Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 88. Транспорт в митохондрии белков, синтезированных в цитозоле Показаны семь основных случаев, различающихся по механизму транспорта. 1 — порин синтезируется без какой-либо лидерной последовательности и прямо встраивается во внешнюю мембрану митохондрии. Встраивание требует специального белка-рецептора, локализованного во внешней мембране, и сопровождается конформационным переходом (порин* -‘?порин).' Процесс не нуждается в энергизации мембраны; 2 — апо-цитохром с связывается с особым рецептором, локализованным во внешней мембране и переносится в межмембранное пространство. Энергизации мембраны не требуется. В меж-мембранном пространстве апоцитохром с связывает гем с образованием холоцитохрома с, ^ который уже не узнается рецептором и не может пройти через мембрану; з — ATP/ADP-ф антипортер в конформации (TDA*), отличной от той, которая характерна для него J- в мембране, переносится в матрикс энергозависимым способом. По неизвестной причине f; в матриксе происходит изменение конформации TDA* -»? TDA. Образованный TDA встра-Ж ивается во внутреннюю мембрану. В этом и во всех последующих случаях: а) транспорти-I руемый белок узнается рецептором во внешней мембране и б) транспорт происходит без промежуточного освобождения белка в межмембранное пространство (по-видимому, белок переносится через места слияния внешней и внутренней мембран); 4 — предшествен-t. ник алкогольдегидрогеназы (Алк. дег.) содержит лидерную последовательность М, ко-I торая служит адресом матрикса. М-Алк. дег. пересекает две мембраны энергозависимым # способом. В матриксе М отщепляется лидер-пептидазой, и образуется зрелая алкоголь-|: дегидрогеназа; 5 — предшественник субъединицы IV цитохромоксидазы (М-Цит. оке. IV), синтезирующейся в цитозоле, транспортируется и процессируется, как в случае 4, но продукт встраивается во внутреннюю мембрану; 6 — предшественник апоцитохрома ct . содержит сразу два адреса: первый — адрес матрикса (М) и второй — межмембранного • пространства (Ш). Предшественник вначале транслоцируется и процессируется, как в случае 4, но после отщепления М переходит из матрикса в межмембранное пространство.
' Транспорт требует энергии. В межмембранном пространстве lM-апоцит. сх связывает гем ; и расщепляется межмембранной лидер-пептидазой на цитохром сх и IM. Полученный ци-? тохром ci сорбируется на внешней поверхности внутренней мембраны; 7— как 6, но зрелый : белок не встраивается в мембрану
278
5. Потребители Д|чН
ный белок, добавленный к митохондриям, направляется во внешнюю мембрану. Такой же оказывается судьба |3-галактозидазы, соединенной с N-концевой частью 70 кДа-белка, содержащей 61 аминокислотный остаток. Если же N-концевой пептид сократить до 21 остатка, то (З-галактозидаза направляется в матрикс [690].
Очень наглядный пример использования химерных белков можно найти в недавней работе Шаца и его коллег [747, 749, 1312]. Авторам удалось получить удлиненное производное немитохондриального белка — дигидрофолатредуктазы, к которой была присоединена лидерная последовательность цитохрома с?. Было найдено, что этот белок, будучи добавленным к суспензии дрожжевых митохондрий, процессируется в два этапа с образованием исходной дигидрофолатредуктазы, которая оказывается в меж-мембранном пространстве. Затем аналогичный опыт был поставлен с химерным белком, содержащим дигидрофолатредуктазу и конечную часть лидера цитохрома си лишенную пептида из 19 аминокислот, который, по-видимому, располагается трансмембранно и необходим для переноса белка из матрикса в межмембранное пространство. В этом случае дигидрофолатредуктаза направлялась в матрикс и уже яе покидала его.
В той же лаборатории были получены производные дигидрофолатредуктазы, содержащие лидер субъединицы IV цитохромокси-дазы (фермент внутренней мембраны) или алкогольдегидрогена-зы (фермент матрикса) (см. рис. 88, случаи 5 и 4). В соответствии с предсказанием рассматриваемой схемы дигидрофолатредуктаза в обоих случаях направлялась в матрикс. Варьируя длину лидера субъединицы IV, Шац и его сотрудники показали, что первые 12 аминокислот, т. е. менее половины лидерной последовательности, достаточны для направления дигидрофолатредуктазы в матрикс [747, 749].
Подобные соотношения были описаны также Гурвичем и соавт. [750] для химерного белка, составленного из дигидрофолатредуктазы и лидера орнитинтранскарбамилазы — фермента митохондриального матрикса.
Очень мало известно о встраивании во внутреннюю мембрану тех белков, которые синтезируются в матриксе. К белкам этого типа относится небольшое количество очень гидрофобных полипептидов, принадлежащих следующим комплексам: NADH—CoQ-редуктазе (несколько полипептидов неизвестной функции), CoQH2-цитохром с-редуктазе (цитохром Ъ), цитохромоксидазе (субъединицы I—III) и Н+—АТР-синтазе (субъединица 9, или протеоли-пид). Все они образуются, по-видимому, сразу в зрелой форме. Вопрос о том, нужна ли энергия для их встраивания в мембрану, остается открытым.
Особый случай представляет собой субъединица 9 Н+—АТР-синтазы из митохондрий Neurospora crassa. Показано, что данный белок синтезируется в цитозоле, а не в матриксе. Как уже отме-
