Нацеливание на белки или сортировка белков — это биологический механизм , с помощью которого белки транспортируются к соответствующим местам назначения внутри или за пределами клетки. [1] [2] [примечание 1] Белки могут быть направлены во внутреннее пространство органеллы , различные внутриклеточные мембраны , плазматическую мембрану или наружу клетки посредством секреции . [1] [2] Информация, содержащаяся в самом белке, управляет процессом доставки. [2] [3]Правильная сортировка имеет решающее значение для клетки; ошибки или дисфункции при сортировке были связаны с множеством заболеваний. [2] [4] [5]
В 1970 году Гюнтер Блобель провел эксперименты по транслокации белков через мембраны . Блобель, тогда доцент Рокфеллеровского университета , опирался на работу своего коллеги Джорджа Паладе . [6] Паладе ранее продемонстрировал, что несекретируемые белки транслируются свободными рибосомами в цитозоле, тогда как секретируемые белки (и целевые белки в целом) транслируются рибосомами, связанными с эндоплазматическим ретикулумом . [6]Кандидатские объяснения в то время постулировали разницу в обработке свободных и связанных с ЭР рибосомами, но Блобель предположил, что нацеливание на белок зависит от характеристик, присущих белкам, а не от различий в рибосомах. В подтверждение своей гипотезы Блобель обнаружил, что многие белки имеют на одном конце короткую аминокислотную последовательность , которая действует как почтовый индекс, указывающий внутриклеточное или внеклеточное место назначения. [3] Он описал эти короткие последовательности (обычно от 13 до 36 аминокислотных остатков) [1] как сигнальные пептиды или сигнальные последовательности и был удостоен за это Нобелевской премии по физиологии 1999 года. [7]
Сигнальные пептиды служат сигналами-мишенями, позволяя механизму клеточного транспорта направлять белки в определенные внутриклеточные или внеклеточные места. Хотя для сигнальных пептидов не было идентифицировано консенсусную последовательность , многие из них, тем не менее, обладают характерной трехсторонней структурой: [1]
После того, как белок достиг места назначения, сигнальный пептид обычно расщепляется сигнальной пептидазой . [1] Следовательно, большинство зрелых белков не содержат сигнальных пептидов. Хотя большинство сигнальных пептидов расположены на N-конце, в пероксисомах направляющая последовательность расположена на С-концевом участке. [8] В отличие от сигнальных пептидов, сигнальные участки состоят из аминокислотных остатков, которые прерывисты в первичной последовательности, но становятся функциональными, когда сворачивание объединяет их на поверхности белка. [9] В отличие от большинства сигнальных последовательностей, сигнальные участки не расщепляются после завершения сортировки.[10] В дополнение к внутренним сигнальным последовательностям, модификации белков, такие как гликозилирование, также могут индуцировать нацеливание на определенные внутриклеточные или внеклеточные области.
Поскольку трансляция мРНК в белок с помощью рибосомы происходит внутри цитозоля , белки, предназначенные для секреции или конкретной органеллы , должны быть транслоцированы. [11] Этот процесс может происходить во время трансляции, известный как котрансляционная транслокация, или после завершения трансляции, известный как посттрансляционная транслокация. [12]