If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Kierowanie białek

Jak wykorzystywane są znaczniki molekularne do kierowania białek do różnych części komórki (i na zewnątrz niej). Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Wprowadzenie

Różne białka muszą być wysyłane do różnych części komórki eukariotycznej lub, w niektórych wypadkach, eksportowane poza komórkę i do przestrzeni międzykomórkowej. Jak właściwe białka docierają do prawidłowych miejsc?
Komórki mają różne systemy wysyłki, jakby molekularne wersje rodzajów przesyłek pocztowych, aby zagwarantować, że białka dotrą do swoich właściwych celów. W tych systemach, znaczniki molekularne (często sekwencje aminokwasowe) są wykorzystywane do "adresowania" białek do wysyłki do konkretnych miejsc. Spójrzmy na to, jak działa ten system.

Przegląd komórkowych tras transportu cząsteczek

Translacja wszystkich białek w komórkach eukariotycznych rozpoczyna się w cytozolu (poza kilkoma białkami wytwarzanymi w mitochondriach i chloroplastach). Gdy białko jest tworzone, przechodzi etap za etapem przez "wysyłkowe drzewko decyzyjne". Na każdym etapie, białko jest sprawdzane pod kątem znaczników molekularnych, aby zobaczyć, czy nie powinno zostać zawrócone na inną ścieżkę lub do innego celu molekularnego.
Wszystkie białka rozpoczynają syntezę w cytozolu. Wiele z nich pozostaje tam na stałe, ale niektóre są transportowane do innych celów molekularnych.
Niektóre są w pełni syntetyzowane w cytozolu. Wiele z nich może być importowanych do mitochondrium, peroksysomu, chloroplastu i jądra komórkowego przez transport posttranslacyjny.
Inne białka są importowane kotranslacyjnie do retikulum endoplazmatycznego. Stamtąd większość z nich wędruje do aparatu Golgiego za pomocą transportu pęcherzykowego. Od aparatu Golgiego, białka mogą przemieszczać się (także w transporcie pęcherzykowym) na zewnątrz komórki (sekrecja), do błony komórkowej, lizosomu lub innych części systemu błon wewnętrznych.
Schemat w oparciu o podobny znajdujący się w Alberts et al. 1.
Pierwszy główny punkt rozgałęzienia występuje tuż po rozpoczęciu translacji. Reguluje on, czy białko pozostanie w cytozolu do końca translacji, czy zostanie przetransportowane do retikulum endoplazmatycznego (ER), gdzie translacja będzie kontynuowana2.
  • Białka są wprowadzane do ER podczas translacji, jeśli mają sekwencję aminokwasową nazywaną peptydem sygnałowym. Generalnie rzecz biorąc, białka podążające systemem błon wewnętrznych do organelli (np. retikulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego czy lizosomów) lub na zewnątrz komórki, na tym etapie muszą wejść do (wnętrza) retikulum endoplazmatycznego.
  • Białka, które nie posiadają peptydu sygnałowego pozostają w cytozolu przez resztę translacji. Jeśli nie mają "etykiet adresowych", pozostaną na stałe w cytozolu. Jednakże, jeśli posiadają właściwe znaczniki, mogą zostać wysłane do mitochondriów, chloroplastów, peroksysomów czy jądra komórkowego po translacji.

System wewnętrznych błon komórkowych i droga wydzielania

Białka przeznaczone do innych części systemu błon wewnętrznych (lub poza komórkę) są dostarczane do ER podczas translacji i kierowane w miarę jak są wytwarzane.

Peptydy sygnałowe

Peptyd sygnałowy, który wysyła białko do retikulum endoplazmatycznego podczas translacji, jest serią hydrofobowych ("bojących się wody") aminokwasów, zwykle znajdujących się blisko początku (N-końca) białka. Kiedy sekwencja wystaje poza rybosom, jest rozpoznawana przez kompleks nazywany SRP (ang. signal-recognition particle), który transportuje rybosom do ER. Tam rybosom osadza łańcuch aminokwasowy wewnątrz ER w miarę jak jest tworzony.
  1. SRP przyłącza się do peptydu sygnałowego, gdy wydostaje się on z rybosomu.
  2. SRP transportuje rybosom do ER dzięki przyłączeniu się do receptora na powierzchni ER. Receptor jest związany z innymi białkami, które tworzą por.
  3. Rybosom wznawia translację, osadzając polipeptyd w porze i wewnątrz (między błonami) ER.
  4. Enzym związany z porem odcina peptyd sygnałowy.
  5. Translacja jest kontynuowana i rosnący łańcuch aminokwasowy wchodzi do wnętrza ER.
  6. Ukończony łańcuch polipeptydowy jest uwalniany do wnętrza ER, gdzie pływa swobodnie.
W niektórych przypadkach, peptyd sygnałowy jest wycinany podczas translacji i ukończone białko jest uwalniane do wnętrza ER (jak pokazano powyżej). W innych przypadkach, peptyd sygnałowy lub inny fragment aminokwasów polipeptydowych zostaje osadzony w błonie ER. To tworzy transmembranowy (przechodzący przez błonę) fragment, który kotwiczy białko do błony.

