sortiranje proteina
DESCRIPTION
Sortiranje proteinaTRANSCRIPT
1
SORTIRANJE PROTEINA U ĆELIJAMA EUKARIOTA –
KRETANJE PROTEINA KROZ MEMBRANE I ORGANELE
Tipična ćelija sisara sadrži oko 10 000 različitih proteina, dok tipična ćelija kvasca sadrži
oko 5 000. Najveći broj ovih proteina se sintetiše u citoplazmi, gde mnogi od njih i ostaju.
Međutim, čak jedna polovina različitih vrsta sintetisanih proteina se dostavlja do određenih
organela u ćeliji ili do površine ćelije. Na primer, mnogi receptori za hormone ili proteini
transporteri moraju biti dostavljeni do plazma membrane, neki enzimi rastvorljivi u vodi, kao što
su DNK i RNK polimeraze, moraju biti transportovani u nukleus, dok komponente vanćelijskog
matriksa, digestivni enzimi i polipeptidni signalni molekuli moraju biti usmereni do površine ćelije
kako bi bili sekretovani. Dakle, svi proteini sintetisani u jednoj ćeliji moraju stići do svoje
odgovarajuće lokacije kako bi ćelija normalno funkcionisala. U suprotenom, greške vode do
različitih bolesti.
Mehanizam kojim ćelija transportuje novosintetisane proteine do odgovarajućih
lokalizacija u ćeliji ili van ćelije naziva se sortiranje ili targetiranje proteina. Krajnje lokalizacije
za sortirane proteine su određene organele, plazma membrana ili okolina ćelije. Proces
sortiranja proteina je baziran na informaciji sadržanoj u samoj aminokiselinskoj sekvenci
proteina, poznatoj kao signalna sekvenca.
Sortiranje proteina obuhvata dva opšta procesa. Jedan proces podrazumeva targetiranje
proteina do membrana organela, dešava se neposredno po završetku translacije, i poznat je
kao nesekretorni put sortiranja proteina (slika 1, desno). Proteini koji imaju signalne
sekvence specifične za određene organele importuju se u mitohondrije, hloroplaste,
peroksizome ili nukleus. Targetiranje membranskih proteina dovodi do njihove insercije u
membranu, dok tragetiranje proteina rastvorljivih u vodi dovodi do translokacije celog proteina
kroz memebranu u vodenu unutrašnjost organele. Proteini mitohondrija i hloroplasta obično
prolaze kroz njihove spoljašnje i unutrašnje memebrane i ulaze u matriks, odnosno stromu.
Proteini koji se sortiraju u druge subkompartmente ovih organela podležu dodatnim koracima
sortiranja. Nuklearni proteini ulaze i izlaze iz nukleusa kroz pore nuklearnog ovoja.
Drugi opšti proces sortiranja proteina poznat je kao sekretorni put sortiranja proteina
(slika 1, levo), koji se dešava ili tokom translacije ili neposredno po njenom završetku. Ovaj
proces počinje usmeravanjem rastućeg ili novosintetisanog polipeptida ka endoplazmatičnom
retikulumu (ER–u), tako da se svi proteini koji ulaze u sekretorni put inicijalno usmeravaju na
membrane ER. Proteini koji ulaze u ovaj put sortiranja su solubilni i membranski proteini ER-a,
proteini lumena Goldži kompleksa i lizozima, integralni proteini membrana ovih organela i
plazma membrane, kao i proteini koje ćelija sekretuje. Kompleks ribozom-rastući polipeptid
usmerava se ka hrapavom ER pomoću signalne sekvence za ER i translocira se u lumen ER. U
lumenu ER-a, protein zauzima nativnu konformaciju delovanjem proteina koji katalizuju
savijanje proteina, a nalaze se u lumenu ER-a. Ceo proces se precizno kontroliše, i samo ako je
2
savijanje proteina ispravno i ako subjedinice multisubjediničnih proteina asembliraju, protein
može biti transportovan iz ER-a u druge organele, kao što su Goldži kompleks ili lizozom, do
plazma membrane ili sekretovan van ćelije. U lumenu ER-a proteini podležu posttraslacionoj
glikozilaciji, stabilizaciji strukture formiranjem disulfidnih veza i specifičnim proteolitičkim
sečenjima. Proteini čija je krajnja destinacija Goldži kompleks, lizozom, plazma membrana ili
proteini koji se skretuju van ćelije, transportuju se pomoću malih membranskih vezikula koje
nastaju pupljenjem membrane jedne organele, a zatim fuzionišu sa membranom druge
organele.
