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:
