только сферические, часто образуются трубчатые везикулы в которых высокое соотношение S/V

Образование клатриновых и COP везикул регулируется GTP-связывающими белками, которые могут находится в активном GTP- и неактивном GDP-состоянии

Два класса белков обменивают GDP-GTP: GEF-гуанин-нуклеотид-фактор обмена активирует белки заменяя GDF?GTF, GAP- белок активирующий GTP-азы - инактивирует GTP-связывающие белки меняя GTP, GDP. GTP-азы необходимые для сборки окаймленных везикул перед сборкой пузырьков: мономерные GTP-связывающие белки (GTP-азы):

· ARF-белки - необходимых для клатриновой и COP сборки на повторимости мембраны АГ. Sar1 белок, необходимых для COPII сборки на на ЭР мембране

· тримерные (G белки).

· GTP-азы находятся в цитозоле в неактивном состоянии, перед сборкой GEF встраивается в мембрану ЭР и связывает цитозольный SarI, кот обменивает GDF?GTP. В GTP состоянии SarI встраивается остатком жирной кислоты в мембрану ЭР. Ассоциирует белки оболочки и инициирует отпочковывание везикулы. GTP-азы попавшие в мембрану активируют фосфолипазу D, кот преобразует фосфолипиды в фосфотидную кислоту, что усиливает связывание оболочных белков. Вместе белок- белковые и белок-липидные взаимодействия изгибают мембрану

· SNARE - белки - отвечают за слияние донорной и акцепторной мембран, более 20, каждая на специфичные повторимости мембраны, трансмембранные белки на повторимости везикулы - v-SNAR, на повторимости донора - t-SNAR. Взаимодействуя v- и t-SNAR обвиваются друг на друга в транс-SNAR-комплекс, обеспечивающий слияние мембран. SNF-белок разрушает транс-SNAR-комплексы - цитозольный шаперон ATP-аза, использует адаптирующие белки для связывания с комплексом-SNAR

· Rab-белки - мономерные GTP-азы, более 30, каждая органелла имеет хотя бы один Rab на мембране со стороны цитоплазмы, регулируют стыковку везикул и связывание v-SNAR-ов и t-SNAR-ов необходимых для слияния мембран. В состоянии GDP-не активны, мембранах в цитозоле, в состоянии GTP-активны и переходят на повторимость мембраны органеллы или везикулы. В активном состоянии Rap связываются с мембраной липидным якорем и собирают другие белки участвующие в слиянии мембран неактивный Rab-GDP связан с GDI - GDP-диссоциирующий ингибитор. Rab-GDP связывается с GEF-гуанин нуклеотид меняющий фактор, связанный с мембраной донорного компартмента - меняет GDP на GTP. Rab-GTP связывается с мембраной формирующейся везикулы и ассоциирует v-SNARE, которые в составе везикулы транспортируются к органелле и связываются с Rab-эффекторами и t-SNARE, связанными с мембраной акцепторного компартмента и обеспечивают слияние мембран белок органелла.

· Rab1 ЭР и АГ

· Rab2 цис-АГ

· Rab3A синаптичные везикулы, секрет гранулы

· Rab4 ранние эндосомы

· Rab5A ПМ, клатриновые везикулы

· Rab5C ранние эндосомы

· Rab6 промежуточный- и транс-АГ

· Rab7 поздние эндосомы

· Rab8 секреторные везикулы (базолатеральные)

· Rab9 поздние эндосомы, trans-АГ

Слияние мембран происходит не только при везикулярном транспорте: слияние спермия с яйцом, слияние миобластов во время развития мышечной клетки.