Процессинг полипептидных цепей белков

Синтезированная в ходе транскрипции полипептидная цепь должна претерпеть ряд изменений, прежде чем она превратится в функционально полноценную белковую молекулу. Для разных белков характер этих превращений будет различным.

Наиболее общими механизмами процессинга являются:

• отщепление от синтезированной полипептидной цепи N ‑концевого остатка метионина;

• формирование третичной структуры с образованием дисульфидных мостиков между HS-группами цистеиновых остатков. В случае образования “неправильных” дисульфидных мостиков возможна их перестройка, эту функцию выполняют специальные белки, получившие название “шеперонов”.

• химическая модификация аминокислотных остатков: гидроксилирование (превращение остатков пролина в гидроксипролин), метилирование (NH₂-группы остатков лизина в гистонах), иодирование (остатки тирозина в составе тиреоглобулина) и др.

• присоединение небелковых группировок при образовании сложных белков. Так, при синтезе гликопротеидов, полипептидные цепи подвергаются гликозилированию, т. е. присоединению к ним моносахаридных остатков или олигосахаридных блоков при участии ферментов гликозилтрансфераз. При синтезе фосфопротеинов полипептидные цепи подвергаются фосфорилированию, идущему при участии ферментов протеинкиназ. При синтезе гликопротеинов и фосфопротеинов идет ковалентная модификация синтезированных на рибосомах полипептидных цепей. В ходе синтеза трансаминаз или биотин-зависимых карбоксилаз к полипептидным цепям ферментов ковалентными связями присоединяются фосфопиридоксаль и биотин соответственно. В ряде случаев небелковая группировка присоединяется к полипептидной цепи с помощью слабых взаимодействий — ионного или гидрофобного. Так, при образовании металлоэнзимов ионы металлов связаны с аминокислотными остатками полипептидной цепи с помощью или ионных, или координационных связей.

• превращение пробелков в функционально активные молекулы путем отщепления от их полипептидных цепей строго определенной части молекулы - ингибиторного пептида. Данный механизм получил название ограниченный избирательный протеолиз. Например, пробелок трипсиноген превращается в каталитически активный трипсин или проинсулин превращается в инсулин.

Транспорт синтезированных белков

Белки, синтезированные на рибосамах, далее поступают в тот или иной компартмент клетки: в митохондрии, в ядра, в лизосомы и др. или же остаются в цитозоле. Принято считать, что в структуре синтезированного белка имеются сигналы сортировки, направляющие эти белки в ту часть клетки, где они в последующем будут функционировать.

Существует 2 основных варианта сигналов сортировки:

1. Во-первых, таким сигналом может быть определенная последовательность аминокислот длиной 15–60 остатков - сигнальный пептид. Он может находиться или на N-конце молекулы, или на ее С-конце, а иногда даже в середине молекулы. Концевые сигнальные пептиды после прохождения сортировки и поступления белка в нужный компартамент клетки удаляются. С помощью сигнальных пептидов белки направляются из цитозоля в цистерны эндоплазматического ретикулума, митохондрии и ядро; они отвечают также за то, что бы данный белок остался в мембранах эндоплазматической сети.

2. Во-вторых, таким сигналом может быть участок поверхности белковой молекулы, появляющийся при формировании ее нативной конформации. Сигнальные участки играют важную роль при распознавании лизосомных белков специальным ферментом в аппарате Гольджи и дальнейшем направлении этих белков в лизосомы.

Неправильно синтезированные белки, например, имеющие в своей структуре аминокислотные замены, или денатурированные белковые молекулы в цитозоле клеток подвергаются быстрому расщеплению. Одним из механизмов устранения таких “неправильных” белковых молекул является убиквитин-зависимый протеолиз. При таком протеолизе к белку, подлежащему расщеплению, с помощью надмолекулярного полиферментного комплекса присоединяется множество копий небольшого белка убиквитина. Вслед за этим АТФ-зависимая протеаза быстро расщепляет меченые полиубиквитиновым блоком белки. Продукты расщепления — аминокислоты — используются для нужд клетки.