no-img
سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار

زیست شناسی سلولی مولکولی لودیش*** انتقال پروتئین ها به غشاء ها و اندامک ها*** پروژه,تحقیق

help

سوالی دارید؟09369254329

سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار
بهترین ها از دید دانش آموزان
آشنایی با سیستم خرید،فروش و بازاریابی نِگزاوار

گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

زیست شناسی سلولی مولکولی لودیش*** انتقال پروتئین ها به غشاء ها و اندامک ها
zip
شهریور ۵, ۱۳۹۵

زیست شناسی سلولی مولکولی لودیش*** انتقال پروتئین ها به غشاء ها و اندامک ها


انتقال پروتئین ها به غشاء ها و اندامک ها

 زیست شناسی سلولی مولکولی لودیش

[tabgroup][tab title=”مقدمه” icon=”fa-pencil-square-o”]یک سلول پستانداران بطور معمول حاوی بیش از ۱۰۰۰۰ نوع پروتئین مختلف و یک سلول مخمر حاوی حدود ۵۰۰۰ نوع پروتئین مختلف می باشند. اکثر این پروتئین ها توسط ریبوزوم های سیتوزولی سنتز می شوند، و بسیاری از آنها درون سیتوزول باقی می مانند (فصل۴). با این حال، بیش از نیمی از این ژروتئین های مختلف به یک اندامک غشادار یا اندامک های دیگر داخل سلولی و یا به سطح سلول ارسال می شوند. به عنوان مثال، بسیاری از پروتئین های گیرنده و پروتئین های انتقال دهنده باید به غشاء پلاسمایی ارسال شوند، و برخی از آنزیم های محلول در آب نظیر DNA پلیمرازها و RNA پلیمرازها باید به هسته هدایت شوند، و اجزای ماتریکس خارج سلولی و نیز آنزیم های گوارشی و مولکول های پلی پپتیدی پیام رسان باید به منظور ترشح از سلول به سطح سلول هدایت شوند. این پروتئین ها و سایر پروتئین های تولید شده در یک سلول باید در موقعیت صحیح خودشان در سلول قرار بگیرند تا یطور صحیح عمل کنند.

انتقال پروتئین های تازه سنتز شده به مقاصد سلولی مناسب خودشان را معمولاً هدف گذاری پروتئین (Protein targting) یا انتقال پروتئین می نامند، که شامل دو فرآیند هدف گذاری مبتنی بر سیگنال و انتقال وزیکولی می باشد. فرایند اول در هدف گذاری پروتئین تازه سنتز شده از سیتوپلاسم به یک اندامک داخلی سلولی دخیل می باشد. فرایند هدف گذاری می تواند در طول ترجمه یا بلافاصله پس از تکمیل سنتز پروتئین، رخ دهد. به عنوان مثال هدف گذاری پروتئین های غشایی منجر به ورود این پروتئین به درون غشاء دو لایه لیپیدی می شود، با این حال هدف گذاری پروتئین های محلول در آب منجر به جابه جایی آن پروتئین از میان غشا به درون محیط آبی درون اندامک می گردد. پروتئین ها توسط این فرایندها به شبکه آندوپلاسمی (ER)، میتوکندری، کلروپلاست، پراکسی زوم ها، و هسته ارسال می شوند.

فرآیند دوم تحت عنوان مسیر ترشحی (Secretorypathway) نامیده می شود، و شامل انتقال پروتئین ها توسط وزیکول های غشادار از ER به مقصد نهایی خودشان می شود. در بسیاری از پروتئین ها از جمله پروتئین های سازنده ماتریکس خارج سلولی، مقصد نهایی خارج از سلول می باشد (نامگذاری این پروتئین ها به همین دلیل است)؛ پروتئین های درون غشایی نیز توسط این فرایندها به گلژی، لیزوزوم و غشای پلاسمایی منتقل می شوند. مسیر ترشحی در ER آغاز می گردد؛ بنابراین تمام پروتئین هایی که قرار است وارد این مسیر ترشحی گردند، در ابتدا به این اندامک هدایت می شوند.

 

 

 

 

*** مروری بر مسیرهای انتقال پروتئین در یوکاریوت ها. تمام mRNAهای کد شده در هسته توسط ریبوزوم های سیتوزولی ترجمه می شوند. سمت راست (مسیرهای غیرترشحی): سنتز پروتئین هایی که فاقد توالی نشانه ER هستند توسط ریبوزوم های آزاد تکمیل می گردد (مرحله ۱). پروتئین هایی که حاوی توالی نشانه نمی باشند، در سیتوزول آزاد می شوند و همانجا باقی می مانند (مرحله ۲). پروتئین هایی که دارای یک توالی نشانه خاص برای یک اندامک می باشند (صورتی)، ابتدا درون سیتوزول آزاد می شوند (مرحله ۲). سپس به درون میتوکندری، کلروپلاست، پراکسی زوم، یا هسته انتقال می یابند (مراحل ۳-۲). پروتئین های میتوکندریایی و کلروپلاستی معمولاً از میان غشاءهای خارجی و داخلی عبور می کنند تا به ترتیب وارد ماتریکس یا فضای استرومایی شوند. سایر پروتئین ها نیز طی مراحل دیگری از انتقال به سایر اندامک ها منتقل می شوند. پروتئین های هسته ای از منافذ موجود در پوشش هسته، وارد یا خارج می شوند. سمت چپ (مسیر ترشحی): پروتئین های جدید در حال سنتز توسط ریبوزوم های مسیر ترشحی، توسط یک توالی نشانه ER به سمت شبکه آندوپلاسمی زیر هدایت می شوند (صورتی، مراحل ۱،۲). پس از تکمیل فرایند ترجمه در ER، این پروتئین ها می توانند از طریق وزیکول های انتقالی به سمت دستگاه گلژی حرکت کنند (مرحله۳)، تداوم بیشتر این فرایند سبب انتقال پروتئین ها به غشاء پلاسمایی یا به لیزوزوم ها می گردد (مراحل ۴a و ۴b). فرایندهایی که از طریق انتقال وزیکولی در مسیر ترشحی قرار می گیرند. (مراحل (۳)، (۴)، کادر سایه خورده) در فصل ۱۴ مورد بحث قرار می گیرند.***

عموماً پروتئین های در حال سنتز روی یک ریبوزوم به سمت ER هدف گذاری می شوند. بنابراین پروتئین های تازه سنتز شده از ریبوزوم جدا می شوند و مستقیماً به غشاء ER می روند. زمانی که این پروتئین ها از عرض غشاء جابه جا می شوند، توسط کاتالیزورهای موجود در لومن ER، به کنفوماسیون طبیعی خود تاخوردگی می یابند. در واقع، ER مکانی است که در آنجا حدود یک سوم از پروتئین های یک سلول به فرم کنفوماسیون طبیعی خود تاخوردگی می یابند و بسیاری از پروتئین های موجود در ER نیز بطور مستقیم یا غیر مستقیم در این فرایند نقش دارند. به عنوان بخشی از فرآیند تاخوردگی، پروتئین ها ثق نیز متحمل تغییرات پس از ترجمه ای خاصی می شوند. این فرایند ها بطور دقیق کنترل می شوند، و تنها زمانی که فرآیند تاخوردگی و تجمع این پروتئین ها کامل شود، از ER به مقاصد دیگری منتقل می شوند. پروتئین هایی که مقصد نهایی آن ها گلژی، لیزوزوم، غشاء پلاسمایی، و یا خارج سلول می باشد، رد طول مسیر ترشحی بوسیله وزیکول های کوچکی که از غشاء یک اندامک جوانه می زنند و سپس با غشاء اندامک دیگر ادغام می شوند، منتقل می شوند (شکل ۱۳-۱، کادر سایه خورده). در فصل بعد در مورد انتقال پروتئین ها از طریق وزیکول بحث خواهیم کرد؛ زیرا این فرایند از لحاظ مکانیزمی تفاوت قابل ملاحظه ای با هدف گذاری پروتئین از طریق وزیکول به اندامک های داخل سلولی دارد.

در این فصل، چگونگی هدایت پروتئین ها به پنج اندامک داخلی سلولی شامل: ER، میتوکندری، کلروپلاست، پراکسی زوم و هسته را مورد بررسی قرار می دهیم. دو ویژگی فرآیند هدف گذاری پروتئین مبهم می باشد: چگونه یک پروتئین می تواند تنها به یک غشاء خاص هدایت شود، و چگونه مولکول های پروتئینی آب دوست نسبتاً بزرگ می توانند به عنوان حاملی برای یون ها و مولکول های کوچکی عمل کنند که به راحتی در دو لایه لیپیدی از غشاء آبگریز عبور می کنند. زیست شناسان سلولی با استفاده از روش های تخلیص بیوشیمیایی و غربالگری های ژنتیکی برای شناسایی جهش یافته هایی که قادر به انجام مراحل خاصی از جابه جایی نیستند، بسیاری از اجزای سلولی مورد نیاز برای جابجایی پروتئین از هر یک از غشاها درون سلولی مختلف را شناسایی کرده اند، به علاوه، بسیاری از این فرآیندهای انتقالی مهم در سلول، با استفاده از اجزاء پروتئین تخلیص شده ای که وارد دو لایه لیپیدی مصنوعی شده اند، بازسازی شده اند. چنین سیستم هایی (in vitro) را می توان به سادگی در آزمایشگاه انجام داد.

