16.1: 단백질 분류 및 수송 개요

진핵 세포는 뚜렷한 단백질 요구 사항을 가진 다양한 막 결합 소기관을 가지고 있습니다. 단백질이 특정 세포 기관을 표적으로 하는 과정을 단백질 분류(protein sorting)라고 합니다.

단백질 분류는 신호 기반 분류와 소포 기반 운송의 두 가지 유형이 있을 수 있습니다. 신호 기반 분류에서 분류 신호라고 하는 특정 아미노산 서열은 게이트 수송 또는 단백질 전좌를 통해 단백질을 세포 내부의 적절한 위치로 표적으로 삼습니다. 게이트 수송에서는 핵 국소화 신호가 노출된 접힌 단백질이 용해성 세포질 수용체에 의해 인식됩니다. 세포질 수용체는 화물을 결합하고 핵막에 내장된 핵공 복합체를 통과하여 핵을 가로질러 운반합니다.

대조적으로, 단백질의 전구체는 세포질에서 미토콘드리아, 엽록체, 소포체(ER) 및 과산화소체와 같은 다른 소기관으로 전위되거나 이동됩니다. 단백질 전좌(translocation) 동안, 세포질 샤페론(cytosolic chaperone)은 표적 단백질을 결합하고 풀어서 세포소기관 표면으로 안내합니다. 소기관막(organelle membrane)의 특정 수용체(specific receptor)는 풀린 단백질 전구체(precursor)의 신호 서열을 인식하고 결합합니다. 펼쳐진 펩타이드 사슬은 트랜스로콘(translocons)이라고 하는 특수 수송체를 통해 나사산을 통해 지질 이중층 막을 가로질러 세포 소기관의 내강에 도달합니다.

소포 이동에 의한 단백질 분류는 수송 소포(transport vesicle)라고 하는 막으로 둘러싸인 구조에서 단백질의 이동을 포함합니다. ER 내강에 있는 용해성 단백질은 수송 소포에 빽빽이 들어서 ER 막에서 싹을 틔웁니다. 소기관 막에 표시된 분자 마커는 수송 소포의 적절한 전달과 융합을 안내합니다.

단백질 분류는 번역 중 또는 단백질 합성 후에 신호 기반 분류와 소포 기반 운송이라는 두 가지 별개의 프로세스에 의해 발생합니다. 신호 기반 분류는 게이트 수송과 단백질 전좌의 두 가지 수송 모드를 사용합니다.

핵 단백질은 핵막에 내장된 핵공 복합체를 통해 세포질에서 핵으로 활발하게 운반됩니다. 이 프로세스를 게이트 전송이라고 합니다.

이러한 단백질에는 분류 신호라고 하는 특정 아미노산 서열이 포함되어 있으며, 이 신호는 단백질을 핵으로 운반하는 분류 수용체에 의해 인식됩니다.

엽록체(chloroplasts), 미토콘드리아 및 소포체(endoplasmic reticulum)를 표적으로 하는 단백질은 단백질 전좌(protein translocation)라고 하는 과정에서 특수 막관통 단백질인 트랜스로콘(translocon)을 통해 수입됩니다.

전좌(translocation) 동안, 세포질(cytosol)의 샤페론(chaperone) 단백질은 표적 단백질에 결합하여 이를 막(membrane)으로 전달하며, 여기서 분류 신호는 트랜스로콘(translocon)의 수입 수용체(import receptor)에 의해 인식됩니다. ATP 가수분해를 사용하여 표적 단백질을 펼치고 트랜스로콘의 채널을 통해 운반하여 소기관 내의 목적지에 도달합니다.

소포 이동에서 용해성 단백질은 소포체 내강에서 포장되어 막으로 결합된 수송 소포에 적재됩니다.

운반 소포는 소포체막(endoplasmic reticulum membrane)에서 싹을 틔우고 지질 이중층을 거치지 않고 골지막(Golgi membrane) 또는 세포막과 융합하여 단백질을 목표 위치로 전달합니다.