Процессинг и транспорт полипептидных цепей

Что же происходит с полипептидной цепью после освобождения ее из рибосомы? Еще на рибосоме начинается процесс частичного формирования вторичной структуры белка. После образования 25—30-членного полипептида /V-конеи выходит из рибосомы и процесс скручивания белка продолжается вне ее. Это придает структуре жесткость, необходимую для пересечения мембраны эндоплазматического ретикулума (рис. 24.4).

Рис. 29.4. Освобождение белка из рибосомы.

Процесс закручивания полипептидной цепи происходит при помощи специальных белков — шапиронов (гл. 3). При синтезе мембранных и секреторных белков, начиная с jV-конца полипептидной цепи, от 10 до 30 аминокислотных остатков образуют сигнальную последовательность, состоящую из гидрофобных аминокислот. В клетках существуют свободные и мембранно-связанные рибосомы, причем связывание их с мембраной ЭР определяется в основном сигнальной последовательностью растущего полипептида. В мембранах ЭР найдены два гликопротсина, получившие название рибофорины, которые специфически соединяются с сигнальной последовательностью полипептида. Это присоединение имеет более сложный характер. Оказалось, что в цитоплазме присутствуют специальные сигналузнающие структуры (СУС), представляющие собой 11S рибонуклеопротеины. Они взаимодействуют с сигнальной последовательностью растущего полипептида, при этом элонгация временно прекращается. Синтезирующийся полипептид с СУС присоединяется к рибофоринам в мембране ЭР; при этом образуется мембранный канал, который иногда называют транслоконом. Элонгация возобновляется, но теперь она сопряжена с перемещением пептида через мембрану ЭР. После завершения синтеза полипептидной цепи иод действием протеазы, которая носит название сигналаза, сигнальная последовательность отщепляется, а новосинтезированный белок подвергается посттрансляционным модификациям или процессингу. Для большинства секреторных и мембранных белков процессинг сопряжен с транспортом через определенные компартменты. Так, гликозилированис и ограниченный протеолиз начинаются уже в ЭР и продолжаются в аппарате Гольджи. Этот компартмент состоит из 12—15 «тарелок», сложенных в стопку. Сторона, ориентированная на ЭР, называется цис-стороной, а в направлении цитоплазматической мембраны — транс-стороной. Новосинтезированные белки поступают на щ/с-сторону аппарата Гольджи и перемещаются на его транс-сторону, пересекая все тарелки, причем по мере движения происходит их химическая модификация. Эта модификация имеет огромное значение, так как она, в частности, определяет следование новосинтезированного белка к месту функционирования. Так, фосфорилированные в определенном положении белки следуют в лизосомы, гликозилированные белки, в зависимости от сайта гликозилирования и размеров углеводной цепи, могут встраиваться в мембраны или экспортироваться в другие ткани и органы. Кроме того, химическая модификация определяет свойства зрелых белков. Аппарат Гольджи является своеобразным сортировочным депо, отделяющим нормальные белки от дефектных. Последние перемещаются в лизосомы, ассоциированные с аппаратом Гольджи, где гидролизуются до аминокислот. Нормальные белки доходят до транс-стороны и попадают в секреторные гранулы, которые отделяются от аппарата Гольджи и диффундируют к цитоплазматической мембране. Затем методом экзоцитоза белки попадают во внеклеточное пространство.

Внутриклеточные белки синтезируются на свободных рибосомах. Они нс имеют сигнальных последовательностей, однако в большинстве своем синтезируются в виде пробелков. Некоторые из них после соответствующего процессинга функционируют в цитоплазме, другие импортируют во внутриклеточные органеллы. Кроме адресной модификации, существуют многообразные химические модификации и локальный протеолиз белков, необходимые для их полноценного функционирования. Такими модификациями могут быть фосфорилирование по гидроксильным группам аминокислот, метилирование, гидроксилирование, присоединение карбоксильных, сульфои ацетильных групп и др.