این مطالعات نشان داده است که، علی رغم برخی تغییرات، مکانیزم های پایه ای یکسانی بر انتقال پروتئین ها در تمام اندامک های درون سلولی حاکم می باشند، برای مثال، امروزه می دانیم که اطلاعات لازم برای هدایت یک پروتئین به یک اندامک خاص به صورت توالی آمینواسیدی درون آن پروتئین کد می شود. این توالی در حدود ۲۰ آمینو اسید دارند و عموماً با عنوان توالی های نشانه (signal sequences) شناخته می شوند (شکل ۱۳-۱ را ببینید)؛ این توالی ها تحت عنوان Uptake-targeting sequences یا پپتیدهای نشانه نیز نامیده می شوند. این توالی های هدف گذار معمولاً در انتهای آمینوی یک پروتئین پدید می آیند و بنابراین اولین بخشی از پروتئین هستند که سنتز می شود. در برخی موارد این توالی ها می توانند در انتهای کربوکسیل یا در داخل یک توالی پروتئینی پدید آیند. هر کدام از اندامک ها یکسری از پروتئن های گیرنده را حمل می کنند که تنها به انواع خاصی از توالی های نشانه اتصال می یابند، بنابراین اطلاعات کد شده در یک توالی نشانه اختصاصیت فرآیند هدف گذاری را تضمین می کند. زمانی که یک پروتئین دارای توالی نشانه یا گیرنده مربوطه برهمکنش می دهد، این زنجیره پروتئینی از طریق نوعی کانال انتقالی می تواند از غشاء عبور کند. انتقال یک طرفه پروتئین به درون یک اندامک، بدون بازگشت آن به درون سیتوپلاسم، معمولاً از طریق جفت شدن این انتقال با فرآیندی که از لحاظ انرژی مساعد است نظیر هیدرولیز ATP یا GTP صورت می پذیرد. یرانجام زمانی که فرآیند انتقال زنجیره پروتئینی از عرض غشاء تکمیل می شود، اغلب توالی های نشانه توسط یک پروتئاز اختصاصی از پروتئین بالغ حذف می شود.

در این فصل برای در مورد وقایع مرتبط با هدف گذاری پروتئین، به دنبال پاسخ چهار پرسش اساسی هستیم:

  1. ماهیت توالی نشانه چیست، و چه چیزی سبب تمایز آن از سایر توالی های نشانه می گردد؟
  2. گیرنده توالی نشانه چیست؟
  3. ساختار کانال لنتقال که امکان انتقال پروتئین ها را از عرض غشاء دو لایه فراهم می کند، به چه صورت است؟ بخصوص اینکه، آیا کانال آنقدر باریک است که تنها پروتئین های بدون تاخوردگی (باز) می توانند از طریق آن عبور کنند، یا با انتقال دومین پروتئینی تاخورده نیز تطابق دارد؟
  4. منبع انرژی که سبب انتقال یک طرفه از عرض غشاء می شود چیست؟

در بخش اول این فصل، به هدف گذاری پروتئین ها به ER تغییرات پس از ترجمه ای که روی پروتئین ها و در حین ورود آن ها به مسیر ترشحی رخ می دهد، می پردازیم. هدایت پروتئین ها به ER بهترین مثال شناخته شده از هدف گذاری پروتئین می باشد. سپس هدف گذاری پروتئین ها به سمت میتوکندری، کلروپلاست، و پراسی زوم را مورد بحث قرار می دهیم. سرانجام، به بررسی انتقال پروتئین ها به داخل یا خارج هسته از میان منافذ هسته ای می پردازیم.

میکروگراف فلورسانس یک سلول کشت داده شده (COS-7) مربوط به پستانداران که نشان دهنده نحوه توزیع شبکه آندوپلاسمی (سبز) دستگاه گلژی (قرمز) و هسته (آبی) در آن سلول می باشدو پروتئین های ترشحی تازه سنتز شده، به ER هدایت می شوند و قبل از اینکه به گلژی منتقل شوند (برای انتقال به مقاصد دیگر) در آنجا تا می خورند و تغییر می یابند.[/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”قسمت هایی از متن (۱)”]

هدایت پروتئین ها به سمت غشای ER و عبور آنها از عرض غشای ER

تمام سلول های یوکاریونی دارای شبکه آندوپلاسمی (ER) می باشند. ER یک اندامک به هم پیچیده بزرگ می باشد که از لوله ها و کیسه های پهنی تشکیل شده است و غشاء آن با غشاء هسته پیوسته می باشد. غشای ER، جایی است که لیپیدهای سلولی سنتز می شوند (فصل ۱۰)، و بیشتر پروتئین های غشایی، از جمله پروتئین های غشای پلاسمایی و غشای لیزوزوم ها، ER،  و گلژی در ER دچار تغییر می شوند. به علاوه، تمام پروتئین های محلول که سرانجام از سلول ترشح می شوند – و نیز پروتئین های لومن ER، گلژی و لیزوزوم- در ابتدا به لومن ER  تحویل داده می شوند (شکل ۱۳-۱). چون ER نقش مهمی در ترشح پروتئین دارد، لذا مسیر انتقال پروتئین از طریق ER را به عنوان «مسیر ترشحی» می نامیم. برای سهولت، ما تمام پروتئین هایی را که در ابتدا به ER هدایت می شوند، پروتئین های ترشحی می نامیم، اما در واقع تمام پروتئین هایی که به ER هدایت می شوند از سلول ترشح نمی شوند.

در این بخش، به این بحث می‌پردازیم که چگونه پروتئین ها در ابتدا به عنوان پروتئین های ترشحی شناسایی می شوند، و چگونه این پروتئین ها از عرض غشاء ER عبور می کنند. ابتدا به پروتئین های محلول می پردازیم پروتئین هایی که همه مسیر را از طریق در بخش بعدی، به پروتئین های درون غشایی می پردازیم.

آزمایش های Pulse-labeling انجام گرفته با غشاهای ER تخلیص شده نشان دهنده عبور پروتئین های ترشحی از غشاء ER می باشد.

اگر چه تمام سلول ها انواعی از پروتئین ها را ترشح می کنند (نظیر پروتئین های ماتریکیس خارج سلولی)، انواع مشخصی از سلول ها برای ترشح مقادیر زیادی از پروتئین های خاص تخصص یافته اند. برای مثال، سلول های آسینی پانکراس، مقادیر زیادی از چندین آنزیم هضم کننده را سنتز می کنند که به درون مجاری لوله ای ترشح می شوند و به روده تخلیه می شوند. به دلیل اینکه این سلول های ترشحی حاوی مقدار زیادی از اندامک های مربوط به مسیر ترشحی هستند (ER و گلژی)، از آنها بطور گسترده ای برای مطالعه مسیر ترشحی استفاده می شود، از جمله در وقایع اولیه ای که در غشاء ER رخ می دهد.

توالی رویدادهایی که بلافاصله پس از سنتز یک پروتئین ترشحی روی می دهد اولین بار با انجام آزمایش های Pulse-labeling روی سلول های آسینی پانکراس نشان داده شد. در این سلول ها، آمینو اسیدهای نشان دار شده با مواد رادیواکتیو وارد پروتئین های ترشحی می شود، به طوری که این فرآیند در حین سنتز این پروتئین ها توسط ریبوزوم های متصل شده به سطح ER صورت می پذیرد. بخشی از ER که پروتئین های مسیر ترشحی را دریافت می کند به عنوان شبکه آندوپلاسمی زیر شناخته می شود، زیرا سطح آن با شماری از ریبوزوم های پوشانده شده است و از لحاظ مورفولوژیکی از غشاهای ER دیگر متمایز می شود (شکل ۱۳-۲). بر اساس این آزمایش ها مشخص شده است که حین سنتز پروتئین ها  یا بلافاصله پس از آن، این پروتئین ها از غشاء ER  به درون لومن انتقال می یابند.

شکل ۱۳-۲٫ ساختار آندوپلاسمی زبر. میکروگراف الکترونی ریبوزوم های اتصال یافته به شکل آندوپلاسمی زبر در یک سلول آسنی پانکراس. بیشتر پروتئیه‌های سنتز شده در این نوع سلول، توسط ریبوزوم‌های متصل به غشاء ساخته و ترشح می شوند. مشخص شده است که تعداد کمی از ریبوزوم های اتصال نیافته (آزاد) در انتقال پروتئین های سیتوزولی و سایر پروتئین های غیر سیتوزولی نقش دارند. (b) تصویر شماتیک سنتز پروتئین در شبکه ER. قابل توجه است که ریبوزوم های متصل به غشاء و ریبوزوم‌های سیتوزولی آزاد یکسان می باشند. ریبوزوم های متصل به غشاء و ریبوزوم های سیتوزولی آزاد یکسان می باشند. ریبوزوم های متصل به غشاء در حین سنتز یک پلی پیتید حاوی توالی نشانه ER به شبکه آندوپلاسمی می روند.