Slika 1. Pregled glavnih puteva za sortiranje proteina u eukariotskoj ćeliji: proteini koji nemaju nikakvu signalnu sekvencu oslobađaju se u citoplazmu, gde i ostaju. Proteini sa signalnim sekvencama, u zavisnosti od svoje krajnje destinacije podležu sekrteornom ili nesekretornom putu sortiranja proteina.
Kako se određeni protein usmerava ka membrani tačno određene organele u ćeliji i kako
relativno veliki proteini prolaze kroz membrane bez narušavanja njene strukture? Sa malim
razlikama, isti osnovni mehanizam vodi sortiranje proteina ka različitim organelama. Informacija
za usmeravanje nekog proteina ka tačno određenoj organeli sadržana je u aminokiselinskoj
sekvenci (primarnoj strukturi) proteina, odnosno signalnoj sekvenci. Ona je poznata i pod
3
nazivima signalni peptid ili sekvenca za targetiranje, i upravo ona omogućava transportnoj
mašineriji ćelije da ispravno lokalizuje neki protein.
Svaka organela sadrži set receptornih proteina za signalne sekvence koji vezuju
tačno određene signalne sekvence, što obezbeđuje da informacija sadržana u signalnoj
sekvenci u potpunosti određuje specifičnost sortiranja proteina. Kada protein sa određenom
signalnom sekvencom stupi u interkaciju sa odgovarajućim receptorom na površini organele,
proteinski lanac se premešta u kanal za translokaciju, koji proteinskom lancu omogućava da
prođe kroz membranu. Jednosmerni transport proteina kroz membrane se obično postiže
povezivanjem procesa translokacije proteina sa energetski favorizovanim procesima, kao što je
na primer hidroliza ATP-a. Naki proteini se, zatim, dalje sortiraju kako bi stigli do
subkompartmenta određenih organela, korišćenjem drugih signalnih sekvenci i odgovarajućih
receptora. Signalne sekvence se obično uklanjaju iz zrelog proteina delovanjem specifičnih
proteaza u toku ili neoposredno nakon prolaza proteina kroz membranu (translokacije).
Putevi soritanja proteina u različite organele se međusobno razlikuju po signalnim
sekvencama, receptorima za signalne sekvence, strukturi kanala za translokaciju i po izvoru
energije koji obezbeđuje jednosmernu translokaciju proteina kroz memrane. Na primer, signalne
sekvence mogu biti predstavljene kontinuiranim nizovima aminokiselina, kada su najčešće
dugačke 13 do 136 hidrofobnih i baznih aminokiselina. Uglavnom se nalaze na N-kraju proteina,
ali i u unutrašnjosti proteina ili na C-krajevima. Neki signali za sortiranje su predstavljeni
nizovima aminokiselina koji su međusobno odvojeni u primarnoj sekvenci proteina (eng. signal
patch), i koji se tek savijanjem proteina postavljaju u međusobnu blizinu formirajući signal za
sortiranje. Translokacija proteina može biti kotranslaciona ili posttranslaciona, dok kanal za
translokaciju može biti takav da dozvoljava prolaz nesavijenom proteinu ili proteinu sa već
formiranim proteinskim domenima.
Slika 2. Tipovi signalnih sekvenci: signalna sekvenca može biti predstavljena kontinuiranim i diskontinuiranim nizovima aminokiselina u proteinu.
