29.16. Новосинтезированные белки направляются к месту своего назначения
Некоторые новообразованные белки поступают просто в клеточный цитозоль, другие направляются к различным клеточным органеллам, третьи секретируются из клетки, четвертые встраиваются в ту или иную клеточную мембрану, где работают в качестве транспортных белков или ферментов мембран. Поэтому важно, чтобы новосинтезированный белок нашел путь к предназначенному для него месту в клетке. Каким же образом он это делает?
Многие белки содержат на своем N-конце специфические полипептидные «лидеры», которые выполняют роль сигналов, направляющих эти белки к их «рабочему» месту. Эти сигнальные последовательности уместно сравнить с почтовым индексом на письме. Белки, синтезируемые рибосомами шероховатого эндоплазматического ретикулума в клетках поджелудочной железы и экспортируемые из этих клеток, например трипсиноген и прокарбоксипептидаза (разд. 24.1,б), имеют на N-концах полипептидные лидирующие последовательности. Эти сигнальные последовательности состоят из 15-30 аминокислотных остатков, многие из которых содержат гидрофобные R-группы (рис. 29-20). В процессе синтеза любого белка, в том числе предназначенного на «экспорт», сигнальные лидеры, будучи расположены на N-конце, образуются первыми. Такие лидеры узнаются особыми рецепторными участками на внешней поверхности эндоплазматического ретикулума, причем это происходит даже раньше, чем рибосома полностью завершит синтез белка.
Рис. 29-20. Этапы синтеза белка, предназначенного для экспорта из клетки (1-5). Показаны образование и дальнейшие превращения сигнальной последовательности - полипептидного лидера, находящегося на N-конце многих белков, синтезируемых рибосомами шероховатого эндоплазматического ретикулума. Сигнальные последовательности помогают новообразованной полипептидной цепи проникать сквозь мембрану внутрь цистерн. Во время или после попадания полипептида в цистерну сигнальная последовательность отщепляется от него с помощью пептидазы.
Гидрофобная жирорастворимая часть лидирующей последовательности проникает сквозь мембрану внутрь цистерн эндоплазматического ретикулума, протаскивая за собой растущую полипептидную цепь. Внутри цистерн под действием особой пептидазы сигнальный лидер отщепляется. После этого зрелый белок направляется в аппарат Гольджи, инкапсулируется и в виде секреторного пузырька покидает наконец клетку. Многие другие экспортируемые белки, функционирующие вне клетки, - белки плазмы крови, полипептидные гормоны, антитела, мукопротеины - могут поступать к месту своего назначения аналогичным путем.
Весьма сходные процессы происходят и в бактериях. Наружная мембрана клеток Е. coli состоит из липидов и белков. Последние синтезируются на рибосомах, связанных с внутренней поверхностью внутренней мембраны. Сигнальные последовательности на N-концах этих белков обеспечивают их прохождение сквозь внутреннюю мембрану и сквозь стенку к соответствующим местам наружной мембраны, где и происходит встраивание полипептида. Генетические исследования сигнальных последовательностей и пептидаз, которые их в конечном счете удаляют, стали возможны благодаря существованию соответствующих бактериальных мутантов.