تعیین مراحل این فرآیند انتقال، مستلزم جداسازی ER آن سلول می باشد. با این حال، محققان کشف کرده اند که پس از اینکه سلول ها هموژنیزه می شوند، شبکه آندوپلاسمی زیر به وزیکول های بسته و کوچکی به نام میکروزوم های زیر تفکیک می شود، که بیشتر ویژگی های بیوشیمیایی ER  (از جمله قابلیت انتقال پروتئین) را در خود حفظ می کند. آزمایش های نشان داده شده در شکل ۱۳-۳، که در آن میکروزوم ها از سلول های Pulse-labeling تیمار شده با پروتئاز جدا شده اند، نشان می دهد که اگر چه پروتئین های ترشحی توسط ریبوزوم های متصل شده به سطح سیتوزولی غشاء ER سنتز می شود، اما ساخت پلی پیتیدهای تولید شده بوسیله این ریبوزوم ها در داخل لومن وزیکول های ER خاتمه می یابد. چنین آزمایش هایی سبب مطرح شدن این سؤال می شوند که چگونه پلی پیتیدها مدت کوتاهی پس از شروع سنتز به عنوان پروتئین های ترشحی شناخته می شوند و چگونه یک پروتئین ترشحی در حال سنتز از غشاء ER عبور می کند.

شکل ۱۳-۳٫ ورود پروتئین های ترشحی به ER. آزمایش های نشاندار کردن نشان داده است که پروتئین های ترشحی مدت کوتاهی پس از سنتز درون لومن ER قرار می گیرند. سلول ها مدت کوتاهی با آمینواسیدهای نشاندار شده با مواد رادیواکتیو آنکوبه می شوند. این امر سبب می شود که تنها پروتئین های تازه سنتز شده نشاندار شوند. سپس با هموژنیزه کردن سلول ها، غشای پلاسمایی آنها مختل می شود و شبکه آندوپلاسمی زیر به وزیکول های کوچکی به نام میکروزوم ها تقسیم می شوند. میکروزوم ها به دلیل اتصال ریبوزوم ها به آن ها، دارای چگالی بیشتری نسبت به سایر اندامک های غشادار می باشند و می توان آن ها را با سانتریقیوژ افتراقی و شیب چگالی سوکروز تفکیک کرد (فصل۹). میکروزوم های تخلیص شده یا یک پروتئاز در حضور یا عدم حضور شوینده تیمار می شوند. پروتئین های ترشحی نشاندار مرتبط با میکروزوم ها، تنها در صورتی هضم می شوند که نفوذ پذیری غشای میکروزومی در ابتدا توسط تیمار با شوینده تخریب شده باشد. این یافته ها نشان می دهند که پروتئین های تازه ساخته شده در داخل میکروزوم ها معادل پروتئین های ساخته شده در لومن شبکه آندوپلاسمی زبر می باشد.

شکل ۱۳-۴٫ ترجمه و انتقال به صور هم زمان رخ می دهند. آزمایش های خارج از سلول نشان می دهد که فرآیند انتقال پروتئین های ترشحی به درون میکروزوم ها با فرآبند ترجمه جفت شده است. تیمار میکروزوم ها با EDTA، با شلاته کردن یون های Mg2+_، سبب جداسازی ریبوزوم ها می شود، و امکان جداسازی میکروزوم های بدون ریبوزوم را که معادل غشای شبکه آندوپلاسمی اند، فراهم می گردد (شکل ۳-۱۳). در سیستم فاقد سلول که حاوی ریبوزوم، GTP، ATP، Trna، و آنزیم های سیتوزولی، پروتئین ترشحی در غیاب میکروزوم ها سنتز می شود (a) اما تنها در صورتی از غشای وزیکول انتقال می یابد و توالی نشانه خود را از دست می دهد (سبب کاهش وزن مولکولی می شود) که میکروزوم ها در حین فرآیند سنتز پروتئین حضور داشته باشند.

توالی نشانه آبگریز در انتهای آمینو سبب هدایت پروتئین های ترشحی تازه سنتز شده به ER می شود.

پس از شروع سنتز یک پروتئین ترشحی توسط ریبوزوم های آزاد موجود در سیتوزول، وجود یک توالی نشانه ۱۶ تا ۳۰ آمینواسیدی در پروتئین در حال سنتز سبب هدایت آن ریبوزوم به سمت غشای ER و شروع فرآیند انتقال پلی پپتید در حال ساخت از غشای ER می شود (شکل ۱۳-۱). توالی نشانه ER بطور معمول در انتهای آمینوی (انتهای N) پروتئین قرار می گیرد (یعنی بخش اول پروتئین سنتز شده). تمام توالی های نشانه پروتئین های ترشحی مختلف، حاوی یک یا چند آمینواسید دارای بار مثبت می باشند که در کنار توالی پیوسته ای از ۱۲-۶ ریشه آمینواسیدی آبگریز (که به عنوان هسته آبگریز شناخته می شود) قرار می گیرند، اما از جنبه های دیگر این توالی ها اشتراکهای کمتری دارند. در بیشتر پروتئین های ترشحی، توالی نشانه در حالی که توسط ریبوزوم در حال طویل شدن می باشد، از پروتئین جدا می شود؛ بنابراین توالی های نشانه معمولاً در پروتئین های بالغ موجود در سلول ها وجود ندارند.

هسته آبگریز توالی های نشانه ER برای عملکرد آن ها ضروری است. برای مثال، حذف چندین آمینواسید آبگریز خاص از یک توالی نشانه یا اضافه کردن آمینواسیدهای باردار به درون هسته مرکزی این توالی ها (بوسیله جهش)، می تواند سبب از بین رفتن عملکرد انتهای آمینوی آن پروتئین به عنوان یک توالی نشانه گردد. در نتیجه، پروتئین تغییر یافته در سیتوزول باقی می ماند و قادر نمی باشد از غشاء ER به درون لومن آن عبور کند. قابل توجه است که با استفاده از روش های DNA نوتریک می توان توالی های نشانه را به پروتئین های سیتوزولی طبیعی اضافه کرد. این پروتئین های سیتوزولی تغییر یافته قادرند به درون لومن ER انتقال یابند. بنابراین ریشه های آبگریز موجود در هسته توای های نشانه ER ، جایگاه اتصالی را تشکیل می دهند که برای برهمکنش توالی های نشانه با ماشین هدایت کننده آن پروتئین به غشاء ER ضروری می باشد.

مطالعات بیوشیمیایی انجام گرفته با استفاده از سیستم سنتز کننده پروتئین فاقد سلول، mRNA کد کننده یک پروتئین ترشحی، و میکروزوم هایی که ریبوزوم های متصل به آن ها جدا شده است، نشان دهنده عملکرد و سرنوشت توالی های نشانه ER می باشد. آزمایش های اولیه انجام گرفته با این سیستم نشان داده است که یک پروتئین ترشحی معمول به درون میکروزوم ها وارد می شود. تنها در صورتی که در حین سنتز پروتئین میکروزوم ها پس از تکمیل فرآیند سنتز پروتئین به این سیستم اضافه شوند، انتقال هیچ پروتئینی به درون میکروزوم ها صورت نمی پذیرد (شکل ۱۳-۴). در نتیجه آزمایش های طراحی شدند که از طریق آنها می توان مرحله دقیقی از سنتز پروتئین را که میکروزوم ها باید وجود داشته باشند (به منظور انجام فرآیند انتقال)، تعیین کرد. در این آزمایش ها، میکروزوم ها را پس از شروع سنتز پروتئین، در زمان های مختلفی به مخلوط واکنش می افزایند. انجام این آزمایش ها نشان داده است که به منظور تکمیل فرآیند  ورود پروتئین ترشحی در لومن میکروزوم ها، باید این میکروزوم ها را پیش از ترجمه ۷۰  آمینواسید اول، به مخلوط واکنش افزود. در این نقطه، ۴۰ آمینواسید (یا بیشتر) خارج از ریبوزوم قرار می گیرد (حاوی توالی نشانه که در ادامه جدا خواهد شد) و ۳۰ آمینواسید  دیگر (یا بیشتر) داخل کانالی در ریبوزوم قرار می گیرند (شکل ۴-۲۶). بنابراین انتقال بیشتر پروتئین های ترشحی به درون لومن ER در حالی صورت می گیرد که پروتئین جدید در حال سنتز (که بطور کامل سنتز نشده است) هنوز به ریبوزوم متصل است، و تحت عنوان فرآیند انتقال همزمان با ترجمه نامیده می شود.

شکل ۱۳-۵٫ ساختار ذره شناساگر نشانه (a). (SRP) دمین متصل شونده به توالی نشانه: پروتئین Ffh باکتریایی همولوگ بخشی از p54 می باشد که به توالی های نشانه ER اتصال می یابد. این مدل نشان می دهد که دمین اتصال Ffh، حاوی یک شیار بزرگ می باشد که آمینواسیدهای آبگریز (بنفش) در آن قرار گرفته اند و زنجیرهای جانبی آن ها می توانند با توالی های نشانه بر همکنش دهند. (b) دمین اتصالی گیرنده و GTP: ساختار GTP متصل به پروتئین های FtsY (همولوگ باکتریایی زی واحد a گیرنده (SRP و Ffh نشان می دهد که چگونه برهمکنش میان این پروتئین ها با اتصال و هیدرولیز GTP کنترل می شود. هر یک از پروتئین های Ffh و FtsY می توانند به یک مولکول GTP اتصال یابند، و هنگامی که پروتئین های Ffh و FtsY به یکدیگر اتصال می یابند، دو مولکول اتصال یافته GTP بین این زیرواحدهای پروتئینی قرار می گیرند و سبب پایداری دایمر حاصل می گردند. دایمر متقارن حاصل امکان تشکیل دو جایگاه فعال را برای هیدرولیز ملکول های GTP اتصال یافته فراهم می کند. هیدرولیز GTP به GDP سبب نپایداری دایمر حاصل می گردد و لذا منجر به جدا شدن زیرواحدهای تشکیل دهنده دایمر می شود.[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۲)”]