Transport przez system błon wewnętrznych

W ER białka fałdują się w odpowiednią strukturę i mogą także przyłączać się do nich grupy cukrowe. Większość białek jest potem transportowana do aparatu Golgiego w pęcherzykach błonowych. Ale niektóre białka mają zostać w ER i pełnić tam swoje funkcje. Te białka posiadają znaczniki aminokwasowe, które zapewniają, że zostaną one wysłane z powrotem do ER, jeśli "uciekną" do aparatu Golgiego.
Obraz pokazujący transport białek błonowych z szorstkiego ER przez aparat Golgiego do błony komórkowej. Białko jest początkowo modyfikowane przez dodanie łańcuchów węglowodorowych w szorstkim ER; są one następnie przycinane i zastępowane przez inne rozgałęziające łańcuchy w aparacie Golgiego. Białko z jego końcowym zestawem łańcuchów węglowodorowych jest potem transportowane do błony komórkowej w pęcherzyku transportowym. Pęcherzyk łączy się z błoną komórkową, jego lipidy i przenoszone biało stają się częścią błony komórkowej.
_Obraz zmieniony, za: "The endomembrane system and proteins: Figure 1," OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
W aparacie Golgiego, białka mogą ulegać wielu modyfikacjom (takim jak dodawanie grup cukrowych) i to przed wyruszeniem do swoich ostatecznych miejsc docelowych, którymi mogą być lizosomy, błona komórkowa czy obszar poza komórką. Niektóre białka swoje funkcje będą pełnić w aparacie Golgiego (będą jego "mieszkańcami") - różnorodne sygnały molekularne, w tym aminokwasowe znaczniki i cechy strukturalne, są wykorzystywane, aby je tam zatrzymać lub zawrócić3.
Jeśli nie mają żadnych specyficznych znaczników, białka są wysyłane z aparatu Golgiego tuż pod powierzchnię komórki, gdzie ulegają sekrecji na zewnątrz (jeśli swobodnie się poruszają) lub są dostarczane do błony komórkowej (jeśli są wbudowane w błonę). Na powyższym schemacie pokazano ścieżkę dla białka błonowego (zaznaczonego na zielono), które niesie grupy cukrowe (zaznaczone na różowo).
Białka są wysyłane do innych lokalizacji, jeśli posiadają prawidłowe molekularne znaczniki. Na przykład, białka przeznaczone dla lizosomów posiadają molekularny znacznik zawierający cukier z przyłączoną grupą fosforanową. W aparacie Golgiego, białka z tym znacznikiem są umieszczane w pęcherzykach zmierzających do lizosomów.

Kierowanie do organelli innych niż błony wewnątrzkomórkowe

Białka, które są tworzone w cytozolu (nie wchodzą do ER podczas translacji) mogą na stałe pozostać w cytozolu. Także mogą być wysyłane do innych niebłonowych lokalizacji w komórce. Na przykład, białka kierowane do mitochondriów, chloroplastów, peroksysomów i jądra komórkowego są zwykle wytwarzane w cytozolu i dostarczane tam po ukończeniu translacji.
Aby zostać dostarczonym do jednego z tych organelli po translacji, białko musi zawierać specyficzną aminokwasową "tabliczkę adresową". Jest ona rozpoznawana przez inne białka w komórce, które pomagają transportować białko do właściwych lokalizacji.
Jako przykład rozważmy dostarczenie białka do peroksysomu, organellum zaangażowanego w detoksykację. Białka występujące w peroksysomie mają specyficzną sekwencję aminokwasową nazywaną PTS (ang. peroxisomal targeting signal). Klasyczny sygnał składa się tylko z trzech aminokwasów, seryny-lizyny-leucyny, znajdujących się na samym końcu białka (C-końcu). Ten wzór aminokwasów jest rozpoznawany przez białka pomocnicze w cytozolu, które niosą białko do peroksysomów4.
Transport białek do mitochondriów, chloroplastów i jądra komórkowego jest generalnie podobny do tego występującego dla peroksysomów. To znaczy, że konkretna sekwencja aminokwasów wysyła białko do konkretnego organellum (lub kompartmentu wewnątrz organellum). Jednakże natura "tabliczek adresowych" jest różna w każdym przypadku.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.