Najveći doprinos izučavanju soritiranja proteina i translokacije proteina kroz membrane
dao je Ginter Blobel. Serijom svojih eksprimenata koje je započeo ranih sedamdesetih godina
prošlog veka razjasnio je načine precizne lokalizacije proteina u ćeliji. Za svoja istraživanja
4
1999. godine nagrađen je Nobelovom nagradom. On je signalne sekvence za sortiranje proteina
opisao kao poštanske brojeve za ciljne organele.
1. SEKRETORNI PUT SORTIRANJA PROTEINA
Sve ćelije sekretuju razne proteine, na primer proteine vanćelijskog matriksa, dok su
neki tipovi ćelija specijalizovani za sekreciju velikih količina proteina. Tako, acinarne ćelije
pankreasa sintetišu velike količine nekoliko digestivnih enzima. Eukariotske ćelije koriste isti
osnovni meanizam da bi sintetisale i sortirale proteine u lumen i membarne ER, Goldži
kompleksa i lizozoma, u plazma membranu ili sekretovale proteine van ćelije. Osnovni
mehanizam sekretornog puta obuvata tri koraka: 1) sintezu proteina i tanslokaciju kroz
membranu ER-a, 2) savijanje proteina i posttranslacione kovalentne modifikacije proteina u
lumenu ER-a, i 3) transport proteina do Goldži kompleksa, lizozoma, plazma membrane ili van
ćelije kroz pupljenje i fuziju transportnih membranskih vezikula.
Transport proteina sekretornog puta u lumen ER-a počinje još tokom njihove sinteze, što
je poznato kao kotranslaciona translokacija (slika 3). Neki proteini kvasca se prvo kompletno
sintetišu i zatim translociru u lumen ER-a, kada govorimo o posttranslacionoj translokaciji (slika
4).
1.1. Kotranslaciona translokacija proteina kroz membranu endoplazmatičnog retikuluma
Sinteza proteina koji se sekretuju, integralnih proteina plazma membrane i proteina čije
su krajnje lokalizacije u ER, Goldži kompleksu ili lizozomu počiinje na citosolnim ribozomima,
Signalna sekvenca za ER usmerava kompleks ribozom-rastući polipeptid ka membrani,
formirajući hrapavi ER, i inicira translokaciju rastućeg polipeptidnog lanca kroz membranu ER-a.
Signalna sekvenca za ER na rastućem polipeptidu sastoji se od 16 do 30
aminokiselinskih ostataka, najčešće lociranih na N-kraju. Kod razlčitih proteina signalna
sekvenca za ER ima kontinuirani niz od 6 do 12 hidrofonih aminokiselina, okruženih sa jednom
ili nizom pozitivno naelektrisanih aminokisleina. Hidrofobni ostaci formiraju vezivno mesto za
interkaciju sa mašinerijom odgovornom za usmeravanje proteina ka membrani ER-a, dok su
pozitivno naelektrisane aminokiseline, kod membranskih proteina, važne za orijentaciju proteina
u membrani. Kod velikog broja proteina sekretornog puta, signalna sekvenca se seče još dok
sinteza proteina traje, tako da ona nije prisutna u zrelom proteinu.
Dve ključne komponente kotranslacione translokacije koje usmeravaju kompleks
ribozom-rastući polipeptid ka membrani ER-a su partikula za prepoznavanje signala (eng.
signal-recognition particle, SRP) i receptor za SRP, lociran u membrani ER-a.
SRP prepoznaje i prolazno se vezuje za signalnu sekvencu za ER na rastućem
polipeptidu i za veliku subjedinicu ribozoma, formirajući veliki kompleks koji se usmerava ka
membrani ER-a (slika 3-2) i vezuje za receptor za SRP (slika 3-3). SRP je ribonukleoproteinska
partikula izgrađena iz 7SL RNK, dužine oko 300 nukleotida, i 6 polipeptidnih lanaca. Polipeptidni
lanac P54 se svojim hidrofobnim regionom vezuje za signalnu sekvencu za ER, dok ostale
5
subjedinice ili stupaju u interakciju sa ribozomom ili su neophodne za translokaciju proteina kroz
membranu ER-a.
Receptor za SRP je integralni protein membrane ER-a izgrađen iz dve subjedinice, α i β.
Interakcija kompleksa SRP-ribozom-rastući polipeptid sa receptorom za SRP se pojačava
vezivanjem po jednog molekula GTP-a za subjedinicu P54 SRP-a i subjedinicu α receptora za
SRP (slika 3-3). Kada ove subjedinice vežu GTP dolazi do njihvog spajanja u pseudosimetrični
heterodimer. Nijedna od ove dve subjedinice sama za sebe nema kompletno aktivno mesto za
hidrolizu GTP-a, ali se njihvom interkacijom formiraju dva kompletna aktivna mesta.
Hidroliza vezanog GTP-a dovodi do deasmbliranja SRP-a i receptora za SRP i, na još
nepoznati način, posreduje u inserciji rastućeg proteina u kompleks za translokaciju (slika 3-4).
Nakon disocijacije SRP i receptor za SRP otpuštaju GDP, SRP se vraća u citoplazmu (slika 3), i
oba proteina su spremna da iniciraju usmeravanje novog kompleksa ribozom-rastući polipeptid
na membranu ER-a.
SRP i receptor za SRP ne samo da posreduju u interakciji kompleksa ribozom-rastući
polipeptid sa membranom ER-a, već i stimulišu elongaciju i terminaciju translacije rastućeg
polipeptida, s obzirom da je pokazano da je asocijacija ribozoma sa membranom ER-a
neophodna za sintezu proteina sekretornog puta, a da prisutvo SRP-a u odsustvu membrana
ER-a usporava elongaciju ovih proteina.
Slika 3. Kotranslaciona translokacija tokom sekretotnog puta sortiranja proteina. Objašnjenje u tekstu.
Ribozom vezan za kompleks za translokaciju nastavlja translaciju, a nesavijeni rastući
polipeptid ulazi u lumen ER-a korišćenjem energije oslobođene tokom translacije, bez utroška
dodatne energije (slika 3-4).
6
Kompleks za translokaciju ili translokon je integralni protein membrane ER-a, koji
formira kanal za prolaz rastućeg polipeptida u lumen ER-a. Translokon sisara je kompleks
Sec61, izgrađen iz subjedinica α, β i γ. Subjedinca α sadrži 10 α-heliksa koji prolaze kroz
membranu ER-a i formiraju centalni kanal kroz koji prolazi rastući polipeptid. Suženje na sredini
kanala je obloženo hidrofobnim izoleucinskim ostacima. Kompleks Sec61 poseduje i kratki
helijačni polipeptid koji može zatvoriti centralni kanal. On podleže konformacionim promenama
tokom tranlokacije proteina. Kada rastući polipeptid uđe u translokon, helijačni polipeptid ima
takvu konformaciju da je kanal otvoren, što dozvoljava translokaciju. Na ovaj način reguliše se
premeabilnost membrane ER-a: kada translokacije nema centralni kanal je zatvoren, a otvara
se tokom aktivne translokacije (slika 3-4).
Tokom translokacije rastući polipeptid direktno iz kanala za izlaz polipeptida u velikoj
subjedinici ribozoma ulazi u centralni kanal translokona, čime se onemogućava kontakt
rastućeg polipeptida sa citoplazmom i sprečava savijanje proteina, odnosno obezbeđuje da
nesavijeni polipeptid stigne u lumen ER-a.
Kako N-kraj rastućeg polipeptida ulazi u lumen ER-a, signalnu sekvencu prepoznaje i
seče signalna peptidaza. Signalna peptidaza je integralni protein membrane ER-a, asocirana
sa translokonom (slika 3-5), koja prepoznaje sekvencu sa C-strane signalne sekvence i seče
tačno određenu papitdnu vezu rastućeg polipeptida u lumenu ER-a. Translokacija rastućeg
polipeptida se nastavlja kako se on sintetiše, a translokon ostaje otvoren dok se translacija
nezavrši i celi novosintetisani polipeptid ne uđe u lumen ER-a.
