Kotranslacyjna wstawiania białek błonowych umożliwia włożenie białka w błonie podczas jej translacji . Proces ten pozwala jedynie na tworzenie transbłonowych białek α-helisy . Insercja błonowa białek monotopowych lub transbłonowych białek beczułkowych β zachodzi poprzez mechanizmy potranslacyjne, podobnie jak niektóre białka transbłonowe α-helisy.
Insercja ko-translacyjna zachodzi w pobliżu błony Retikulum Endoplazmatycznego (ER) u eukariotów (błony plazmatycznej u prokariotów ). Translacja białek błonowych typu I rozpoczyna się w cytozolu od określonej N-końcowej sekwencji zwanej peptydem sygnałowym (PS). PS jest rozpoznawany przez SRP ( Signal Recognition Particle ), gdy tylko opuści rybosom . SRP wiąże się z PS i rybosomem w miejscu GSU A, tymczasowo zatrzymując translację.
Po rozpoznaniu PS białko jest wysyłane do błony. U ssaków SRP jest rozpoznawany przez SR ( Receptor SRP ), receptor błonowy siateczki. Interakcja SRP-SR jest regulowana przez GTP . Wiązanie GTP z SRP54 umożliwia dysocjację SRP i PS. Dołączenie GTP do podjednostki SRα stabilizuje zakotwiczenie SRP-SR. Destabilizacja kompleksu SRP-PS jest kompensowana przez zakotwiczenie rybosomu (przez jego dużą podjednostkę) do kompleksu translokacyjnego lub translokonu .
Rozpoczyna się transfer przez błonę ER. Po pierwsze, peptyd sygnałowy jest rozpoznawany przez translokon, który powoduje jego otwarcie. Dlatego służy jako sygnał przesyłowy.
Separacja SRP / SRKompleks SRP-SR dysocjuje od rybosomu. SRP dysocjuje od SR po hydrolizie GTP do PKB i ponownie zaczyna działać. Rybosom nie jest już blokowany i wznawia translację mRNA . Stwierdzono, że syntetyzowany peptyd jest bezpośrednio zorientowany w kierunku kanału translokonowego.
W tym momencie rybosom jest silnie połączony z translokonem. Peptyd sygnałowy znajduje się w kontakcie z translokonem i TRAM (białkiem błony związanej z łańcuchem przemieszczającym się), satelitą glikoproteiną kompleksu translokacyjnego. TRAM nie zawsze jest wymagany podczas przemieszczania. Nadal często wydaje się konieczne do wprowadzenia białek błonowych. Kontakt między PS i TRAM jest możliwy dzięki otwarciu kanału utworzonego przez Sec61 na obrzeżu translokonu.
Trwa synteza polipeptydu. Jest współtłumaczeniem, ponieważ odbywa się równolegle z tłumaczeniem. Polipeptyd jest przenoszony przez błonę w miarę jej wydłużania, aż do zsyntetyzowania określonej sekwencji hydrofobowej, która blokuje przenoszenie polipeptydu. Sekwencja ta nazywana jest sygnałem zatrzymania transferu (SAT). SAT składa się z około dwudziestu reszt hydrofobowych. Dzięki swojej hydrofobowości podąża tą samą drogą co peptyd sygnałowy i znajduje się na obrzeżach kompleksu translokacyjnego, prawdopodobnie w kontakcie z TRAM. To tłumaczenie jest możliwe dzięki bocznemu otwarciu translokonu.
W tym samym czasie PS jest cięty, gdy tylko miejsce cięcia jest dostępne dla peptydazy sygnałowej (SPase). Miejsce cięcia znajduje się na C-końcu PS. Rozszczepiony PS jest następnie degradowany. Jego pozostałości znajdują się w cytozolu. Tymczasem tłumaczenie trwa. Rybosom jest nadal połączony z translokonem, ale syntetyzowana część C-końcowa nie jest już przenoszona przez translokon.
Translacja białka błonowego typu I jest zakończona. Białko zostało wprowadzone bezpośrednio z właściwą topologią błony , tj. Z zewnątrzcytozolową częścią N-końcową i wewnątrzcytosolową C-końcową częścią. Ta insercja obrała drogę eksportu białek wydzielanych do środowiska zewnętrznego. Wymagało to również sekwencji hydrofobowej SAT, umożliwiającej wprowadzenie białka do podłoża błonowego. Dlatego SAT stanowi kotwicę błonową białka. Ostatecznie wstawienie ko-translacyjne można uznać za przeniesienie częściowe. Ale powinieneś wiedzieć, że translokon ma inne zdolności. Może np. Działać w odwrotnym kierunku i zwracać białka w procesie transferu do cytozolu. Nazywa się to retrotranslokacją. Dlatego też współtranslokacja jest mechanizmem bardzo elastycznym i niewątpliwie bardzo precyzyjnie regulowanym przez komórkę.