نکات کلیدی بخش ۱۳-۱

هدایت پروتئین های به غشای ER و عبور آن ها از عرض غشای ER

  • سنتز پروتئین های ترشحی، پروتئین های داخلی غشای پلاسما و پروتئین هایی که مقصد آن ها ER، کمپلکس گلژی یا لیزوزوم می باشد، توسط ریبوزوم های سیتوزولی شروع می شود. قابل توجه است که این ریبوزوم ها به غشای ER اتصال یافته اند و شیکه آندوپلاسمی زیر را تشکیل می دهند (شکل۱۳-۱، چپ).
  • توالی نشانه ER روی پروتئین های ترشحی تازه سنتز شده، بخشی از آمینواسیدهای آبگریز می باشد که در انتهای آمینو واقع شده است.
  • در انتقال همزمان با ترجمه، ابتدا ذره شناساگر نشانه (SRP) توالی نشانه ER واقع در پروتئین ترشحی در حال سنتز را شناسایی می کند و به آن اتصال می یابد و از طرف دیگر به گیرنده SRP روی غشای ER اتصال می یابد و بدین ترتیب سبب هدایت کمپلکس ریبوزوم / زنجیره در حال سنتز به ER می شود.
  • SPR و گیرنده آن ورود پروتئین ترشحی در حال سنتز را به ترانسلوکون (کمپلکس Sec61) وساطت می کنند. هیدرولیز دو مولکول GTP به وسیله SRP و گیرنده آن سبب جدا شدن SRP از گیرنده اش می شود (شکل ۱۳ -۵ و ۱۳-۶). در حین اتصال ریبوزوم به ترانسلوکون فرآیند ترجمه ادامه می یابد، و زنجیره پروتئینی فاقد تا خوردگی به درون لومن ER وارد می شود. هیچ انرژی دیگری برای انتقال لازم نمی باشد.
  • ترانسلوکون یک کانال مرکزی حاوی ریشه های آمینواسیدی آبگریز دارد که امکان انتقال زنجیره پروتئینی فاقد تاخوردگی را فراهم می کند، اگر چه در برابر یون ها و مولکول های ۹ä کوچک آبدوست بسته باقی می ماند. به علاوه، این کانال دریچه دار می باشد، طوری که تنها زمانی باز می شود که یک پلی پپتید از آن انتقال می یابد.
  • در انتقال پس از ترجمه، یک پروتئین ترشحی از طریق برهمکنش توالی نشانه آن با ترانسلوکون به سمت غشای ER هدایت می شود. سپس زنجیره پلی پپتیدی از طریق یک مکانیزم چرخ دنده ای که با مصرف انرژی همراه است و توسط چاپرون Bip انجام می گیرد به درون ER کشیده می شود و سسب پایداری پلی پپتید در حال ورود می گردد (شکل ۱۳-۹). در باکتری ها، نیروی لازم برای انتقال پس از ترجمه ناشی از Sec A می باشد. Sec A یک ATPase سیتوزولی می باشد که سبب پیشبرد پلی پپتیدها از میان کانال ترانسلوکون می شود.
  • در هر دو فرآیند انتقال همزمان با ترجمه و انتقال پس از ترجمه، یک سیگنال پپتیداز واقع در غشای ER توالی نشانه ER را در پروتئین ترشحی بلافاصله پس از ورود انتهای آمینو به لومن ER برش می دهد.

[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۳)”]

 ورود پروتئین های غشایی به شبکه آندوپلاسمی

در فصل های پیشین با بسیاری از پروتئین های گذرنده از غشاء که در سرتاسر سلول حضور دارند آشنا شدیم. هر کدام از این پروتئین ها نسبت به غشاء دو لایه فسفولیپیدی دارای جهت گیری منحصر بفرد می باشند. پروتئین های درون غشایی ER، گلژی و لیزوزوم، و همچنین پروتئین های موجود در غشای پلاسمایی، همگی روی شبکه آندوپلاسمی سنتز می شوند. این پروتئین ها جهت گیری منحصر بفرد خود را در غشاء در حین حرکت به سوی مقصد نهایی خود (در مسیر مشابه مسیر پروتئین های ترشحی محلول) حفظ می کنند (شکل ۱۳-۱، چپ). در این اتقال جهت گیری پروتئین غشایی حفظ می شود؛ بدین معنی که، بخش های از پروتئین همیشه به سمت سیتوزول می باشد و بخش های دیگر آن همیشه در جهت مخالف قرار می گیرند. بنابراین جهت گیری نهایی ایی پروتئین های غشایی حین بیوسنتز آن ها روی غشاء ER تعیین می شود. در این بخش، ابتدا خواهیم دید که پروتئین های درون غشایی چگونه می توانند با غشاء برهمکنش دهند و سپس بررسی می کنیم که چگونه چندین نوع توالی، که مجموعاً تحت عنوان توالی ها توپوژنیک (Topogqnic sequences) نامیده می شوند، ورود و جهت گیری دسته های مختلف از پروتئین های درون غشایی را هدایت می کنند. این فرایندها از طریق تغییرات مکانیسم پایه مورد استفاده برای انتقال پروتئین های ترشحی محلول از عرض غشاء ER، صورت می پذیرد.

چندین گروه توپولوژیک از پروتئین های درون غشایی روی ER سنتز می شوند.

توپولوژی یک پروتئین غشایی معرف تعداد دفعات عبور زنجیره پلی پپتیدی آن از غشاء و جهت گیری این قطعات گذرنده از غشاء در داخل غشاء می باشد. عناصر کلیدی از یک پروتئین که توپولوژی آن را تعیین می کنند، قطعات عبور کننده از غشاء می باشند که معمولاً مارپیچ های a با ۲۵-۲۰ آمینواسید آبگریز می باشند و در برهمکنش هایی که از لحاظ انرژی مساعد هستند و درون دو لایه فسفولیپیدی آبگریز انجام می شوند، شرکت می کنند.

پروتئین های درون غشایی در یکی از پنج گروه توپولوژیکی نشان داده شده در شکل ۱۳-۱۰ قرار می گیرند. گروه های توپولوژیک III، II، I و پروتئین های لنگرانداز شامل پروتئین های یک بار گذرنده از غشا می باشند که تنها دارای یک قطعه مارپیچ a عبور کننده از غشاء می باشند. پروتئین های نوع I دارای یک توالی نشانه ER در انتهای آمینو می باشند که هنگام بلوغ بریده می شود.

شکل ۱۳-۱۰٫ پروتئین های غشای شبکه آندوپلاسمی. پنج گروه توپولوژیک پروتئین های غشایی که روی شبکه آندوپلاسمی زیر سنتز می شوند و نیز نوع ششم که به وسیله لنگر فسفولیپیدی به غشاء اتصال می یابد. پروتئین های غشایی بر اساس جهت گیری خود در غشاء و انواع توالی های نشانه برای هدایت آن ها به غشاء ER، دسته بندی می شوند. در پروتئین های درون غشایی، قطعات آبگریزی از زنجیره پروتئینی، مارپیچ های a را تشکیل می دهند که در دو لایه غشایی قرار می گیرند؛ نواحی خارج از غشاء آبدوست می باشند و با کنفوماسیون‌های مختلفی تاخوردگی می یابند. پروتئین های نوع IV دارای چندین مارپیچ  a گذرنده از غشاء می باشند. توپولوژی پروتئین نوع IV نشان داده شده در اینجا مربوط به گیرنده های جفت شده با G پروتئین می باشد: دارای هفت مارپیچ a می باشد که انتهای آمینوی آن در سمت اگزوپلاسمی غشاء و انتهای کربوکسیل آن در سمت سیتوزولی قرار می گیرد. سایر پروتئین های نوع IV ممکن است دارای تعداد متفاوتی مارپیچ باشند و انتهای آمینو و کربوکسیل آن ها دارای جهت گیری های مختلفی باشد.

این پروتئین ها به صورتی درون غشاء قرار می گیرند که انتهای آمینوی آبدوست آنها روی سطح لومنی (که سطح اگزوپلاسمیک نیز نامیده می شود) قرار می گیرد و ناحیه انتهای کربوکسیل آن ها روی سطح سیتوزولی قرار می گیرد. پروتئین های نوع II دارای توالی نشانه ER قابل برش نمی باشند و جهت گیری آن ها به این صورت است که ناحیه انتهای آمینوی آبدوست آنها روی سطح سیتوزولی واقع می شود و ناحیه انتهای کربوکسیل آبدوست آن ها روی سطح اگزوپلاسمی قرار می گیرد (یعنی، برخلاف پروتئین های نوع I). پروتئین های نوع III دارای یک قطعه آبگریز گذرنده از غشاء در انتهای آمینوی خود می باشند و بنابراین جهت گیری یکسانی با پروتئین های نوع I دارند اما دارای توالی نشانه قابل برش نمی باشند. در نهایت، پروتئین های لنگرانداز دارای یک قطعه آبگریز در انتهاب کربوکسیل خود هستند که از غشاء عبور می کند. این توپولوژی های مختلف بیانگر مکانیزم های مختلف مورد استفاده توسط سلول برای ایجاد جهت گیری غشایی قطعات گذرنده از غشاء می باشد و در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرند.