1.2. Posttranslaciona translokacija sekretornih proteina kroz membranu endoplazmatičnog retikuluma
Kod većine eukariota proteini sekretornog puta ulaze u ER kotranslacionom
translokacijom. Kod kvasca, neki proteini ulaze u ER nakon završene translacije, što je
označeno kao posttranslaciona translokacija. Kao i kod kotranslacione translokacije protein
prolazi kroz membranu ER-a kroz translokon Sec61. Međutim, u proces nisu uključeni SRP i
receptor za SRP, tako da je kod posttranslacione translokacije direktna interakcija između
translokona i signalne sekvence kompletno sintetisanog proteina dovoljana za targetiranje u ER.
Jednosmerna translokacija je obezbeđena dodatnim proteinskim kompleksom Sec63 i
proteinom BiP, koji je član familije molekularnih šaperona Hsp70. Tetramerni kompleks Sec63 je
integralni protein membrane ER-a, koji se nalazi u blizini translokona, dok se BiP nalazi u
lumenu ER-a. Kao i drugi članovi familije šaperona Hsp70, BiP ima domen za vezivanje ATP-a i
vezuje se za i stabilizuje nesavijene ili parcijalno savijene polipeptidne lance.
Kada N-kraj kompletno sintetisanog protena uđe u lumen ER-a, signalna peptidaza seče
signalnu sekvencu, kao i kod kotranslacione translokacije (slika 4-1). Interkacija kompleksa
BiP-ATP sa luminalnim delom kompleksa Sec63 dovodi do hidrolize ATP-a praćene
konformacionom promenom BiP, koja je takva da olakšava njegovo vezivanje za polipeptidni
lanac koji ulazi u lumen ER-a (slika 4-2). S obzirom da je Sec63 lociran u blizini translokona,
BiP se aktivira na mestima gde polipeptid ulazi u lumen ER-a. U odsustvu BiP, nesavijeni
polipeptid se kreće u oba smera (ka lumenu ER-a i nazad ka citoplazmi) (slika 4-1). Ovakvo
7
nasumično kretanje retko za rezultat ima ulazak celog polipeptida u lumen ER-a. Vezivanjem
kompleksa BiP-ADP za deo polipeptida koji se našao u lumenu ER-a obezbeđuje jednosmernu
posttranslacionu translokaciju. Kako se translokacija proteina nastavlja, novi kompleksi
BiP-ADP se sukcesivno vezuju za njega, omogućavajući ulaz kompletnog polipeptida u lumen
ER-a za samo nekoliko sekundi (slike 4-3 i 4-4). Nešto sporije, proteini BiP menjaju vezani ADP
sa ATP-om, dovodeći do oslobađanja polipeptida koji se dalje savija u nativnu konformaciju
(slike 4-5 i 4-6). Reciklirani kompleks BiP-ATP je spreman za novu interakciju sa Sec63.
Funkcija proteina BiP je važan primer kako se hemijska energija olobođena hidrolizoma
ATP-a koristi za mehaničko kretanje proteina kroz membrane.
BiP i kompleks Sec63 učestvuju i u kotranslacionoj translokaciji, ali su detalji vezani za
njihovu funkciju u ovom procesu manje poznati. Smatra se da deluju u ranoj fazi procesa, kao
što je pridržavanje signalne sekvence u centralnom kanalu translokona.
Slika 4. Posttranslaciona translokacija tokom sekretotnog puta sortiranja proteina. Objašnjenje u tekstu.
8
1.3. Insercija proteina u membranu endoplazmatičnog retikuluma
Svi integralni proteini različitih membrana (membranski proteini) u ćeliji odlikuju se
jedinstvenom toplogijom u odnosu na membranu. Topologija membranskog proteina
podrazumeva koliko puta određeni protein prolazi kroz membranu i kakva je orijentacija
transmembranskih segmenata (slika 5). Ključni elementi proteina koji određuju njegovu
topologiju su sami aminokiselinski nizovi koji prolaze kroz membranu (transmembranski
segmenti). Oni se obično sastoje iz α-heliksa dugog 20 do 25 hidrofobnih aminokiselina, koje
omogućavaju energetski favorizovanu interakciju sa hidrofobnom unutrašnjosti fosfolipidnih
membrana.
Integralni proteini membrana ER-a, Goldži kompleksa, lizozoma i plazma membrana
sintetišu se na hrapavom ER-u i odmah se inseriraju u membranu u jednistvenoj toplogiji, koju
zadržavaju tokom sekretornog puta soritranja proteina, kako bi stigli do svog krajnjeg odredišta.
Isti segmenti membranskih proteina orijentisani su ka ili suprotno citosolu kao i kada protein
stigne do svog krajnjeg odredišta, što znači da se finalna orijentacija membranskih protena
uspostavlja još tokom sinteze na membrani hrapavog ER-a. Proces insercije proteina u
membranu ER-a predstavlja modifikaciju osnovnog mehanizma koji se koristi za translokaciju
solubilnih proteina kroz membranu ER-a tokom sekretornog puta sortiranja proteina. Ključnu
ulogu imaju topogenične sekvece – sekvence koje određuju inserciju i orijentaciju proteina u
membrani ER-a. Neke topogenične sekvence, kada se insercija u membranu završi,
predstavljaju transmembranske regione proteina.
Slika 5. Topološki tipovi membranskih proteina. Objašnjenje u tekstu.
Najveći broj membranskih proteina spada u jedan od četri topološka tipa (slika 5).
Proteini topoloških tipova I, II i III sadrže jedan transmmbranski α-helijačni region (eng.
single-pass proteins). Proteini tipa I poseduju N-terminalnu signalnu sekvncu za ER koja se
seče. Njihvo hidrofilni N-kraj je orijentisan ka luminalnoj (egzoplazmatičnoj) strani membrane, a
hidrofilni C-kraj ka citoplazmatičnoj strani. Proteini tipa II ne sadrže signalnu sekvncu koja se
seče, njihovi N-krajevi su orijantisani ka citoplazmatičnoj strani, a C-krajevi ka egzoplazmatičnoj.
9
Proteini tipa III imaju istu orijentaciju kao proteini tipa I, ali ne sadrže signalnu sekvncu koja se
seče. Različite toplogije ovih tipova proteina su posledica različitih mehanizama za
uspostavljanje orijentacije transmembranskih regiona. Proteini tipa IV sadrže dva ili više
transmembranska segmenta (eng. multipass proteins). Poseban topološki tip su proteini koji ne
sadrže hidrofobni transmembranski region, već su za membranu usidreni pomoću specifičnog
fofolipidnog sidra, koji je sastavni deo membrane (slika 9).
Pozicioniranje proteina tipa I zahteva dve vrste topogeničnih sekvenci: N-terminalnu
signalnu sekvencu za ER i sidro sekvencu za zaustavljanje transfera (eng. stop-transfer
anchor sequence, STA). Nakon što kompleks ribozom-rastući polipeptid asocira sa
translokonom u membrani ER-a, dolazi do sečenja N-terminalne signalne sekvence (slika 6-1),
na isti način kao i kod solublnih proteina skeretornog puta sortiranja proteina. Elongacija i
translokacija rastućeg polipeptida se nastavlja dok sekvenca STA ne bude sintisana i smeštena
u kanalu translokona, gde ona zaustavlja translokaciju rastućeg polipepitda (slike 6-2 i 6-3).
Sekvenca STA se pomera bočno u odnosu na translokon, prolazeći između subjedinica
translokona, što dovodi do usidravanja rastućeg polipeptida u membranu (slika 6-4). Smatra se
da je stuktura translokona Sec61 takva on može da se otvori kao školjka, omogućavajući
hibrfobnom transmembranskom segmentu (sekvenci STA) da se pomoeri bočno u odnosu na
subjedinice translokona. Kako se sinteza proteina nastavlja, lanac se istiskuje u citoplazmu kroz
mali kanal između ribozoma i translokona (slika 6-5). Kada se završi translacija, ribozomske
subjedinice dicociraju u citoplazmu, ostavljajući proten usidren u membrani (slika 6-6).
Slika 6. Insercija i orijentacija proteina tipa I. Objašnjenje u tekstu.
Pozicioniranje proteina tipa II zahteva samo jednu vrstu unutrašnje topogenične
sekvence, nazvane signalna sidro sekvenca (eng. signal anchor sequence, SA), koja
istovremeno predstavlja signalnu sekvencu za ER i služi za usidravanje proteina u membranu.
Nakon sinteze sekvence SA u citoplazmi, SRP se vezuje za kompleks ribozom-rastući
polipeptid i usmerava ga ka membrani ER-a. Ovo je slično usmeravanju solubilnih proteina
sekretornog puta, sa razlikom da signalana sekvenca nije na N-kraju i da se ne seče. Rastući
10
polipeptid se orijentiše u translokonu tako da se njegov N-kraj usmerava ka citoplazmi (slika
7a-1). Ovakva orijentacija posredovana je pozitivno naelektrisanim aminokiselinskim ostacima
koji se nalaze sa N-strane sekvence SA i koji teže da ostanu sa citoplazmatične strane
memebrane. Kako teče elongacija polipeptidnog lanca, on ulazi u lumen ER-a, sekvenca SA se
pomora bočno u odnosu na translokon i usidrava rastući polipeptid u membranu (slika 7a-2).
Kada se završi sinteza polipeptida, njegov C-kraj se oslobađa u lumen ER-a, a ribozomske
subjedinice disociraju i oslobađaju se u citoplazmu.
Slika 7. Insercija i orijentacija proteina tipa II (a) i tipa III (b). Objašnjenje u tekstu.
Pozicioniranje prtoeina tipa III je slično pozicioniranju proteina tipa II i zahteva prisustvo
samo unutrašnje sekvence SA. Razlika u odnosu na proteine tipa II je u lokaciji pozitivno
naelektrisanih aminokisleina, koje se u ovom slučaju nalaze sa C-strane sekvence SA i
uslovljavaju da se budući transmembranski segment proteina, odnosno sekvenca SA, orijentiše
u translokonu tako da je njen C-kraj usmeran ka citoplazmi, a N-kraj ka lumenu ER-a (slika
7b-1). Elongacija C-kraja rastućeg plipeptida se zavšava u citoplazmi (slika 7b-2).
Prethodno je spomenuto nekoliko tipova topogeničnih sekvenci: N-terminalna signalna
sekvnca za ER, unutrašnja sidro sekvenca za zaustavljanje transfera i unutrašnja signalna sidro
sekvenca. Sekvenca STA imaju dvostruku funkciju: da zaustavi prolaz polipeptidnog lanca kroz
translokon i da omogući premeštanje rastu’eg polipetida iz translokona u membranu, kako bi
postala transmembranski segment, odnosno kako bi usidrila protein za membranu. Sekvenca
SA, takođe, ima dvostruku funkciju: služi kao signalna sekvenca za ER i kao sekvenca za
usidravanje proteina u membranu. Sekvence SA se svojim N- ili C-krajem graniče sa pozitivno
naelektrisanim aminokiselinskim ostacima, koji na još nepoznat način, određuju orijentaciju
sekvence SA kroz membranu i time da li ili ne ostatak proteina koji se sintetiše ulazi u lumen
ER-a ili ne. Kraj sekvence SA koji se graniči sa pozitivnim aminokisleinskim ostacima uvek je
orijentisan ka citoplazmi.
11
Membranski proteini koji jednom prolaze kroz membranu sadrže jednu ili dve
topogenične skevence (slika 8). Tako, proteini tipa I imaju N-terminalnu signalnu sekvencu i
sekvencu STA, dok proteini tipa II i III imaju jednu sekvencu SA. Razlike u orijentaciji proteina
tipa II i III zavise sa koje strane sekvnce SA se nalaze pozitivno nalelektrisane aminokiseline.
Kod proteina tipa II, one se nalaze sa N-strane sekvence SA (SA-II), tako da se njihov N-kraj
nalazi u citoplazmi, dok se kod proteina tipa III nalaze sa C-strane sekvence SA (SA-III) i kod
njih se C-kraj nalazi u citosolu.
