16.1: 단백질 분류 및 운송 개요

진핵 세포는 뚜렷한 단백질 요구 사항을 가진 다양한 막 결합 소기관을 가지고 있습니다. 단백질이 특정 세포 소기관을 표적으로 삼는 과정을 단백질 분류라고 합니다.

단백질 분류에는 신호 기반 분류와 소포 기반 트래피킹의 두 가지 유형이 있습니다. 신호 기반 분류에서는 분류 신호라고 불리는 특정 아미노산 서열이 게이트 수송이나 단백질 전좌를 통해 세포 내부의 적절한 위치로 단백질을 표적으로 삼습니다. 게이트 수송에서 노출된 핵 국소화 신호를 갖는 접힌 단백질은 가용성 세포질 수용체에 의해 인식됩니다. 세포질 수용체는 화물을 결합하고 핵막에 내장된 핵공 복합체를 통과하여 핵을 통해 화물을 운반합니다.

대조적으로, 단백질의 전구체는 세포질에서 미토콘드리아, 엽록체, 소포체(ER) 및 과산화소체와 같은 다른 소기관으로 전위되거나 이동됩니다. 단백질 전좌 동안, 세포질 샤페론은 표적 단백질을 결합하고 펼쳐서 세포 소기관 표면으로 안내합니다. 소기관 막의 특정 수용체는 펼쳐진 단백질 전구체의 신호 서열을 인식하고 이를 결합합니다. 펼쳐진 펩타이드 사슬은 트랜스로콘이라는 특수한 수송체를 통해 연결되어 지질 이중층 막을 통과하여 소기관의 내강에 도달합니다.

소포 수송에 의한 단백질 분류에는 수송 소포라고 불리는 막 결합 구조에서 단백질의 이동이 포함됩니다. 소포체 내강의 가용성 단백질은 수송 소포에 쌓이고 소포체 막에서 떨어져 나옵니다. 소기관막에 표시된 분자 표지는 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.