Транспорт на белтъците в клетъчните компартменти

Транспорт на белтъците
в клетъчните
компартменти
Посттранслационни
модификации

След
транслацията
ново-
синтезираните
белтъци се
транспортират
до различни
компартменти
(пространствено
отделени части
чрез мембрани)
на клетката или
извън нея.
При прокариотите белтъците остават в цитоплазмата
или се разполагат по клетъчната мембрана.

Мястото до което трябва да се транспортират протеините в
клетката се предопределя от специфична аминокиселинна
последователност в белтъка- сигнален пептид (адрес на
белтъка). Този пептид, най-често съдържа 15 до 60 АК.

Сигнални секвенции насочват белтъците към точните клетъчни компартменти
разгънат белтък
нативен белтък
области участващи в сигналната част
сигнална
част
сигналната
секвенция
/Сигнална хипотеза – Гюнтер Блобел/
Механизъм на белтъчен транспорт
(post translational transport)

Сигнална последователнос:
1. ER принадлежащи протеини притежават N-терминален
сигнал от 5-10 хидрофобни аа
2. митохондриални протеини имат променлив + C-терминален край
(хидрофобни аа)
3. пероксизомални протеини имат на С-края сигнална аа
последователност
Сигнална
група:
1. нуклеус;

2. лизозоми

Транспорт към ядрото: Ядрената пора е изградена от два
кръга от по 8 белтъчни субединици, разположени по
вътрешната и външната мембрана. В центъра на пората се
намира белтък, който запушва отвора.Образува се нуклеарен
комплекс.
През ядрените пори се осъществява активен транспорт на
белтъци и РНК, регулиран от нуклеарния комплекс.
Ядрените протеини притежават сигнален пептид формиран
от група позитивно натоварени 4 до 8АК, включващи
задължително аргинин и пролин, чрез който влизат в ядрото.

Ran = цитозолната GTP / GDP свързващ протеини комплекс осигурява
транспорта в подходяща посока.
Ран GTPase = молекулен превключвател



Рецепторите за внос освобождават товари в ядрото и се
връщат в цитозола
Рецепторите за износ освобождават товари в цитоплазмата и
се връщат към ядро
Nuclear Export -Works
like import in reverse

Транспорт към митохондрии:
Белтъци за митохондриите се синтезират предимно от свободни
рибозоми в цитозола. Рецептори по външната мембрана разпознават
сигнален пептид 20-80 АК. HSP70 възтановява нативността на
белтъка след преноса през митохондриалната мембрана.
В матрикса сигналния пептид се изрязва от ензима сигнална
пептидаза и се освобождава нативен белтък за матрикса на
митохондриите.

Protein translocation into the
Mitochondria – TOM complex
►Unfolded polypeptide chain retains by hsp70

В) Транспорт към пероксизомите
- пренасянето в пероксизомите се извършва
от група белтъци наречени пероксини (Pex)

- процесът на пренос започва с разпознаване
на пероксизомалния белтък от разтворимия
цитоплазмен белтък Pex 5

- комплексът се свързва с цитоплазмения
Pex 14

- с помощта на допълнителни Pex белтъци
пероксизомалния белтък се прехвърля
във вътрешността на пероксизомата, а Pex 5
се връща обратно в цитозола за нов цикъл
на пренос

- сигналната секвенция обикновено не се
изрязва след преноса

- за осъществяване на процеса се изразходва
АТФ
сигнална
секвенция
цитозол
пероксизомален
матрикс
пероксизомален
матриксен
белтък

котранслационен транспорт в ЕПР: Всички
белтъци предназначени за ендоплазмената мрежа
имат на своя N-край сигнален пептид, включващ
5-10 хидрофобни аминокиселини.
Транспортират се белтъци за
лумена на ЕПР както и за
мембраните на ЕПР.
Този транспорт протича
едновременно с транслацията
не пептида от мембранно
асоциираните рибозоми-
котранслационен транспорт.

При котранслационния транспорт участва РНП-частица
разпознаваща сигналния пептид signal-recognition particle (SRP).
По външната мембрана на ЕПР има рецептори за SRP и за
рибозомата. Разпознаването на SRP-SRPR стопира транслацията.
В лумена на ЕПР сигнална пептидаза изрязва сигналния пептид.
Всички белтъци за “износ”, за лизозомите и за плазмалемата
преминават по този път. Задължително тези белтъци от ЕПР
преминават към апарата на Голджи.

В апарата на
Golgi протеините
се:
Модифицират
Сортират
Опаковат във
везикули за
транспорт към
други
органели –
везикуларен
транспорт.

Транспорт на протеини чрез везикули
Транспортни везикули движат протеини и
други макромолекули от един мембранно
ограничен органел към следващият.

Транспортът на белтъци от АГ към лизозомите се
осъществява също чрез рецептор-медииран везикуларен
транспорт.
В АГ белтъците за
лизозомите се
модифицират химично-
присъединяване на
манозо-6-фосфат.
Манозо-6-фосфат се
разпознава от мембранно-
свързан рецептор,
образува се транспортна
везикула.
При мутации в този
механизъм се развиват
“болести на включенията”,
например лизозоми без
церадаза – болест на
Gaucher, автозомно
рецесивно заболяване.

