16.2: Сигнальные последовательности и сортировка рецепторов

Сигнальные последовательности представляют собой короткие аминокислотные последовательности, которые направляют вновь синтезированные белки к их правильному местоположению внутри клетки. Классические сигнальные последовательности имеют длину от пятнадцати до шестидесяти аминокислот и расположены на N-конце полипептидной цепи. Каждая сигнальная последовательность имеет консервативный сегмент основных остатков на N-конце, гидрофобное ядро и С-конец, богатый полярными остатками. С-конец также содержит сайт расщепления сигнала и содержит мотив последовательности -3-1. Мотив последовательности -3-1 содержит аминокислоты с короткими боковыми цепями, такие как аланин в положении -1, и незаряженные остатки в положениях -3 относительно сайта расщепления сигнала (считается положением 0).

Клеточные органеллы содержат сортировочные рецепторы, которые распознают сигналы сортировки и направляют груз в нужное отделение. Сортирующие рецепторы могут быть растворимыми, например ядерные рецепторы, или мембраносвязанными, как это наблюдается в митохондриях, хлоропластах, ЭР и пероксисомах. После того, как белки доставлены в нужное место, сортировочные рецепторы возвращаются обратно ждя многократной сортировки белков.

Внутри органеллы сигнальные пептидазы расщепляют сигнальные последовательности только что доставленного белка в месте расщепления сигнала. Некоторые сигнальные последовательности находятся внутри полипептида и остаются постоянно связанными, не расщепляясь, как это обнаружено во многих ядерных белках. Более того, некоторые сигнальные последовательности богаты гидрофобными аминокислотными остатками, которые помогают закреплять трансмембранные белки. Такие сигнальные последовательности называются последовательностями сигнальных якорей. Мутации или удаление сигнальных последовательностей приводят к нарушению маршрутизации белков и связаны с физиологическими состояниями, такими как наследственные заболевания почек, аутоиммунные заболевания, сердечно-сосудистые заболевания и некоторые метаболические нарушения.

Сигналы сортировки — это аминокислотные последовательности, которые направляют белки к их правильному расположению внутри клетки. Сигнальные последовательности варьируются по длине, но обычно имеют длину от 15 до 20 аминокислот, фланкируя N-концевую область полипептидной цепи.

Некоторые белки, такие как ядерные белки, могут иметь отдаленные участки аминокислотных остатков, которые объединяются во время сворачивания белка, образуя трехмерные структуры, называемые сигнальными патчами.

Сигналы сортировки и сигнальные патчи обычно распознаются на основе свойств аминокислот, а не точной последовательности.

Белки, нацеленные на определенную клеточную органеллу, имеют характерные особенности в своих сигнальных последовательностях, такие как участки гидрофобных остатков, положительно заряженные аминокислоты, чередующиеся с гидрофобными остатками, и вкрапленные аминокислотные остатки с гидроксильными группами.

Сигнальные рецепторы, присутствующие на органелле, идентифицируют соответствующие им сигнальные последовательности и транспортируют белки к целевому месту.

Как только белок достигает места назначения, сигнальные пептидазы расщепляют сигнальные пептиды в месте их С-концевого сигнального расщепления, в то время как сортировочные рецепторы перерабатываются для катализа последующих раундов сортировки белков.

Изменение сигналов сортировки может нацелить белки на другое местоположение. Например, добавление N-концевой сигнальной последовательности белков ER к цитозольным белкам направляет их в просвет эндоплазматического ретикулума.