Транспорт білків в мітохондрії: введення.

Мітохондрії – органели, присутні майже у всіх еукаріотичних клітинах. Найважливіша функція мітохондрій – синтез АТР, сполучений з окислювальним фосфорилюванням. Мітохондрія складається з чотирьох субкомпартментов: зовнішньої мембрани, проникної для невеликих (менше 10 кДа) молекул і іонів; внутрішньої мембрани, яка непроникна для більшості іонів і утворює регулярні складчасті структури (Крісті); міжмембранну простору, розташованого між цими двома мембранами, і матриксу. У матриксі знаходяться мітохондріальна кільцева ДНК і компоненти, необхідні для транскрипції і трансляції білків, кодованих мітохондріальних геномом.

Хоча мітохондрії мають свою власну ДНК і апарат білкового синтезу, більшість їх білків кодується клітинної ДНК і надходить з цитозолі. Мітохондріальний геном кодує декілька власних рРНК і тРНК, а також деякі білки дихального ланцюга і АТР-ази. В залежності від виду організму білків, кодованих в мітохондріях, може бути від 8 до 16. Як правило, всі ці білки високогідрофобни і локалізовані на внутрішній мембрані мітохондрій з боку матриксу. В цілому ж зростання і функціонування мітохондрії неможливі без імпорту білків, кодованих ядерним геномом і синтезованих на цитоплазматичних рибосомах (так званих білків-попередників, в англомовній літературі “preproteins” або “precursors”). Кожен надійшов білок повинен досягти певного субкомпартмента, в якому він функціонує. І кожен з цих субкомпартментов містить відмінний від інших набір білків. Зростання мітохондрій можливий за рахунок імпорту цитоплазматичних білків, що включає послідовний виборчий перенос білків через одну або дві мембрани.

У більшості випадків енергія спрямованого руху використовується у вигляді АТФ, однак для перенесення білків в мітохондрії потрібно ще наявність електрохімічного градієнта на внутрішній мітохондріальній мембрані. Цей градінент утворюється в процесі транспорту електронів по мірі того, як протони відкачуються з матриксу в межмембранное простір.

Білки, імпортовані в мітохондріальний матрикс, зазвичай надходять з цитозолі протягом однієї – двох хвилин після їх відділення від полірібосом. Білки переносяться в матрикс мітохондрії через зони злипання, що зв’язують зовнішню і внутрішню мембрани. Для цього перенесення потрібно гідроліз ATP, а також електрохімічний градієнт на внутрішній мембрані.

Транспортований білок розгортається, коли перетинає мітохондріальні мембрани. Оскільки в розгорнутому стані і водорозчинні і гідрофобні білки мають схожу структуру, вони можуть бути перенесені за допомогою загального механізму. Передбачається, що гідроліз ATP забезпечує енергією розгортання молекули білка і що для цієї реакції розгортання необхідні деякі гени сімейства hsp70.

Білки, імпортовані в мітохондріальний матрикс, майже завжди несуть на N-кінці сигнальний пептид довжиною від 20 до 80 амінокислотних залишків. Після надходження білка в мітохондрії сигнальний пептид швидко видаляється за допомогою специфічної протеази (сигнальної пептідази) матриксу і потім, ймовірно, деградує в матриксі до амінокислот. Сигнальний пептид може бути винятково простим. На другому етапі транспорту білок може переноситися у внутрішню мембрану. Для цього він повинен мати ще гідрофобний сигнальний пептид; цей пептид відкривається після видалення першого сигналу.

У зовнішній мембрані мітохондрій є одна незвичайна стуктура (вона нагадує зовнішню мембрану грамоотріцательних бактерій), ліпідний шар якої містить великі кількості утворює пори білка – поріна. З цієї причини зовнішня мембрана вільно проникна для неорганіческімх іонів і метаболітів і для молекул білків розміром менше 10 кДа. Але для великих за розміром білків зовнішня мембрана є бар’єром і тому допомагає утримати білки міжмембранну простору від витоку назад у цитозоль.

Імпорт кодованих ядерним геномом білків в мітохондрії – складний мультістадійний процес [Schatz G., Dobberstein В., 1996, Neupert W., 1997, Pfanner N. et al., 1997, Whelan J., Glazer E., 1997]. Поряд з основним напрямком імпорту білків – в матрикс мітохондрій – існують шляхи імпорту білків в інші мітохондріальні субкомпартменти.

В даний час існують дві основні теорії транслокації попередників кодованих ядерним геномом білків в мітохондрії: котрансляціонная і посттрансляционной.

Comments are closed.