Белтъците постъпват в
АГ в cis-областта от
ЕПР. Преминават през
него, модифицират се и
през trans-областта
напускат под формата
на везикули.
Осъществява се
везикуларен транспорт
извън клетката-
екзоцитоза, както и
везикуларен транспорт
към цитозола –
лизозоми .
Везикулите са най-
често клатринови и
коатомерни

Транспорт през плазмалемата - Клатриновите везикули се
образуват при рецептор-медиирана ендоцитоза, при
внасяне на макромолекули от средата в клетката.
Макромолекулите се
разпознават от
специфични рецептори по
мембраната.
От вътрешната страна на
мембраната се наблюдава
натрупване на клатрин.
Образува се клатриново
“вдлъбване”.
Постепенно се образува
клатринова везикула.

Много животински клетки поглъщат холестерол чрез рецептор
медиирана ендоцитоза на LDL (low-density lipoproteins)-
частици
При дефекти в рецептора
за LDL-частиците, в
домена за свързване с
клатрина, LDL-
частиците с носения от
тях холестерол остава по
повърхността на
клетките, не се използва
от тях.
Това е причината за
образуване на ранни
атеросклеротични плаки
при пациенти с фамилна
хиперхолестеролемия-
автозомна доминантна
болест.

Пациенти с лизозомална болест
(болест на натрупванията), им
липсват хидролази в техните
лизозоми. Вместо това,
хидролазите са открити в кръвта.
Тези пациенти нямат GlcNAc
phophotransferase. Без М6Р-маркер,
киселинните хидролазите се
транспортират към плазмената
мембрана вместо края на ендозома.

Посттранслационни модификации на белтъци
Образуване на нативна
структура на белтък- най-
стабилната, термодинамично
най-изгодната форма
определяща се от АК
последователност на белтъка.
Вторичната структура на ППВ се формира лесно и спонтанно.
За образуването на третичната структура на белтъка са
необходими други белтъци, които подпомагат правилното
нагъване на белтъците. Тези особени белтъци се наричат
шаперони.
Към шапероните принадлежат голяма част от топлинно-
шоковите протеини (Hsp –heat shock protein) HSP70 и HSP60.
HSP70 е от значение за транспорта на белтъци към
митохондриите.

Частична протеолиза на белтъци
Освен изрязването на сигналният пептид, от редица белтъци се
отстраняват и други АК последователности- частична
протеолиза.
Изрязва се част от ППВ, която блокира активния център на про-
белтъка, с участието на ензими ендо- и екзо-пептидази и се
получава активен белтък.
Широко използван от клетката механизъм за активиране на
белтъци с цел регулация на свойствата, мястото и времето на
действие.
Например:
Компоненти от системата на
комплемента;
 Компоненти от системата на
кръвосъсирване;
каспазна система и др.
проинсулининсулин;
пепсиноген пепсин;
трипсиноген трипсин;
нервопептиди;

Гликозилиране

Посттранслационна ковалентна модификация характерна за
секреторните и мембранни белтъци. Започва в ЕПР и
продължава в апарата на Голджи.

Трансфер чрез олигозахарид
трансферазни ензими.
Олигозахарида се прехвърля
към: 1)амидната група на
аспарагинов остатък
последователност Asn-X-Ser /
Thr, където X е всяка амино
киселина: N-гликозилиране
2) Хидроксилната група на
Серин или треонин –О-
гликозилиране.

В мембраните на ЕПР
участва фосфолипида
долихолфосфат, който
служи за основа на
олигозахаридния
прекурсор.
В резултат на
модификациите в ЕПР,
крайния олигозахарид,
прикрепен най-често към
Аsn на ППВ, съдържа
много манозни остатъци.
Гликозилирането
продължава в АГ.
Коровият олигозахарид
получен в АГ съдържа два
N-ацетилглюкозаминови и
три манозни остатъка.
Към тях може да се прикрепят
други монозахариди-галактоза,
сиалова киселина и др.
В АГ се прибавя и манозо-6-
фосфат към белтъци, чиято
крайна локализация са
лизозомите.

Чрез ензими гликозидази се отстраняват част от
първоначалната олигозахаридната верига и
допълнително се модифицира.

Гликозилиране
Посттранслационна ковалентна модификация характерна за
секреторните и мембранни белтъци. Започва в ЕПР и продължава
в апарата на Голджи.
Чрез ензими терминални гликозил трансферази се добавят моно-
олиго-поли-захариди, най-често към амидната група на
аспарагиновия остатък (N-гликозидна връзка) или към ОН-
групата на серинов и треонинов остатък (О-гликозидна връзка).
Чрез ензими гликозидази се отстраняват част от първоначалната
олигозахаридната верига и допълнително се модифицира.
Гликозилирането има значение за защитата от протеази и
придава определена специфичност на гликопротеините-АВО(Н).
 Рецепторните белтъци, които разпознават специфично моно или
олигозахаридни остатъци се наричат лектини.
Лектините вземат участие в неспецифичният имунен отговор и
регулацията на целият имунитет- фитохемаглутинина,
конканавалин А.

Гликиране – ковалентна модификация на
белтъци от реактивни продукти на глюкоза,
фруктоза и галактоза
Бавен
ендогенен
процес
Характерен
при диабет
Гликиран
хемоглобин –
основен
лабораторен
показател
Екзогенно –
висока Т- Maillard reactions