Sortarea intracelulară a proteinelor ( de exemplu, sortarea proteinelor, țintirea proteinelor ) sunt procesele de etichetare și transportul ulterior al proteinelor în celulele vii, care duc la intrarea proteinelor în anumite compartimente ale celulei.
Proteinele sintetizate în citoplasma pe ribozomi trebuie să intre în diferite compartimente celulare - nucleu , mitocondrii , reticul endoplasmatic (RE), aparat Golgi , lizozomi și altele[ ce? ] , iar unele proteine trebuie să ajungă în membrana exterioară sau în mediul extracelular. Pentru a intra într-un anumit compartiment, o proteină trebuie să aibă o etichetă specifică. În cele mai multe cazuri, o astfel de etichetă face parte din secvența de aminoacizi a proteinei în sine (peptidă lider sau secvența semnal proteinei ). În unele cazuri, oligozaharidele atașate post-translațional de proteină servesc drept etichetă.
Transportul proteinelor în ER se realizează pe măsură ce sunt sintetizate, deoarece ribozomii care sintetizează proteine cu o secvență semnal pentru ER „se așează” pe complexe de translocare speciale de pe membrana ER. Secvența semnal pentru EPR include de obicei 5-10 aminoacizi predominant hidrofobi și este localizată la capătul N-terminal al proteinei. În partea sa îndepărtată există o secvență consens recunoscută de o protează specifică. Această secvență de semnal este recunoscută de un complex special - „particulă de recunoaștere a semnalului” (particulă de recunoaștere a semnalului, SRP). SRP constă din șase proteine și o moleculă scurtă de ARN 7SL [1] . O secțiune a SRP leagă secvența semnal, în timp ce cealaltă se leagă de ribozom și blochează translația. Un domeniu SRP separat este responsabil pentru legarea la receptorul SRP de pe membrana ER.
Împreună cu SRP, ribozomul se deplasează în ER și se leagă de receptorul SRP (proteina integrală) de pe partea citosolică a membranei ER. Acest complex (ribozom - SRP - receptor SRP) se leagă de un por - un translocator de proteine de pe membrana ER. De obicei, mai mulți ribozomi sunt asociați cu ARNm, iar poliribozomii se află pe membrana ER, fiecare ribozom atașat de propriul poru. După ce a ajuns la capătul 3’ al ARNm, ribozomul revine în citoplasmă; totuși, ARNm este reținut la membrana ER datorită faptului că noi ribozomi legați la SRP sunt atașați la capătul său 5’.
După legarea de translocator, complexul receptor SRP-SRP se desprinde de ribozom, iar acest lucru duce la reluarea translației. S-a dovedit acum că proteina, așa cum este tradusă, intră în RE prin canalul de apă al translocatorului, care are un mecanism de poartă și este format la eucariote din patru subunități ale complexului Sec61 (proteinele omoloage se găsesc și pe bacterii). membranele celulare).
După reluarea translației, regiunea hidrofobă a secvenței semnal rămâne asociată cu translocatorul, iar proteina nou sintetizată sub formă de buclă este împinsă în ER. Acest proces nu necesită cheltuieli suplimentare de energie ATP. După ce capătul C-terminal al proteinei se separă de ribozom și se găsește în interiorul RE, peptida-proteaza semnal o oprește de proteină. Proteina din interiorul ER se pliază, dobândind o conformație normală, iar peptida semnal se deplasează prin canalul lateral deschis în translocator către stratul dublu lipidic al membranei ER, unde este degradată rapid de proteaze.
O proteină care a intrat în ER rămâne în acest organel dacă are o secvență specială de reținere a ER de patru aminoacizi la capătul C-terminal. Unele dintre proteinele rămase în ER joacă un rol important în plierea și modificarea post-translațională a proteinelor care trec prin ER. Astfel, enzima izomeraza disulfură catalizează oxidarea grupărilor SH libere ale cisteinei și formarea legăturilor disulfurice, în timp ce proteina chaperonă BiP previne plierea și agregarea necorespunzătoare a proteinelor până când acestea formează structuri cuaternare și, de asemenea, promovează reținerea proteinelor asociate. cu ea la ER.
