Контртрасляционная транслокация белков в полость эндоплазматического ретикулума
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. Сигнальная последовательность для ЭПР включает обычно 5-10 преимущественно гидрофобных аминокислот и расположена на N-конце белка. В ее удаленном от конца части имеется консенсусная последовательность, узнаваемая специфической протеазой. Эта сигнальная последовательность опознаётся специальным комплексом — «опознающей сигнал частицей» (signal-recognition particle, SRP). В состав SRP входит шесть белков и короткая молекула РНК [1]. Один участок SRP связывает сигнальную последовательность, а другой связывается с рибосомой и блокирует трансляцию. Отдельный домен SRP отвечает за связывание с SRP-рецептором на мембране ЭПР.
Вместе с SRP рибосома перемещается к ЭПР и связывается с рецептором SRP (интегральным белком) на цитозольной стороне мембраны ЭПР. Этот комплекс (рибосома — SRP — рецептор SRP) связывается с порой — транслокатором белка на мембране ЭПР. Обычно с мРНК связаны несколько рибосом, и на мембране ЭПР сидят полирибосомы, причем каждая рибосома присоединена к своей поре. Дойдя до 3'-конца мРНК, рибосома возвращается в цитоплазму, однако мРНК удерживается у мембраны ЭПР за счет того, что новые рибосомы, вязанные с SRP, присоединяются к ее 5'-концу.
После связывания с транслокатором комплекс SRP — рецептор SRP отделяется от рибосомы, и это приводит к возобновлению трансляции. Сейчас доказано, что белок по мере трансляции проникает в ЭПР через водный канал транслокатора, имеющий воротный механизм и сформированный у эукариот четырьмя субъединицами комплекса Sec61 (гомологичные белки есть и на мембранах бактериальных клеток).
После возобновления трансляции гидрофобный участок сигнальной последовательности остается связан с транслокатором, а вновь синтезируемый белок в виде петли проталкивается внутрь ЭПР. Этот процесс не требует дополнительных затрат энергии АТФ. После того, как С-конец белка отделяется от рибосомы и оказывается внутри ЭПР, протеаза сигнального пептида отрезает его от белка. Белок внутри ЭПР сворачивается, приобретая нормальную конформацию, а сигнальный пептид через открывшийся в транслокаторе боковой канал перемещается в липидный бислой мембраны ЭПР, где быстро разрушается протеазами.
Попавший в ЭПР белок остается в этой органелле, если имеет специальную «удерживающую в ЭПР» (ER-retaining) последовательность из четырех аминокислот на С-конце. Некоторые из остающихся в ЭПР белков играют важную роль в сворачивании и посттрансляционной модификации проходящих через ЭПР белков. Так, фермент дисульфид-изомераза катализирует окисление свободных SH-групп цистеина и образование дисульфидных связей, в белок-шаперон BiP препятствует неправильному сворачиванию и агрегации белков до образования ими четвертичных структур, а также способствует удержанию связанных с ним белков в ЭПР.
SPR-частица и ее рецептор
Частица, распознающая сигнал, связывается с сигнальным пептидом, как только он "сходит" с рибосомы. Это приводит к временной остановке синтеза белка. Возникшая пауза в трансляции , вероятно, дает возможность рибосоме связаться с мембраной ЭР до того, как синтез полипептидной цепи будет завершен. Благодаря этому ненужного высвобождения белка в цитозоль не происходит.
SRP плотно захватывает рибосому, присоединяясь и к сигнальному пептиду (как только он появляется на большой субъединице рибосомы), и к рибосомному участку связывания аминоацил-тРНК . В результате трансляция останавливается, поскольку блокируется связывание следующей аминоацил-тРНК с рибосомой ( рис. 8-43 ).
Пауза в трансляции длится до тех пор, пока захватившая рибосому частица не свяжется с SRP-рецептором , находящемся на цитоплазматической стороне мембраны шероховатого ЭР . Он взаимодействует с SRP-связанными рибосомами таким образом, что частица меняет свое положение, и трансляция возобновляется. Одновременно рибосома связывается с мембраной ЭР, и растущая на ней полипептидная цепь переносится к системе транслокации в мембране. Эта система изучена плохо, известно только, что она включает белок-рецептор второго сигнального пептида, отличающийся от SRP. По- видимому, ее роль заключается в связывании рибосомы, на которой синтезировался сигнальный пептид ЭР, с мембраной ЭР; участвует она и в последующем переносе белка через мембрану.