Ko-translokacja białek błonowych typu II i III również wykorzystuje kompleks translokacji. Jest to peptyd sygnałowy, który jest inny, ponieważ jest odpowiedzialny zarówno za adresowanie translokonów, jak i za kotwiczenie w błonie. Ten peptyd sygnałowy nie ma miejsca rozszczepienia, jak w przypadku białek typu I. Generalnie jest on dłuższy (od 18 do 25 zasadniczo niepolarnych reszt), ponieważ musi być wystarczająco długi, aby utworzyć przezbłonową helisę. Ponadto peptyd sygnałowy białek błonowych typu II i III jest umieszczony raczej w sekwencji niż na N-końcu. Mówimy również o sygnale kotwiczącym w celu oznaczenia peptydu sygnałowego białek typu II i III.
Ale jaka jest różnica między białkami błonowymi typu II i III? W rzeczywistości, sygnał kotwiczący typu II indukuje translokację C-końcową, jak w przypadku peptydu sygnałowego typu I. W przeciwieństwie do tego, sygnał kotwiczący typu III indukuje translokację N-końcową. Mówimy wtedy o odwrotnym sygnale zakotwiczenia.
Najbardziej znanym wyznacznikiem orientacji sygnału kotwicy jest rozkład ładunku w bliskim sąsiedztwie hydrofobowego rdzenia sygnału. To zasada pozytywnego wnętrza (pozytywnego wewnątrz). Innymi słowy, reszty zasadowe są statystycznie czterokrotnie bardziej obfite po stronie cytoplazmatycznej niż po stronie peryplazmatycznej u bakterii. Odwrotna korelacja istnieje również dla reszt kwasowych (bardziej kwaśne reszty w segmentach perysplazmatycznych), chociaż jest mniej wyraźna. Zasada „dodatniego wewnątrz” jest również weryfikowana w przypadku białek błonowych siateczki śródplazmatycznej, chloroplastu i mitochondriów.
W przypadku wstawiania współtranslacyjnego to raczej różnica w ładunku po obu stronach hydrofobowego rdzenia kieruje orientacją insercji. Jest to strona bardziej pozytywna, zwykle cytoplazmatyczna. Możliwe jest zatem zorientowanie sygnału poprzez modyfikację jego ładunków flankujących. Zmiana orientacji zwykle dotyczy tylko części produkowanych białek. Oznacza to po prostu, że rozkład ładunków nie jest jedynym wyznacznikiem topologii membrany. pozytywna zasada wewnętrzna
Jakie czynniki są odpowiedzialne za zasadę „pozytywnego wnętrza”? Odpowiedź nie jest jeszcze jasna. Jest pewne, że fosfolipidy mają istotny wpływ na translokację, ale trudno jest poznać ich dokładną rolę w orientacji peptydów podczas translokacji. Wykazano, że anionowe fosfolipidy są zdolne do zatrzymywania dodatnich ładunków prokariotycznych peptydów sygnałowych i zapobiegania ich translokacji, co sugeruje bezpośrednie oddziaływanie peptyd-lipid. Prawdopodobnie w grę wchodzą również czynniki białkowe. Ostatnio wykazano, że Sec61p (w Saccharomyces cerevisiae ) przyczynia się do orientacji peptydu sygnałowego, prawdopodobnie poprzez interakcje typu elektrostatycznego. Wydaje się, że u prokariotów ładunki dodatnie mogą bezpośrednio łączyć się z ujemnie naładowanymi fosfolipidami.
Sygnałowa hydrofobowośćOgólnie, im bardziej hydrofobowy jest sygnał kotwiczący, tym bardziej N-końcowa translokacja, tj . Insercja jest typu III. Wystarczająco hydrofobowy sygnał kotwiczący może nawet unieważnić zasadę „pozytywnego wnętrza”.
W jaki sposób hydrofobowość sygnału wpływa na topologię membran? Zaproponowano, że jest to raczej gradient niepolarny niż ogólna hydrofobowość, która jest zaangażowana w orientację sygnału. Wygląda na to, że bardziej hydrofobowy sygnał na końcu jest wydajniej translokowany. Może to sugerować istnienie miejsca zakotwiczenia sygnału w bardziej hydrofobowym translokonie po stronie pozacytoplazmatycznej.
Aliasowanie domeny N-końcowejW przypadku białek typu II i III, segment N-końcowy jest generalnie syntetyzowany przed peptydem sygnałowym. Fałdowanie domeny N-końcowej może zatem zakłócać translokację przez translokon i sprzyjać zatrzymaniu części N-końcowej w cytozolu. Zatem wiele białek typu III w rzeczywistości nie ma N-końcowej domeny strukturalnej, aby ułatwić translokację. W innych przypadkach możliwe jest, że opiekunowie interweniują, aby zapobiec stabilnemu fałdowaniu.