توالی داخلی متوقف کننده انتقال (Stop Transfer) و توالی نشانه لنگر (Signal – Anchor) تعیین کننده توپولوژی پروتئین های یکبار گذرنده از غشا می باشند.

بحث خود را با چگونگی تعیین توپولوژی پروتئین غشایی با ورود پروتئین های درون غشایی (که دارای یک قطعه آبگریز گذرنده از غشاء می باشند) به غشاء، شروع می کنیم. دو توالی در هدایت و جهت گیری پروتئین های نوع I در غشای شبکه آندوپلاسمی دخیل می باشند. اگر چه پروتئین های نوع II و III دارای یک توالی داخلی توپوژنیک می باشند. همان طور که خواهیم دید، سه نوع اصلی از توالی های توپوژنیک وجود دارد که برای هدایت پروتئین ها به غشاء ER و جهت گیری آن ها در درون غشاء مورد استفاده می باشد. قبلاً یکی از این توالی ها، یعنی توالی نشانه انتهای آمینو را معرفی کردیم. دو توالی دیگر که در اینجا معرفی می شوند عبارتند از توالی های درونی که توالی های لنگر متوقف کننده انتقال و توالی های نشانه لنگر نامیده می شوند. برخلاف توالی های نشانه، این دو نوع توالی توپوژنیک در پروتئین بالغ وجود دارند و به عنوان قطعات گذرنده از غشاء عمل می کنند. با این حال، جهت گیری نهایی این دو نوع توالی توپوژنیک در غشاء متفاوت می باشد.

پروتئین های نوع I؛ تمام پروتئین های گذرنده از غشاء نوع I دارای یک توالی نشانه انتهای آمینو می باشند که آنها را به ER هدایت می کند. این پروتئین ها دارای یک توالی داخلی آبگریز می باشند که مارپیچ a گذرنده غشاء را تشکیل می دهد.

شکل ۱۳-۱۱٫ قرار گیری پروتئین های یکبار گذرنده از غشای نوع ۱٫ مرحله (۱): پس از اتصال کمپلکس ریبوزوم/زنجیره در حال سنتز به ترانسلوکون در غشاء ER، توالی نشانه انتهای آمینوی آن بریده می شود. این فرآیند توسط مکانیزم مشابهی با پروتئین های ترشحی محلول صورت می پذیرد (شکل ۶-۱۳). مراحل (۲) و (۳): زنجیره پلی پتیدی تا زمانی که توالی آبگریز لنگر انداز متوقف کننده انتقال، سنتز و وارد ترانسلوکون شود، طویل می شود. در این جا از عبور بیشتر زنجیره در حال سنتز به درون لومن ER جلوگیری می شود. مرحله (۴): توالی لنگر متوقف کننده انتقال بطور جانبی از میان زیر واحدهای ترانسلوکون عبور می کند و در غشای دو لایه فسفولیپیدی لنگر می اندازد. در این هنگام، احتمالاً ترانسلوکون بسته می باشد. مرحله (۵): در این حین سنتز ادامه می یابد، و زنجیره در حال طویل سازی ممکن است از میان فضای کوچک بین ریبوزوم و ترانسلوکون به سمت سیتوزول خارج شود. مرحله (۶): هنگامی که سنتز کامل می شود، زیرواحدهای ریبوزوم درون سیتوزول رها می شوند، و پروتئین را آزاد می گذارند تا در غشاء قرار بگیرد.

فرآیند انتقال همزمان با ترجمه یک پروتئین نوع I در حال سنتز، مانند یک پروتئین ترشحی محلول، از طریق عملکرد مشترک SRP و گیرنده آن شروع می شود. هنگامی که انتهای آمینوی پلی پپتید در حال ساخت وارد لومن ER می گردد، توالی نشانه آن برش می یابد و زنجیره در حال ساخت از عرض غشاء ER عبور می کند. برخلاف پروتئین های ترشحی محلول، که توالی تقریباً ۲۲ آمینواسیدی آبگریز وارد ترانسلوکون می شود، این توالی سبب توقف انتفال پروتئین از میان کانال می شود (شکل ۱۳-۱۱). سپس کمپلکس Sec 61 قادر می باشد شبیه یک جعبه تاشو باز شود، و این امکان را برای قطعه گذرنده از غشاء پلی پپتید انتقالی فراهم می کند تا به صورت جانبی از میان دمین های پروتئینی تشکیل دهنده دیواره ترانسلوکون حرکت کند (شکل ۱۳-۸). هنگامی که این پروتئین، با این روش از ترانسلوکون خارج می شود، به دو لایه فسفولیپیدی غشاء لنگر می اندازد. به دلیل عملکرد دوگانه این توالی هم به عنوان توالی متوقف کننده عبور زنجیره پلی پپتیدی از میان غشاء، توالی لنگر متوقف کننده انتقال می نامند.

هنگامی که انتقال متوقف می شود، فرآیند ترجمه در ریبوزومی که هنوز به ترانسلوکون خالی شده و بسته شده متصل می باشد، ادامه می یابد. در حین سنتز انتهای کربوکسیل زنجیره پروتئینی، حلقه آن به سمت سیتوزولی غشاء بیرون می زند. هنگامی که فرآیند ترجمه کامل می شود، ریبوزوم از ترانسلوکون رها می شود و انتهای کربوکسیل پروتئین نوع i تازه سنتز شده در سیتوزول باقی می ماند. مطالعات انجام گرفته روی   cDNAهای کد کننده گیرنده های جهش یافته مختلف هورمون رشد انسانی (HGH) که در سلول های کشت داده شده پستانداران بیان می شوند، این مکانیزم را تأیید می کنند. گیرنده طبیعی HGH، که یک پروتئین نوع I می باشد،بطور طبیعی به غشاء پلاسمایی منتقل می شود. در حالی که گیرنده جهش یافته ای که دارای ریشه های باردار وارد شده به قطعه مارپیچ a گذرانده از غشاء می باشند یا بسیاری از ریشه های موجود در این قطعه را از دست می دهند، بطور کامل به درون لومن ER منتقل می شوند و سرانجام به عنوان یک پروتئین محلول از سلول ترشح می شوند. این نوع آزمایش ها نشان می دهند که مارپیچ a آبگریز گذرنده از غشاء مربوط به گیرنده HGH و سایر پروتئین های نوع I، به عنوان یک توالی متوقف کننده پیام و همین طور یک توالی لنگرانداز به غشاء عمل می کنند که از عبور انتهای کربوکسیل این پروتئین ها از غشاء ER جلوگیری می کند.

پروتئین های نوع II و نوع III؛ برخلاف پروتئین های نوع I، پروتئین های نوع II و III فاقد توالی نشانه ER قابل برش در انتهای آمینو می باشند. در عوض، هر دو دارای یک توالی نشانه لنگر آبگریز داخلی هستند که هم به عنوان یک توالی نشانه ER عمل می کند و هم به عنوان یک توالی غشایی لنگرانداز.

به خاطر دارید که پروتئین های نوع II و III دارای جهت گیری مخالفی  در غشاء می باشند (شکل ۱۳-۱۰). این اختلاف براساس جهت گیری توالی های نشانه لنگرانداز آن ها نسبت به یکدیگر در داخل تراسلوکون می باشد. توالی نشانه لنگرانداز درونی در پروتئین های نوع II، ورود زنجیره در حال سنتز را به درون غشاء ER هدایت می کند به طوری که انتهای آمینوی این زنجیره به سمت سیتوزول قرار می گیرد. این عمل با استفاده از مکانیسم مشابهی که وابسته به SRP می باشد و برای توالی های نشانه شرح داده شد، انجام می گیرد (شکل ۱۳-۱۲ a).

 شکل ۱۳-۱۲٫ قرارگیری پروتئین های یکبار گذرنده از غشای نو II و نوع III. پروتئین های نوع II. مرحله (۱): پس از سنتز توالی نشانه لنگرانداز داخلی روی یک ریبوزوم، این توالی به یک SRP اتصال می یابد (که در اینجا نشان داده نشده است)، سبب هدایت کمپلکس ریبوزوم/زنجیره در حال سنتز به غشاء ER می شود. این فرآیند مشابه هدایت پروتئین های ترشحی محلول می باشد به استثناء اینکه توالی نشانه آبگریز در انتهای آمینو قرار نمی گیرد و در نتیجه بریده نمی شود. زنجیره در حال سنتز با انتهای آمینوی خود را در داخل ترانسلوکون به سمت سیتوزولی جهت گیری می کند. اعتقاد بر این است که این نوع جهت گیری بر اساس ریشه های دارای بار مثبت نشان داده شده در انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز وساطت می شود. مرحله (۲): در حین طویل سازی زنجیره و عبور به درون لومن، توالی نشانه لنگرانداز داخلی با حرکات جانبی از ترانسلوکون بیرون می آید و زنجیره آن به دو لایه فسفولیپیدی لنگر می اندازد. مرحله (۳): زمانی که سنتز پروتئین کامل می شود. انتهای کربوکسیل پلی پپتید به درون لومن رها می شود، و زیر واحدهای ریبوزومی به درون سیتوزول آزاد می شوند. (b) پروتئین های نوع III، مرحله (۱): این فرایند بوسیله مسیری مشابه با پروتئین های نوع II صورت می پذیرد، به استثناء اینکه ریشه های دارای بار مثبت روی سمت انتهای کربوکسیل توالی نشانه لنگرانداز واقع شده اند و سبب می شوند که قطعه گذرنده از غشاء به صورتی در داخل ترانسلوکون جهت گیری کند که بخش انتهای کربوکسیل آن ها در سمت سیتوزول و بخش انتهای آمینوی آن در سمت لومن ER قرار گیرد. مراحل (۲) و (۳): طویل شدن بخش انتهای کربوکسیل پروتئین در سیتوزول کامل می شود، و سپس زیر واحدهای ریبوزومی آزاد می شوند.  

توالی نشانه لنگرانداز داخلی بریده نمی شود و با حرکات جانبی از میان دمین های پروتئینی دیواره ترانسلوکون عبور می کند و به درون دو لایه فسفولیپیدی غشاء وارد می شود، و در آنجا به عنوان یک لنگر غشایی عمل می کند. در این حین طویل سازی ادامه می یابد، و ناحیه انتهای کربوکسیل زنجیره در حال رشد با انجام فرآیند انتقال همزمان با ترجمه، از میان ترانسلوکون به درون لومن ER وارد می شود.

در مورد پروتئین های نوع III، توالی نشانه لنگرانداز که در نزدیکی انتهای آمینو قرار می گیرد، و سبب ورود زنجیره در حال سنتز به درون غشای ER می گردد؛ به طوری که انتهای آمینوی آن به سمت لومن قرار می گیرد، یعنی در خلاف جهت توالی نشانه لنگرانداز در پروتئین های نوع II. همچنین توالی نشانه لنگرانداز پروتئین های نوع III همانند یک توالی متوقف کننده انتقال عمل می کنند و از عبور بیشتر زنجیره در حال ساخت به درون لومن ER جلوگیری به عمل می آورد (شکل ۱۳-b12).

طویل سازی انتهای کربوکسیل زنجیره مشابه پروتئین های نوع I، تا توالی نشانه لنگرانداز/متوقف کننده انتقال ادامه داشته و با حرکات جانبی توالی آبگریز در میان زیر واحدهای ترانسلوکون پیش می رود تا پلی پپتید بتواند به درون غشاء ER لنگر بیاندازد (شکل ۱۳-۱۱).

یکی از ویژگی های توالی های نشانه لنگرانداز که به نظر می رسد جهت گیری ورود آن را در غشاء تعیین می کند، تراکم بسیار زیادی از آمینواسیدهای دارای بار مثبت در مجاورت یک انتهای قطعه آبگریز می باشد. این ریشه های دارای بار مثبت تمایل دارند که در سمت سیتوزولی غشاء باقی بمانند، نه از غشاء به سمت لومن ER منتقل شوند. بنابراین موقعیت ریشه های باردار جهت گیری توالی نشانه لنگرانداز را در داخل ترانسلوکون تعیین می کند و همین طور تعیین می کند که آیا بقیه زنجیره پلی پپتیدی به درون لومن ER عبور کند یا خیر؛ پروتئین های نوع II بیشتر در سمت انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز خود ریشه های آمینواسیدی دارای بار مثبت دارند، که این امر سبب می شود با جهت گیری انتهای آمینو در سمت سیتوزولی، امکان عبور انتهای کربوکسیل به درون ER فراهم گردد (شکل ۱۳-a12)، در پروتئین های نوع III، در سمت انتهای کربوکسیل توالی نشانه لنگرانداز ریشه هایی بار مثبت قرار می گیرد، که سبب ورود انتهای آمینوی آن ها به درون ترانسلوکون می شود و از ورود انتهای کربوکسیل آن ها به سیتوزول جلوگیری می کند (شکل ۱۳-۱۲b)

آزمایش های انجام گرفته بوسیله نورامینیداز نشان می دهد که باردار بودن یک توالی نقش مهمی در تعیین جهت گیری غشایی آن توالی دارد. نورامینیداز یک پروتئین نوع II می باشد که در سطح پوشش ویروس آنفلوانزا قرار می گیرد. در نورامینیداز سه ریشه آرژنین در انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز واقع می شوند. جهش یافتن این سه ریشه دارای بار مثبت به ریشه های گلوتامات دارای بار منفی سبب می شود که نورامینیداز در غشاء جهت گیری معکوسی به خود بگیرد. آزمایش های مشابهی نشان داده اند که جهت گیری پروتئین های دیگری را که دارای جهت گیری نوع II یا نوع III می باشند، می توان با ایجاد جهش در ریشه های بارداری که در قطعه توالی نشانه لنگرانداز درونی آن ها واقع شده اند تغییر داد.

پروتئین های Tail-Anchored ؛ در تمام گروه های توپولوژیک پروتئین هایی که تا کنون مورد توجه قرار داده ایم، ورود زنجیره پلی پپتیدی هنگامی شروع می شود که SRP، پپتید آبگریز توپوژنیک را به محض بیرون آمدنش از ریبوزوم شناسایی کند. شناسایی پروتئین های Tail-Anchored که دارای یک توالی آبگریز توپوژنیک در انتهای کربوکسیل خود می باشند، بسیار منحصر به فرد می باشد، زیرا انتهای کربوکسیل آبگریز تنها پس از تکمیل فرآیند ترجمه و رها شدن پروتئین سنتز شده از ریبوزوم قابل شناسایی می باشد.

شکل ۱۳-۱۳٫ ورود پروتئین های anchored-Tail. در این پروتئین ها انتهای کربوکسیل آبگریز تا زمانی که پروتئین بطور کامل سنتز شود و از ریبوزوم آزاد گردد، برای ورود به غشاء ER در دسترس نمی باشد. مرحله (۱): ۳ Get در حالت اتصال یافته به ATP به دنباله  انتهای کربوکسیل آبگریز پروتئین سنتز شده متصل می شود. یک کمپلکس سه پروتئین به نام های؛۲Get4، sgt و ۵Get این واکنش اتصالی را تسهیل می کند.، بطوری که دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز قبل از ورود آن به  Get3 . ATP جدا می گردد (در این شکل نشان داده نشده است). مرحله (۳): در ادامه، ATP هیدرولیز می شود و ADP از Get3 رها می شود. در همین حین، دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز از Get3 آزاد می شود و در غشاء ER قرار می گیرد. مرحله (۴): Get3 به ATP اتصال می یابد و Get3  ATP از کمپلکس Get1 و Get2 به فرم محلول رها می گردد، و برای شروع دور دیگری از اتصال به دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز آماده می شود.

 ورود این پروتئین ها به درون غشای ER از طریق SRP و گیرنده آن، یا ترانسلوکون صورت نمی پذیرد، بلکه همانطور که در شکل ۱۳-۱۳ به تصویر کشیده شده است، بر اساس مسیری می باشد که برای آن تخصص یافته است. در هدایت این پروتئین های یک ATPase شناخته شده بنام ۳ Get دخیل می باشد، که به قطعه انتهای کربوکسیل پروتئین ها اتصال می یابد. کمپلکس Get3 به یک پروتئین اتصال یافته و آن را به یک گیرنده دایمر درون غشایی بنام Get2/1 Get روی ER هدایت می کند، و پروتئین برای ورود به غشاء از کمپلکس ۳ Get رها می گردد. ورود پروتئین به درون غشاهای ER بوسیله پروتئین های Get مشابه هدایت پروتئین های دارای توالی نشانه توسط SRP و گیرنده آن به شبکه آندوپلاسمی می باشد. دو تفاوت میان این دو نوع فرآیند هدف گذاری این است که، پروتئین های Tail-Anchored  پس از رها شدن از Get3 ممکن است مستقیماً وارد غشاء دو لایه گردد، اما SPR سبب هدایت توالی نشانه به ترانسلوکون می شود. تفاوت دیگر این است که هدف گذاری و انتقال پروتئین های Tail-Anchored توسط Get3 از طریق هیدرولیز ATP صورت می پذیرد، اما هدف گذاری پروتئین ترشحی توسط SRP با هیدرولیز GTP  صورت می گیرد.

پروتئین های چندبار گذرنده از غشا دارای چندین توالی توپوژنیک داخلی می باشند.

شکل ۱۳-۱۴ خلاصه ای از آرایش توالی های توپوژنیک موجود در پروتئین های یکبار گذرنده از غشاء و چندبار گذرده از غشا را نشان می دهد. در پروتئین های چندبار گذرنده از غشا (نوع IV)، هر کدام از این مارپیچ a گذرنده از غشاء به عنوان یک توالی توپوژنیک عمل می کنند، که قبلاً در موردشان بحث کردیم: این توالی ها می توانند پروتئین را به ER هدایت کنند، تا پروتئین در غشاء ER لنگر بیاندازد، یا انتقال پروتئین را از میان غشاء متوقف کنند.

[/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”قسمت هایی از متن (۴)”]

پروتئین های نوع IV با انتهای آمینو(N) در فضای اگزوپلاسمی.

خانواده بزرگ گیرنده های جفت شده با G پروتئین، که تمامی آن ها دارای هفت مارپیچ a گذرنده از غشاء می باشند، و بیشتر پروتئین های نوع IV-B را تشکیل می دهند، که انتهای آمینو آن ها به درون فضای اگزوپلاسمی امتداد می یابد. در این پروتئین ها، مارپیچ a آبگریز مجاور انتهای آمینو قرار می گیرد و به دنبال آن دسته ای از آمینواسیدهای دارای بار مثبت، مشابه توالی نشانه لنگرانداز نوع III قرار می گیرند، (شکل ۱۳-۱۲b).

در نتیجه، اولین مارپیچ a موجود در زنجیره در حال سنتز، وارد ترانسلوکون می شود و از انتهای آمینو درون لومن امتداد می یابد (شکل ۱۳-e14). در حین طویل سازی، زنجیره به وسیله توالی های متناوب لنگرانداز نوع II و توالی های متوقف کننده انتقال (مشابه آنچه که برای پروتئین های نوع iv-a مورد بحث قرار گرفت)، وارد غشاء ER می شود.

یک لنگر فسفولیپیدی برخی پروتئین های سطح سلول را به غشاء متصل می کند.

برخی پروتئین های سطح سلول به دو لایه فسفولیپیدی لنگر می اندازند، نه توسط یک توالی آمینواسیدی آبگریز بلکه از طریق یک اتصال کوالان با مولکول دو گانه دوستی به نام گلیکوزیل فسفاتیدیل اینوزیتول (GPI) به دو لایه فسفولیپیدی اتصال می یابند (شکل ۱۳-۱۵a و فصل ۱۰). این پروتئین ها سنتز می شوند و در ابتدا دقیقاً مشابه پروتئین های دارای یک توالی نشانه برش یافته در انتهای آمینو و یک توالی لنگرانداز متوقف کننده انتقالی داخلی G باشند که در انجام فرآیندهای اتصال آن ها به غشاء نقش دارند (شکل ۱۳-۱۱). با این حال، یک توالی آمینواسیدی کوتاه در دمین لومنی، و در مجاورت دمین گذرندهاز غشاء بوسیله یک ترانس آمیداز واقع در غشاء ER شناسایی می شود. این آنزیم بطور همزمان توالی لنگرانداز متوقف کننده انتقال را می برد و بخش لومنی آن پروتئین را به یک لنگر GPI در غشاء انتقال می دهد (شکل ۱۳-۱۵b).

 

 

 

شکل ۱۳-۱۵٫ پروتئین های متصل به GPI. ساختار گلیکوزیل فسفتیدیل اینوزیتول (GPI) در مخمر. بخش آبگریز این مولکول متشکل از زنجیره های آسیل چرب می باشد، در صورتی که بخش قطبی (آبدوست) این مولکول از ریشه های کربوهیدرات و گروه های فسفات تشکیل می گردد. در سایر موجودات زنده، هم طول زنجیره های آسیل و هم بخش های کربوهیدراتی ممکن است تا حدودی متفاوت از ساختار نشان داده شده باشد. (b) اتصال پروتئین به GPI در غشاء ER، همانطور که در شکل ۱۱-۱۳ نشان داده شده است، پروتئین سنتز می شود و ابتدا وارد غشاء ER می گردد. یک ترانس آمیداز اختصاصی بطور همزمان دومین اگزوپلاسمی پروتئین پیش ساز را که در نزدیکی توالی لنگرانداز متوقف کننده انتقال (قرمز) قرار دارد، برش می دهد و گروه کربوکسیل انتهای کربوکسیل جدید را به انتهای گروه آمینو در یک لنگر GPI منتقل می کند.

چرا یک نوع لنگر غشایی جایگزین نوعی دیگر می شود؟ اتصال لنگر GPI منجر به حذف دمین آبدوست سیتوزولی آن پروتئین می شود، که می توانند نتایج متععدی در برداشته باشد. برای مثال، پروتئین هایی که دارای لنگرهای GPI می باشند، می توانند به سرعت در غشاء دو لایه فسفولیپیدی انتشار یابند. در مقابل، بیشتر پروتئین هایی که توسط مارپیچ A گذرنده از غشاء به غشاء لنگر انداخته اند، نمی تواند حرکات جانبی در غشاء داشته باشند زیرا بخش هایی از آنها که به سمت سیتوزول است با اسکلت سلولی برهمکنش می دهند. به علاوه، همانطور که در فصل ۱۴ بحث می شود، لنگر GPI، پروتئین متصل شده را به بخش رأسی غشاء پلاسمایی (به جای بخش جانبی) در سلول های اپیتلیال قطبی خاصی هدایت می کند.

 

 

 

شکل ۱۳-۱۶٫ الگوهای هیدروپاتی. الگوهای هیدروپاتی توپوژنیک مشابه را در پروتئین های غشایی داخلی شناسایی می کنند. الگوها با ترسیم حالت آبگریزی هر یک از قطعات ۲۰ آمینواسیدی در طول پروتئین بوجود می آید. شاخص مثبت، پروتئین های آبگریز نسبی و شاخص منفی بخش های قطبی را نشان می دهد.

توپولوژی یک پروتئین غشایی را اغلب می توان از روی توالی آن تعیین کرد.

همانطور که دیدیم ، توالی های مختلف پروتئین های غشایی که در ER سنتز می شوند، برهمکنش زنجیره در حال سنتز را با ترانسلوکون تحت تأثیر قرار می دهد. زمانی که محققان می خواهند عملکرد یک پروتئین ناشناخته را مطالعه کنند، شناسایی توالی های توپوژنیک بالقوه در درون توالی ژن مربوط به آن پروتئین می تواند اطلاعات مهمی را درباره عملکرد و گروه توپولوژیکی آن پروتئین فراهم آورد. برای مثال، فرض می شود که ژنی که برای پروتئین مسیر پیامرسانی سلول به سلول لازم می باشد حاوی توالی های نوکلئوتیدی می باشد که یک توالی نشانه در انتهای آمینو و یک توالی داخلی آبگریز را کد می کند. این یافته ها نشان می دهد که این پروتئین، یک گیرنده سطح سلول برای یک لیگاند خارج سلولی باشد. به علاوه، توپولوژی نوع I نشان می دهد که قطعه ای از انتهای آمینو که میان توالی نشانه و توالی داخلی آبگریز واقع می شود، یک دمین خارج سلولی را تشکیل می دهد که احتمالاً در اتصال به لیگاند شرکت می کند، اگر چه قطعه ای از انتهای کربوکسیل که پس از توالی داخلی آبگریز واقع می شود، احتمالاً سیتوزولی می باشد و در پیامرسانی درون سلولی شرکت می کند.

شناسایی توالی های توپوژنیک نیازمند روشی برای بررسی اطلاعات توالی قطعاتی است که به اندازه کافی آبگریزند و می توانند به عنوان یک توالی نشانه با یک توالی لنگرانداز گذرنده از غشاء باشند. اغلب می توان توالی های توپوژن را با برنامه های رایانه ای که پروفایل هیدروپاتی پروتئین مورد نظر را بوجود می آورند، مورد بررسی قرار داد. مرحله اول تعیین مقداری مشخص تحت عنوان شاخص هیدروپاتی برای هر یک از آمینواسیدهای درون پروتئین می باشد. بطور قراردادی، به آمینواسیدهای آبگریز مقادیر مثبت و به آمینواسیدهای آبدوست مقادیر منفی اختصاص داده می شود. اگر چه مقیاس های مختلفی براس شاخص هیدروپاتی وجود دارد، اما در تمامی موارد مقادیر مثبت بیشتر یه آمینواسیدهای دارای زنجیره جانبی واجد هیدروکربن (نظیر فنیل آلانین و متیونین) و مقادیر منفی بیشتر به آمینواسیدهای باردار (نظیر آرژنین و آسپارتات) تخصیص می یابند.

مرحله دوم شناسایی قطعات آبگریز طویل تر برای توالی های نشانه در انتهای آمینو یا توالی های داخلی متوقف کننده انتقال و توالی های نشانه لنگرانداز می باشد. برای انجام این کار، شاخص هیدروپاتی کل برای قطعات متوالی ۲۰ آمینواسیدی در تمام طول پروتئین محاسبه می شود. نمودار این مقادیر محاسبه شده در مقابل موقعیت این آمینواسیدها در توالی، پروفایل هیدروپاتی را ایجاد می کند. شکل ۱۳-۱۶ پروفایل های هیدروپاتی سه پروتئین غشایی مختلف را نشان می دهد. قله های برجسته موجود در این نمودارها نشان دهنده توالی های توپوژنیک احتمالی و نیز موقعیت و طول احتمالی آن ها می باشد. برای مثال، پروفایل هیدروپاتی گیرنده هورمون رشد انسان نشان دهنده وجود یک توالی نشانه آبگریز در انتهای آمینوی این پروتئین و یک توالی درونی آبگریز متوقف کننده پیام می باشد (شکل ۱۳-a16). بر اساس این پروفایل می توانیم به درستی نتیجه بگیریم که گیرنده هورمون رشد انسان یک پروتئین درون غشایی نوع I می باشد. پروفایل هیدروپاتی گیرنده آسیالوگلیکوپروتئین (یک پروتئین سطح سلولی که حذف گلیکوپروتئین های خارج سلولی غیرطبیعی را وساطت می کند) نشان دهنده یک توالی درونی نشانه لنگرانداز آبگریز می باشد، اما در آن نشانه ای از توالی نشانه آبگریز انتهای آمینو وجود ندارد (شکل ۱۳-b16 ). بنابراین می توانیم پیش گویی کنیم که گیرنده آسیالوگلیکوپروتئین یک پروتئین غشایی نوع II یا III می باشد. توزیع ریشه های باردار روی دو طرف توالی نشانه لنگرانداز اغلب می تواند بین این دو احتمال تمایز ایجاد کند، زیرا آمینواسیدهای دارای بار مثبت در کنار یک قطعه گذرنده از غشاء واقع می شوند که معمولاً در سمت سیتوزولی غشاء قرار می گیرند. برای مثال، در مورد گیرنده آسیالوگلیکوپروتئین، بررسی های انجام گرفته روی ریشه های واقع در کنار توالی نشانه لنگرانداز نشان می دهد که ریشه های آمینواسیدی در انتهای آمینو دارای بارخالص مثبت می باشند، بنابراین می توان پیش بینی کرد که این پروتئین، یک پروتئین نوع II می باشد.

