загрузка...
 
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ТОТАЛЬНЫЙ ПРОТЕОЛИЗ
Повернутись до змісту

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ТОТАЛЬНЫЙ ПРОТЕОЛИЗ

Расщеплению в клетках подлежат, прежде всего, чужеродные белки, поглощенные путем эндоцитоза. Процессы их деградации сосредоточены в лизосомах, среди эндопептидаз которых доминируют тиоловые ферменты (катепси- ны В, Ц Н и другие), а также аспартатная про- теиназа катепсин О. Все они проявляют активность только в кислой среде (pH 4,5-6,0), а в обычных условиях пребывают в «покоящемся» состоянии (в виде проферментов, активация которых требует удаления экранирующего пептида, обычно довольно протяженного). Каждая из лизосомальных протеиназ обладает достаточно широкой избирательностью к гидролизуемым связям, а в совокупности они обеспечивают деградацию практически любого белка до набора относительно коротких пептидов. Их дальнейший гидролиз до аминокислот завершают разнообразные олигопептидазы, экзопептидазы и дипептидазы, в большинстве своем локализованные в цитоплазме.

Вне лизосом деградацию белков осуществляют особые мультикаталитические образования цнтозоля - протеасомы (открытые в конце XX века). Реализуемый ими протеолиз отличается от лизосомального высокой селективностью. Она проявляется в том, что из всего обилия внутриклеточных белков для деградации отбираются только дефектные или поврежденные молекулы. Однако этой деструктивной функцией роль протеасом не исчерпывается. Совершенно уникальна их способность избирательно разрушать те белки, функциональный эффект которых зависит только от их наличия (или концентрации). Иными словами, такие белкн должны быстро разрушаться вскоре после синтеза. Поэтому они именуются коротко- живущими: их период полусуществования (Т0.5) не превышает нескольких минут (к числу таких белков относятся, например, регуляторы транскрипции генов). Осуществляя распознавание и деградацию таких белков, протеасомы выполняют тем самым еще более весомую из своих функций — регуляторную.

Протеолитический аспект обеих этих функций однотипен. Его реализует эндопепти- дазный комплекс, обозначаемый как протеасома 20S (по константе седиментации, которая соответствует молекулярной массе 700 кДа). А вот распознавание белков, подлежащих деградации, производят специальные регуляторные комплексы. ассоциированные с протеасомой 20S и именуемые активаторами протеасомы; механизм распознавания у них различен, в зависимости от того, какую функцию протеасом он обеспечивает-деструктивную или регуляторную.

Протеасома 20S состоит из 28 субъединиц и похожа на цилиндр, образованный четырьмя кольцами, положенными друг на друга. Каждое

это укладка из 7 а-субъединиц (оба внешних кольца) или из 7 (3-субъединиц (срединные кольца). На внутренней стороне каждого срединного кольца создаются 3 активных центра, содержащих по N-концевому треонину из состава (3-субъединиц. Специфика центров различна: каждый гидролизует только те связи, в которых участвуют либо аминокислота с гидрофобным радикалом, либо аргинин или лизин, либо, наконец, аспартат или глутамат. В отличие от ферментов пищеварения, разлагающих белок на все более мелкие фрагменты, протеасомы 20S поочередно отщепляют от него пептиды длиной от 3 до 22 АО (данные получены in vitro).

Регуляторные комплексы содержат около 20 субъединиц, т.е., тоже имеют довольно крупные размеры (часто их называют регуляторными частицами). По одной такой частице примыкает к торцам цилиндра, образуемого протеасомой 20S. Они осуществляет контроль за входом в «протеолитическую полость» этого цилиндра. Пока неясно, есть ли какой-либо общий механизм отбора поврежденных или мутантных молекул белка. Легче было выявить способ распознавания белков, подлежащих быстрому обновлению. Как оказалось, длительность существования белка в значительной степени запрограммирована строением его N-koh- цевой аминокислоты. У стабильных молекул (То,5 более 20 час) она представлена метионином, глицином, аланином, пролином или некоторыми другими. Для короткоживущих белков (период полусуществования от 2 до 30 мин) типичной 1Ч~концевой аминокислотой является аргинин, лизин, гистидин, изолейцин, лейцин, триптофан, фенилаланин или тирозин.

Распознав подлежащий деградации белок, регуляторная частица обозначает его особым «ярлыком». Им служит небольшой (76 АО) белок убиквитин, присоединяемый своим С-кон- цевым глицином к е-аминогруппе одного из остатков лизина в белке-мишени. Создает эту изо- пептидную связь серия АТФ-зависимых субъединиц регуляторного комплекса. Начинается процесс с активации концевой карбоксильной группы убиквитина путем переноса на нее остатка АМФ с молекулы АТФ (реакция подобна образованию аминоациладенилата, см. рис. 2-21,1). И только после этого убиквитинильный компонент может быть передан на упомянутую е-аминогруппу белка-мишени. Таким образом, модификация белка, отобранного для деградации в протеасоме, происходит за счет энергии расщепления АТФ до АМФ и ФФ. Прикрепленный при этом «ярлык» не только служит «пропуском» в полость протеасомы 208, но и способствует развертыванию белковой глобулы, что облегчает протеолитичеекую атаку на ее внутренние пептидные связи.

Вполне обычным является формирование более крупных «ярлыков». Особая группа уби- квитин-протеин-лигаз способна аналогичным образом (т.е., с затратой АТФ) присоединять свободный убиквитин (его С-концевым глицином) к лизину-48 в молекуле убиквитина, уже фиксированного на белке. Повторение таких актов приводит к формированию полиубикви- тинильной цепи на молекуле белка-мишени, который подвергается затем быстрой деградации. Следует отметить, что сами молекулы убиквитина разрушению в протеасомах не подвергаются: они отщепляются специальной тио- ловой протеиназой регуляторного комплекса, гидролизующей изопептидную связь, и остаются пригодными для реутилизации.

Таким образом, главной особенностью про- теолитичееких реакций в протеасомах является их энергозависимость. Расходы АТФ являются, по существу, своеобразной платой за возможность прицельного отбора либо строго определенных из множества молекул конкретного белка, либо только белков, синтезируемых для краткосрочной работы каждой их молекулы. Так обеспечиваются и контроль качества белков, и поддержание требуемого уровня их в клетке.



загрузка...