загрузка...
 
ПРОЦЕССИНГ
Повернутись до змісту

ПРОЦЕССИНГ

Первым белком, выделенным в очищенном виде (1922 г.) и даже в форме кристаллов (1926 г.), стал инсулин, гормон поджелудочной железы. Через 30 лет он оказался первым белком, для которого удалось полностью расшифровать строение, а затем и осуществить химический синтез. Выяснилось, что этот белок состоит из двух полипептидных цепей (21 и 30 АО), соединенных двумя дисульфидными мостиками. Лишь с развитием новых технологий было установлено (1967 г.). что изначально инсулин синтезируется в виде одной полипептидной цепи, вдвое более длинной (у человека — 110 АО). Более того, такая избыточность оказалась общим правилом: многие белковые молекулы синтезируются не сразу в окончательном виде, а как более крупный предшественник (пре-белок). Термином лидерная последовательность принято обозначать его начальный (ТЧ-концевой) фрагмент, насчитывающий чаще всего от 15 до 35 аминокислотных остатков. Нередко его называют сигнальным пептидом, т.к. он содержит информацию о пункте назначения создаваемого полимера. Ее «понимают» определенные белки, которые и начинают целевое перемещение (транслокацию) полипептидной цепи.

Лидерную последовательность белков, подлежащих, подобно предшественнику инсулина, отправке в просвет ЭР, распознают особые рибонуклеопротеины цитоплазмы. И не только распознают, но и «доставляют» ее к мембране ЭР и даже связывают с трансмембранным белком, формирующим сквозную пору для проводки полипептидов. Все это происходит задолго до завершения трансляции, а потому прикрепленной к мембране оказывается не только полипептидная цепь (своим сигнальным пептидом), но и сама рибосома, из которой эта цепь в виде петли продвигается сквозь пору в просвет ЭР. Еще до окончания синтеза полипептида специальный фермент — сигнальная пептидаза — расщепляет связь между ненужным уже сигнальным пептидом и остальной частью молекулы, облегчая ей дальнейшее складывание (фолдииг) с участием ша- перонов.

Сходным образом реализуется транспорт белков в митохондрии, в которых, как известно, менее 5% необходимых им протеинов вырабатывается в собственных рибосомах (по информации, поступающей в виде мРНК от молекулы митохондриальной ДНК). Основная же масса их синтезируется на свободных рибосомах цитоплазмы с участием ядерных мРНК. Лидерная последовательность в этих случаях отличается своеобразием, представляя собой а-спираль. одна сторона которой гндрофобна, а другая несет положительные заряды. Такая амфипатическая структура легко фиксируется на рецепторах наружной мембраны митохондрий, направляя остальную часть белковой молекулы внутрь органеллы через пору, расположенную в участке контакта обеих мембран. Лишь после этого происходит ферментативное отщепление сигнального пептида. Предшественники белков межмембранной зоны митохондрий содержат 2 сигнальных пептида. Удаление первого (обеспечившего обычное поступление пре-белка в матрикс) ведет к раскрытию второго, который через внутреннюю мембрану митохондрий направляет полипептид- ную цепь в межмембранное пространство (где и подвергается затем отщеплению).

На свободных рибосомах цитоплазмы синтезируются также все белки клеточного ядра. Для прохождения через поры ядерной оболочки лишь небольшие молекулы гистонов не нуждаются в лидерной последовательности. В остальных ядерных пре-белках она обычно очень коротка, а в предшественниках белковых факторов транскрипции расположена не с 1Ч-конца5 а внутри полипептидной цепи.

Рис. 2-25. Процессинг препроинсулина человека [затенением выделены сигнальная последовательность (24 АО) и связующий пептид (35 АО); светлыми кружками обозначены цепь А (21 АО) и цепь В (30 АО) зрелого инсулина].


Отщепление сигнального пептида — не единственное проявление процессинга белков. Зачастую необходимо гидролизовать еще одну или несколько пептидных связей, чтобы перевести белок в функционирующее состояние. Например, упомянутый предшественник инсулина превращается после удаления сигнального пептида не в готовый гормон, а в неактивный проинсулин. В просвете ЭР эта молекула сначала подвергается складыванию (с участием шаперонов и протеиндисульфид-изомеразы). Затем, уже в аппарате Гольджи, происходит «прицельное» расщепление определенных пептидных связей (они указаны стрелками на рис. 2-25), в результате чего вычленяется срединная часть молекулы («связующий пептид» — С-пеп- тид) протяженностью более 30 АО. Столь выборочный гидролиз пептидной связи из множества имеющихся в молекуле белка обозначают термином «ограниченный протеолиз». Его осуществляют высокоспецифичные протеиназы (к их числу относятся и сигнальные пептидазы).