Un mecanism similar, dar mai complex, asigură încorporarea co -translațională a proteinelor transmembranare în membrana ER.
Există, de asemenea, transportul post-translațional al proteinelor în ER (mai frecvent în drojdie), în care o proteină complet sintetizată se leagă de însoțitori din citosol și apoi este transferată în ER printr-un translocator cu participarea însoțitorilor din familia Hsp70. . Acest tip de transport este dependent de ATP. Pentru transportul peptidelor (în principal 8-16 aminoacizi lungime) de la citosol la ER pentru prezentarea lor ulterioară în combinație cu molecule MHC-I, există un translocator special, proteina TAP.
De la EPR la aparatul Golgi (AG) și de acolo la lizozomi, la membrana exterioară sau la mediul extracelular, proteinele intră prin transport vezicular . Majoritatea proteinelor care au intrat în cavitatea ER sunt glicozilate folosind o oligozaharidă standard, a cărei sinteză se realizează pe membranele ER brut. Oligozaharida sintetizată este legată de pirofosfat de lipidul dolicol, care îl ancorează în membrană și este transferată în grupa amino laterală a asparaginei de către enzima oligozaharil transferaza. Plierea corectă a proteinelor depinde de prezența acestei etichete de oligozaharidă, deoarece însoțitorii dependenti de calciu calnexina și calreticulina (care sunt ambele lectine ) sunt atașate de aceasta (după modificarea acesteia ); ele rețin proteinele incomplet pliate în ER și asigură interacțiunea lor cu alți însoțitori. Dacă proteina nu s-a pliat corespunzător de ceva timp, atunci este retranslocată înapoi în citosol, lipsită de oligozaharidă, ubiquitinilată și degradată în proteazomi . Dacă proteina este pliată corect, atunci se poate muta în AG sau rămâne în ER.
Proteinele intră din ER în AG în interiorul veziculelor membranare mărginite, al căror înveliș este format din proteina COP-II. Toate proteinele pliate corect cad în astfel de vezicule „în mod implicit” și se mută la AG, iar apoi unele dintre ele se întorc la ER. Cu toate acestea, proteinele cu etichete speciale de semnal sunt concentrate în veziculele de transport, în timp ce proteinele fără astfel de etichete ajung acolo în cantități mici. Veziculele separate de ER, după ce și-au pierdut membranele, se contopesc în grupuri tubular-veziculoase, care, cu ajutorul proteinelor motorii, se deplasează de-a lungul microtubulilor către AG. Din aceste grupuri (precum și din cis-Golgi) veziculele îmbrăcate cu proteina COP-I sunt separate, asigurând transportul invers al proteinelor rezidente în ER. Revenirea proteinelor în ER este asigurată de o secvență semnal scurtă la capătul lor C-terminal, care se leagă fie direct de COP-I (pentru proteinele membranare), fie de un receptor specific care interacționează cu COP-I (pentru proteinele solubile). Proteinele cărora le lipsesc aceste secvențe rămân de preferință în AG.
În interiorul veziculelor, proteinele se deplasează treptat de la cis-Golgi la trans-Golgi. Pe măsură ce proteinele se deplasează în interiorul AG, enzimele glicoziltransferazei își modifică „semnele” oligozaharidelor. Cu ajutorul unor astfel de enzime din AG se sintetizează glicoproteine - mucine și proteoglicani.
