А. Протеиндисульфидизомераза (PDI).

Этот белок содержит два тиоредоксиновых вос­станавливающих серу домена. Его концентрация наиболее высока в полости ЭР тех клеток, кото­рые продуцируют секреторные или мембранные белки с дисульфидными связями. Поскольку син­тезирующаяся белковая цепь проходит через мембрану ЭР и входит в его полость, где созданы условия, благоприятные для образования дисуль­фидных мостиков, любые два цистеиновых остатка могут образовать дисульфидную связь. Эти связи не всегда приводят к образованию правильной трехмерной структуры белка.

Предполагается, что PDI связывается с удли­няющимся полипептидом и препятствует образо­ванию неправильных дисульфидных связей. Точно неизвестно, каким образом PDI обеспечивает пра­вильное формирование дисульфидных мостиков. Предполагается, что PDI образует дисульфидную связь с цистеином синтезирующегося белка, но эта связь менее стабильна, чем связь, формируемая двумя цистеиновыми остатками белка. Таким об­разом, дисульфидизомераза временно связывается с новым полипептидом, который сворачивается под действием других сил (гидрофобные взаимо­действия, водородные связи, ионные взаимодейст­вия с водным растворителем в ЭР). При достиже­нии правильной трехмерной структуры два цис­теиновых остатка белка сближаются (вследствие других взаимодействий), а связывание дисульфидизомеразы с белком ослабляется, что приводит к формированию правильной дисульфидной связи.

Б. Кальций. Концентрация Са²⁺ в полости ЭР относительно высока (около 5 ммоль). ЭР является важнейшим Са²⁺ депо клетки. Дисульфидизомераза и другие внутриполостные ферменты связывают кальций с высоким сродством и в больших количе­ствах.

В. Шапероны ЭР. К шаперонам относятся белки семейств hsp70 и hsp90, связывающий белок (BiP), Grp-94 и пептидилпропилизомераза. Есть доказательства того, что шапероны предотвращают случайное свертывание и агрегацию промежуточ­ных продуктов, обеспечивая тем самым более эф­фективный процесс формирования белка. Белки, которые не свертываются должным образом или приобретают нативную структуру с задержкой, ос­таются связанными с шаперонами в течение дли­тельного времени. Предполагается, что подобное пролонгированное присутствие белков в полости ЭР является важным сигналом для их последую­щего разрушения с помощью имеющихся в этой органелле протеаз.

Г. Кальнексин. Кальнексин — это белок с моле­кулярной массой 88 кДа, находящийся в ЭР. Этот белок не относится ни к hsp60, ни к hsp70, ни к hsp90 семействам. В отличие от других компонентов ЭР, кальнексин является интегральным ЭР-белком, ка­талитический домен которого обращен в полость ЭР. Одна из его функций состоит в связывании непра­вильно свернутых белков и сохранении их в ЭР. Таким образом, кальнексин функционирует как кон­тролер качества, который предотвращает высвобож­дение неправильно свернутых белков.

Д. Кальретикулин. Эта молекула, массой 46 кДа, была впервые идентифицирована как Са²⁺-связывающий белок в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток. Кальретикулин, присутствующий в полости ЭР повсеместно, со­держит два Са²⁺-связывающих домена.

1. Высокоаффинный домен кальретикулина мо­жет связывать кальций даже при очень низ­ких концентрациях.

2. Домен с высокой емкостью, связывающий несколько молекул кальция одновременно.

Кальретикулин содержит сигналы задержки в ЭР, что еще раз подтверждает ключевую метабо­лическую роль этого белка в данном клеточном компартменте. Было также показано, что кальрети­кулин содержит ядерную сигнальную последова­тельность и регулирует связывание стероидного рецептора с участком ДНК. Это наблюдение ука­зывает на то, что кальретикулин должен выходить из ЭР в цитоплазму. Как именно это происходит, неизвестно. Интересен тот факт, что кальретику­лин выполняет много других функций. Например, оказалось, что он действует как интегринсвязывающий белок, плазматический антикоагулянт, как «молекула памяти» (молекула, участвующая в дол­говременном потенциировании) у морских улиток Aplysia. Вполне вероятно, что в дальнейшем будут открыты и другие функции кальретикулина по ме­ре дальнейшего изучения биологической активно­сти этого белка.

Задержка белков в ЭР

Выход веществ из ЭР происходит путем форми­рования транспортных пузырьков, которые обладают специфической протеиновой оболочкой, называе­мой СОР II. Таким образом, растворимые белки, поступающие в полость ЭР, доставляются к дру­гим клеточным органеллам с помощью пузырьков, которые отпочковываются от мембраны ЭР. Неко­торые белки, необходимые для конформации белка и ядерного гликозилирования, остаются в ЭР.

Задержка белков в ЭР осуществляется различ­ными механизмами (рис. 3-12). Оказалось, что оп­ределенные белки удаляются из транспортных пу­зырьков, поскольку имеют характерную форму или неправильно свертываются и остаются связан­ными с белками ЭР, такими как BiP или шаперо­ны. Позже такие белки разрушаются в полости эндоплазматического ретикулума.

Кроме того, белки, которые остаются в мембране ЭР, содержат специфические аминокислотные по­следовательности, называемые последовательно­стями задержки.

Несовершенство системы задержки в ЭР приво­дит к тому, что некоторые важные внутриполостные белки случайно переносятся из ЭР в следующий компартмент, комплекс Гольджи. К счастью, важные для ЭР белки содержат последовательность воз­врата-задержки, которая состоит из четырех ами­нокислот (KDEL), локализованных вблизиС-конца. Белки, содержащие последовательность KDEL, медленнее двигаются к транспортным пузырькам, из чего можно предположить, что в задержке бел­ков участвует механизм исключения из пузырьков. Данные экспериментов in vitro свидетельствуют, что связывание KDEL лиганда с возвращающими рецепторами зависит от pH среды. Максимум свя­зывания наблюдается между pH 5 и pH 6; такой интервал pH и существует в комплексе Гольджи (рис. 3-12).

Белки ЭР, которые содержат KDEL и случайно транспортируются в комплекс Гольджи, связыва­ются там с возвращающим рецептором, располо­женным в месте поглощения пузырьков, и затем перемещаются обратно в ЭР. Такие пузырьки на­зываются ретроградными. В эндоплазматическом ретикулуме pH близок к нейтральному, и белки с KDEL быстро отщепляются от рецептора при возвращении в среду ЭР.

Важно подчеркнуть, что ретроградные пузырьки могут формироваться в любом отделе комплекса Гольджи, а не только в тех стопках Гольджи, кото­рые расположены ближе к мембране ЭР.

Перенос белка

Обзор процесса синтеза белка: