Везикулярный транспорт

Карабаева Мадина 139 Ом 

Тема: Везикулярный транспорт  
  
  
  
  
  
  

Синтезируемые  цитоплазме на рибосомах  белки должны попадать в разные  компартменты клетки — ядро, митохондрии,  ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы и др., 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.

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:  
1. Из цитоплазмы в некоторые органеллы (ядро, пластиды, митохондрии)  
2. 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.

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.  
 Некоторые белки имеют различные  локализации в клетки. Существует несколько путей транспортировки  идентичных полипептидов в различные  компартменты клетки [Karniely, 2005]:  
1. Несколько сигнальных последовательностей в одном полипептиде преднозначенные для 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 - митохондриальный и ЭР. Митохондриальный сигнал запускается после посттрансляционного фосфорилирования белка. Известно, что белок-предшественник амилоида болезни Альцгеймера также имеет два сигнала локализации - ЭР и митохондрий.  
2. 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.  
3. Сигнал может быть блокирован другим белком. Апуриновая/апиримидиновая эндонуклеаза 1 (Apn1) - основной фермент эксцизионной репарации репарации ДНК в ядре и митохондриях. С-конец имеет сигнал ядерной локализации (NLS), за которым идет сигнал митохондриальной локализации. белок Pir1 взаимодействует с С-концом Apn1 блокируя NLS.  
4. 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.  
5. 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.  
6. 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.

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 - внутрення или наружная мембрана, или матрикс.  
Белки преднозначенные 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.

Везикулярный транспорт

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

Донорный компартмент – органелла от которой отрывается мембрана в составе везикулы.

Акцепторный компартмент – принимает везикулу.

Конститутивная секреция - происходит постоянног 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 концентрации Са2 + до 1мкм

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

Антероградный транспорт – растворимые  грузовые белки двигаются по секреторному пути ЭР. Окаймленные везикулы покрыты  белками,которые узнают и концентрируют  специфические молукулярные белки  и отделяют пузырьки, формируют рещетку  и придают форму везикуле: клатриновые, СОР, СОР2

Клатриновые везикулы – 0,1мкм, транспорт  из АГ и ПМ, клатрин – 3 типа, 3 большие  и 3 малые субъединицы формирующие  трисклетон – собираюobtcz на поверхности м-ны со стороны цитоплазмы впента- и гексагоны, которые спонтанно формируют сферу.

Адаптин – связывает клатрин  с м-ной и ловит различные  транм-ные белки в том числе  грузовые рецепторы, которые захватывают  растворимые грузовые белки, которые  попадают внутрь везикулы. Иметтся  по крайней мере 4 типа адаптинов.

Динамин – GTP-аза,растворимый цитоплазматический белок, образует кольцо на отделяющейся клатриновой везикуле- регулирует количество клатрина отщепляющегося вместе с м-ной в составе везикулы, ассоцирует другие белки помогающие выпучить м-ну и белки модификаторы липидов, изменяющие локально липидный состав м-ны для выпучивания.

После отделения везикулы от м-ны клатрин  и адипин отделяют шапероныв- АТР-азы  hsp 70семейства. Ауксилин – прикрепляется к везикуле и активирует АТФЙ –азу. Так как кайма формирующейся везикулы существует дольше чем кайма отделенной – имеется стабилизирующий механизм.

 Слияние м-н происходит не только пр везикулярном транспорте слияние спермия с яйцом, слияние миобластов во время развития мышечной клетки.

Образование клатринового пузырька. Диаметр клатринового пузырька 0,3мкм.

Транспорт белков из аппарата Гольджи на наружную мембрану.

Белки , встроившиеся в мембрану ЭПС  и попавшие оттуда в составе везикул  ав АГ, могут премещатьсяч на наружную мембрану клетки. Их направление к  мембране осуществляется благодаря взаимодействию везикул с микротрубочками цитоскелета и благодаря особым стыковочным белкам, которые обеспечивают слияние везикул с мембраной.

Сложная организация эукариотических  клеток требует налаженных механизмов внутриклеточного везикулярного траспорта.

Новейшие исследования показали, что  механизмы, лежащие в основе таких  функционально важных процессов  как эндо- и экзоцитоз уникальны  и, сохранившись в процессе эволюции, эффективно действуют как в клетке  дрожжей, так и в нейроне гиппокампа. Как эндоцитоз лиганд-рецепторного комплекса с поверхности плазматической мембраны, так и транспорт вновь синтезируемых секреторных белков из эндоплазматического ретикулума через цис-, медиал-,транс-Гольджи к поверхности плазматической мембраны осуществляются в везикулах. 

Транспортыне везикулы формируются  и отпочковываются о тдонорной  мембраны  и после осуществления  раунда  внуртиклеточного транспорта сливаются с акцепторной мембраной. Специализированные белки цитоплазмы покрывают вновь образованные везикулы.

Согласно современным представлениям, формирование транспортной везикулы на мембране внутриклеточного компартмента начинается после взаимодействия белков, переносимых везикулой, с трансмембранным рецептором. Изменение структурного состояния  связанного рецептора может распознаваться цитоплазматическими белками, которые ассоциируются с мембраной и инициируют образование транспортной везикулы.