Ограниченный протеолиз проинсулина преврашает его в готовую молекулу гормона. Она-то и состоит из двух полипептидов, соединенных двумя 8-8-мостиками (см. рис. 2-25) и обозначенных как А-цепь и В-цепь в 1955 г., еще до выявления того, что они являются фрагментами одной исходной молекулы - пре- проннсулина. Зрелый инсулин накапливается в секреторных пузырьках, откуда выделяется в кровь по мере надобности.

1    26   102 134

176  267

Рис. 2-26. Биоактивные продукты процессинга препроопиомеланокортина человека (цифрами дана нумерация аминокислотных остатков в исходной цепи) [пояснения приведены в тексте].

Бывает и так, что одна полипептидная цепь разделяется в ходе процессинга на несколько самостоятельных белков, выполняющих совершенно разные функции. Наиболее яркий пример - препроопиомеланокортин, синтезируемый в передней и промежуточной долях гипофиза. У человека этот предшественник состоит из 267 аминокислотных звеньев. После удаления сигнального пептида (26 АО) возникший проопиомеланокортин становится мишенью для ряда высокоизбирательных про- теиназ. Набор их и очередность действия различны в клетках разного типа. Как показывает схема на рис. 2-26, на определенном этапе ограниченный протеолиз может привести к расчленению предшественника на три самостоятельных полипептида. Один из них (^концевой) составляет половину исходной молекулы, другой является адренокортикотропным гормоном (АКТГ; кортикотропин), а третий обозначают как липотропный гормон (ЛПГ; липотропин). Каждый из этих «обломков» про- опиомеланокортина содержит фрагмент, обладающий активностью меланоцитстимулирую- щего гормона (МСГ; меланотропин). На рис.

26 эти фрагменты выделены горизонтальной штриховкой. Они заметно различаются по первичной структуре, из-за чего введено дополнительное обозначение буквой греческого алфавита (а-, (3- и у-).

Продукты начальной серии реакций ограниченного протеолиза подвергаются затем воздействию других протеиназ, тоже высокоизбирательных. При этом из ]М-концевой половины предшественника вычленяется молекула у-МСГ, а также три довольно крупных пептида, предназначение которых пока неясно (они помечены вопросительным знаком). Из молекулы АКТГ удалению подвергается срединный пентапептид, в результате чего освобождаются а-МСГ и пептид, в определенной степени сохраняющий активность кортикотропина и потому обозначаемый как кортикотропиноподоб- ный промежуточный пептид (КПП; часто используется англоязычное сокращение СЫР). Наконец, на этом этапе происходит аналогичное расчленение Р-липотропина на у-ЛПГ и {3-эндорфин (как это показано в третьей сверху строке на рис. 2-26). В свою очередь, у-ЛПГ подвергается укорочению до Р-МСГ, а молекула (3-эндорфина - до у-эндорфина. Последние два продукта (как и чуть более короткий их аналог а-эндорфин) по своему болеутоляющему эффекту в десятки раз сильнее морфина (отсюда и название эндогенные морфины). Близкими нейромедиаторными свойствами обладают и энкефалины, которые возникают в виде пентапептидов, отщепляемых от Ы-конца эндорфи- нов (на рис. 2-26 энкефалиновый фрагмент выделен затенением).

Очень часто про-белки не подвергаются заключительному протеолизу в клетке, а секре- тируются в среду. Иными словами, они превращаются в активную форму не заранее, а непосредственно в том месте, где и должны функционировать. Ранее всего это было установлено для ферментов пищеварительных соков. Многие из них выделяются в виде проферментов {зиыо- гепов): пепсиноген, трипсиноген, химотрипси- ноген, проэластаза, прокарбоксипептидаза. Активация их происходит путем ограниченного протеолиза, благодаря которому удаляется фрагмент {пропептид), прикрывающий («маскирующий») активный центр фермента. В частности, трипсиноген активируется энтерокиназой кишечного сока, обеспечивающей отщепление Ы-концевого гексапептида. Аналогичным образом образовавшийся трипсин катализирует удаление пропептидов из молекул остальных упомянутых зимогенов (кроме пепсиногена). Вместе с тем, трипсин способен отщеплять гексапептид от молекул трипсиногена. .Этот феномен присущ и пепси ногену, первые порции которого активируются неферментативно (под воздействием соляной кислоты желудочного сока).



загрузка...