Slika 8. Topogenične sekvence u različitim toploškim tipovima membranskih proteina. Objašnjenje u tekstu.
Proteini sa većim brojem transmembranskih segmenata, kao i proteini tipa II i III, nemaju
signalnu sekvencu za ER koja se seče. Kod ovih proteina svaki α-helijačni segment može
funkcionisati kao unutrašnja topogenična sekvenca, u zavisnosti od njene lokalizacije i od
prisustva pozitivno nalelektrisanih aminokiselinskih ostataka: može usmeravati protein ka
membrani ER-a, usidriti protein za membranu ER-a ili zaustaviti prolaz proteina kroz translokon.
U zavisnosti da li se N-kraj ovih proteina nalazi u citoplami ili lumenu ER-a, oni se dele u dva
tipa. Orijentacija N-kraja ovih proteina je određena topogeničnom sekvencom koja je najbliža
N-kraju. Tako, proteini tipa IV-A, čiji se N-kraj nalazi u citosolu, sadrže sekvence SA-II koje se
naizmenično smanjuju sa sekvencama STA (slika 8). Proteini tipa IV-B, čiji se N-kraj nalazi u
lumenu ER-a, prvo imaju sekvencu SA-III, iza koje se naizmenično smenjuju sekvence SA-II i
STA. Ukoliko proteina tipa IV imaj paran broj transmembranskih segmnata, njihova oba kraja će
biti orijentisana sa iste strane membrane, a ako imaju neparan sa surprotnih strana membrane.
Neki proteini čija je krajnja destinacija površina ćelije, incijalno se sintetišu i usidravaju
kao proteini tipa I, a zatim se seku i njihov deo koji se nalazi u lumenu ER-a se vezuje za
12
fosfolipidno sidro u membrani – glikozilfosfatidilinozitol (GPI) (slika 9). Kratku aminokisleinsku
sekvencu u luminalnom delu proteina, a blizu transmembranskog regiona, prepoznaje enzim
transamidaza, locirana u membrani ER-a. Transamidaza istovremeno seče luminalni deo
proteina i novoformiranu karboksilnu grupu oslobođenog proteina vezuje za amino grupu već
sintetisanog membranskog sidra (GPI).
Slika 9. Topogenične sekvence u različitim toploškim tipovima membranskih proteina. Objašnjenje u tekstu.
1.4. Modifikacije, savijanje i kontrola kvaliteta proteina u endoplazmatičnom retikulumu
U lumenu ER-a protein biva pokriven molekularnim šaperonima kako bi se zaštitio od
visoke koncentracije drugih proteina i dobio vreme da zauzme pravilnu konformaciju.
Subjedinice multimernog proteina, takođe, asembliraju u lumenu ER-a. Disulfidne veze se
formiraju u mnogim proteinima koje ćelija sekretuje i u egzoplazmatičnim domenima
membranskih proteina ER-a. Protein disulfid izomeraza, prisutna u lumenu ER-a, katalizuje
formiranje i rearanžiranje disulfidnih veza. Mnogi proteini u lumenu ER-a podležu
posttranslacionoj glikozilaciji. Bočni oligosaharidni lanci mogu pomagati pravilno savijanje
glikoproteina, štititi zreli protein od proteolize, učestvovati u adheziji među ćelijama ili
funkcionisati kao antigeni.
Kada zauzme odgovarajuću konformaciju i pretrpi posttranslacione modifikacije neki
proteini se transportuju u Goldži kompleks i dalje “putuje” u odgovarajuće organele ili do plazma
membrane. Samo pravilno savijeni proteini i proteinske subjedinice asemblirane u
multisubjedinične komplekse se transportuju iz ER- u Goldži kompleks. Pogrešno savijeni
proteini i neasmblirane subjedince multiproteinskih kompleksa u ER-u obično se transportuju
nazad u citoplazmu, gde se degraduju ubikvitin-proteazomiskim sistemom.