Proteinele membranei și enzimele digestive ale lizozomilor călătoresc de la trans-Golgi în veziculele acoperite cu clatrină la endozomul timpuriu și de acolo la lizozom . Pentru ca enzimele lizozomale ( hidrolaze acide ) să intre în lizozomi, acestea trebuie să aibă o etichetă specială - reziduuri manoză-6-fosfat la capetele lanțurilor de oligozaharide. Acest marcaj se aplică în două etape. În primul rând, în cis-Golgi, enzima N-acetilglucozamină fosfotransferaza atașează reziduurile de N-acetilglucozamină fosfat la oligozaharide, iar apoi în trans-Golgi, a doua enzimă scindează N-acetilglucozamină. Eticheta se aplică acelor proteine care au caracteristici specifice structurii terțiare - „tuberculul de semnal” (plasticul de semnal). Apoi manoza-6-fosfații sunt recunoscuți de un receptor membranar specific, de care sunt atașate hidrolazele. În endozomi, cu o scădere a pH-ului, hidrolazele sunt separate de receptori, care, ca parte a veziculelor speciale, sunt livrate înapoi la AG.
Mutațiile genei N-acetilglucozamin fosfotransferazei duc la dezvoltarea unei forme severe de mucopolizaharidoză , o boală a celulei I în care toate enzimele lizozomului sunt secretate în mediul extracelular.
Transportul proteinelor din mediul extern la lizozomiChiar și în mod normal, o parte din enzimele lizozomiale este eliberată din celulă, iar o parte din proteinele membranare ale lizozomilor intră în membrana sa exterioară. Din mediul extracelular, enzimele lizozomale pot fi preluate prin endocitoză și livrate la lizozomi (vezi [2] ).
Transportul proteinelor din citoplasmă la lizozomiPe lângă transportul vezicular din AG, există o altă modalitate de transport a proteinelor în lizozomi. Astfel, în timpul autofagiei mediate de însoțitori , proteinele parțial denaturate sunt transportate din citoplasmă prin membrana lizozomului în cavitatea acesteia, unde sunt digerate. Acest tip de autofagie, descris doar la mamifere, este indus de stres. Apare cu participarea proteinelor însoțitoare citoplasmatice din familia hsp-70, a proteinelor auxiliare și a LAMP-2, care servește ca receptor de membrană pentru complexul de chaperonă și proteina care urmează să fie transportată în lizozom. În celulele prezentatoare de antigen (de exemplu, celulele dendritice ), transportul peptidelor prezentate în complex cu MHC-II poate avea loc direct în lizozomi prin intermediul proteinei translocatoare TAPL.
Proteinele intră în nucleu prin porii nucleari . Până la 500 de macromolecule pot fi transportate simultan prin porul nuclear în ambele direcții. Proteinele (peptide) cu o greutate moleculară de până la 5000 daltoni difuzează liber prin porii nucleari. Prin transport pasiv (difuzie), proteinele cu o greutate moleculară de până la 60.000 daltoni pot pătrunde prin pori.
Proteinele mai mari sunt transportate în nucleu în mod activ (cu cheltuirea energiei). Pentru a trece în nucleu, astfel de proteine trebuie să conțină o anumită secvență de aminoacizi - un semnal de localizare nucleară . Factorii de transport, carioferinele (importinele), sunt legați de această secvență fie direct, fie cu ajutorul proteinelor adaptoare. Carioferinele se leagă și de componentele porilor nucleari. Energia pentru transport este furnizată de hidroliza GTP-ului de către mica GTPază monomerică Ran. În citoplasmă, Ran este sub forma asociată cu GDP, deoarece proteinele Ran-GAP (activatorii activității GTPazei Ran) sunt localizate în citoplasmă, iar în nucleu, Ran este sub forma asociată cu GTP, deoarece proteina care asigura schimbul de PIB este localizata in nucleu.pe GTF. Ran-GTP, prin legarea de carioferina „încărcată” de pe partea interioară a porului nuclear, asigură descărcarea acesteia. Receptorul cu Ran-GTP atașat intră apoi în citoplasmă, unde proteina GAP determină hidroliza GTP și separarea Ran-GDP de carioferină.
Un mecanism similar asigură exportul proteinelor din nucleu, doar că aceste proteine trebuie să aibă o secvență semnal diferită - un semnal pentru exportul din nucleu, de care se leagă exportinele.
Proteinele cu secvențele semnal corespunzătoare intră în mitocondrii și cloroplaste prin porii specifici de translocare a proteinelor, cu participarea chaperonelor .