پروفایل هیدروپاتی انتقال دهنده گلوکز به نام GluT1 ، که یک پروتئین غشایی چندبار گذرنده از غشاء است، نشان دهنده وجود قطعات بسیاری می باشد که برای تشکیل مارپیچ های گذرنده از غشا به اندازه کافی آبگریز می باشند. (شکل ۱۳-c16). پیچیدگی این پروفایل نشان دهنده وجود مشکل در شناسایی تمام قطعات گذرنده از غشاء در یک پروتئین چندبار گذرنده از غشا و در پیش گویی توپولوژی هر یک از توالی های نشانه لنگرانداز متوقف کننده انتقال می باشد. الگوریتم های رایانه ای پیشرفته تری طراحی شده اند که حضور آمینواسیدهای دارای بار مثبت را در مجاور قطعات آبگریز و نیز طول و فضای میان قطعات را محاسبه می کنند. با استفاده از تمام این اطلاعات، بهترین الگوریت ها می توانند توپولوژی پیچیده پروتئین های چندبار گذرنده از غشا را با دقتی بیش از ۷۵ درصد، پیش گویی کنند.

در نهایت، همولوژی توالی یک پروتئین با یک پروتئین شناخته شده ممکن است این امکان را فراهم کند که پیش گویی درستی از توپولوژی یک پروتئین جدید چندبار گذرنده از غشا تازه کشف شده صورت گیرد. برای مثال، ژنوم موجودات زنده پرسلولی تعداد بسیار زیادی از پروتئین های چندبار گذرنده از غشاء دارای هفت مارپیچa گذرنده از غشاء را کد می کنند. شباهت های میان توالی های این پروتئین ها نشان می دهد که تمام آن ها توپولوژی یکسانی دارند، و همانند گیرنده های جفت شده با G پروتئین، انتهای آمینوی آن ها در سطح اگزوپلاسمی و انتهای کربوکسیل آن ها در سطح سیتوزولی غشاء قرار می گیرد.[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۵)”]

ورود پروتئین های غشایی به ER

  • پروتئین های داخل غشایی در شبکه آندوپلاسمی زبر سنتز می شوند و به پنج گروه توپولوژیک و یک نوع متصل به غشاء تقسیم می شوند. (شکل ۱۳-۱۰).
  • توالی توپوژنیک-توالی های نشانه انتهای آمینوN – توالی های درونی لنگرانداز متوقف کننده انتقال، توالی های نشانه لنگرانداز درونی – ورود و جهت گیری پروتئین های در حال سنتز را در داخل غشاء ER هدایت می کنند. این جهت گیری هنگام انتقال پروتئین غشایی به مقصد نهایی خود یعنی غشاء پلاسمایی حفظ می شود.
  • پروتئین های غشایی یکبار گذرنده از غشا دارای یک یا دو توالی توپوژنیک می باشند. در پروتئین های غشایی چندبار گذرنده از غشاء هر قطعه مارپیچ a می تواند براساس موقعیت قرارگیری آن در زنجیره پلی پپتیدی و حضور ریشه های دارای بار مثبت در مجاورت آن ها، به عنوان یک توالی توپولوژیک درونی عمل کند (شکل ۱۳-۱۴).
  • برخی پروتئین های سطح سلول در ابتدا همانند پروتئین های نوع I در ER سنتز می شوند و سپس در دمین لومنی بریده می شوند و به یک لنگر GPI انتقال می یابند. (شکل ۱۳-۱۵)
  • توپولوژی پروتئین های غشایی را می توان اغلب با برنامه های رایانه ای پیش گویی کرد. به این ترتیب می توان قطعات توپوژنیک آبگریز درون توالی آمینواسیدی و پروفایل‌های هیدروپاتی ایجاد شده، شناسایی کرد (شکل ۱۳-۱۶)

[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۶)”]

 ورود پروتئین های غشایی به شبکه آندوپلاسمی

در فصل های پیشین با بسیاری از پروتئین های گذرنده از غشاء که در سرتاسر سلول حضور دارند آشنا شدیم. هر کدام از این پروتئین ها نسبت به غشاء دو لایه فسفولیپیدی دارای جهت گیری منحصر بفرد می باشند. پروتئین های درون غشایی ER، گلژی و لیزوزوم، و همچنین پروتئین های موجود در غشای پلاسمایی، همگی روی شبکه آندوپلاسمی سنتز می شوند. این پروتئین ها جهت گیری منحصر بفرد خود را در غشاء در حین حرکت به سوی مقصد نهایی خود (در مسیر مشابه مسیر پروتئین های ترشحی محلول) حفظ می کنند (شکل ۱۳-۱، چپ). در این اتقال جهت گیری پروتئین غشایی حفظ می شود؛ بدین معنی که، بخش های از پروتئین همیشه به سمت سیتوزول می باشد و بخش های دیگر آن همیشه در جهت مخالف قرار می گیرند. بنابراین جهت گیری نهایی ایی پروتئین های غشایی حین بیوسنتز آن ها روی غشاء ER تعیین می شود. در این بخش، ابتدا خواهیم دید که پروتئین های درون غشایی چگونه می توانند با غشاء برهمکنش دهند و سپس بررسی می کنیم که چگونه چندین نوع توالی، که مجموعاً تحت عنوان توالی ها توپوژنیک (Topogqnic sequences) نامیده می شوند، ورود و جهت گیری دسته های مختلف از پروتئین های درون غشایی را هدایت می کنند. این فرایندها از طریق تغییرات مکانیسم پایه مورد استفاده برای انتقال پروتئین های ترشحی محلول از عرض غشاء ER، صورت می پذیرد.

چندین گروه توپولوژیک از پروتئین های درون غشایی روی ER سنتز می شوند.

توپولوژی یک پروتئین غشایی معرف تعداد دفعات عبور زنجیره پلی پپتیدی آن از غشاء و جهت گیری این قطعات گذرنده از غشاء در داخل غشاء می باشد. عناصر کلیدی از یک پروتئین که توپولوژی آن را تعیین می کنند، قطعات عبور کننده از غشاء می باشند که معمولاً مارپیچ های a با ۲۵-۲۰ آمینواسید آبگریز می باشند و در برهمکنش هایی که از لحاظ انرژی مساعد هستند و درون دو لایه فسفولیپیدی آبگریز انجام می شوند، شرکت می کنند.

پروتئین های درون غشایی در یکی از پنج گروه توپولوژیکی نشان داده شده در شکل ۱۳-۱۰ قرار می گیرند. گروه های توپولوژیک III، II، I و پروتئین های لنگرانداز شامل پروتئین های یک بار گذرنده از غشا می باشند که تنها دارای یک قطعه مارپیچ a عبور کننده از غشاء می باشند. پروتئین های نوع I دارای یک توالی نشانه ER در انتهای آمینو می باشند که هنگام بلوغ بریده می شود.

شکل ۱۳-۱۰٫ پروتئین های غشای شبکه آندوپلاسمی. پنج گروه توپولوژیک پروتئین های غشایی که روی شبکه آندوپلاسمی زیر سنتز می شوند و نیز نوع ششم که به وسیله لنگر فسفولیپیدی به غشاء اتصال می یابد. پروتئین های غشایی بر اساس جهت گیری خود در غشاء و انواع توالی های نشانه برای هدایت آن ها به غشاء ER، دسته بندی می شوند. در پروتئین های درون غشایی، قطعات آبگریزی از زنجیره پروتئینی، مارپیچ های a را تشکیل می دهند که در دو لایه غشایی قرار می گیرند؛ نواحی خارج از غشاء آبدوست می باشند و با کنفوماسیون‌های مختلفی تاخوردگی می یابند. پروتئین های نوع IV دارای چندین مارپیچ  a گذرنده از غشاء می باشند. توپولوژی پروتئین نوع IV نشان داده شده در اینجا مربوط به گیرنده های جفت شده با G پروتئین می باشد: دارای هفت مارپیچ a می باشد که انتهای آمینوی آن در سمت اگزوپلاسمی غشاء و انتهای کربوکسیل آن در سمت سیتوزولی قرار می گیرد. سایر پروتئین های نوع IV ممکن است دارای تعداد متفاوتی مارپیچ باشند و انتهای آمینو و کربوکسیل آن ها دارای جهت گیری های مختلفی باشد.

این پروتئین ها به صورتی درون غشاء قرار می گیرند که انتهای آمینوی آبدوست آنها روی سطح لومنی (که سطح اگزوپلاسمیک نیز نامیده می شود) قرار می گیرد و ناحیه انتهای کربوکسیل آن ها روی سطح سیتوزولی قرار می گیرد. پروتئین های نوع II دارای توالی نشانه ER قابل برش نمی باشند و جهت گیری آن ها به این صورت است که ناحیه انتهای آمینوی آبدوست آنها روی سطح سیتوزولی واقع می شود و ناحیه انتهای کربوکسیل آبدوست آن ها روی سطح اگزوپلاسمی قرار می گیرد (یعنی، برخلاف پروتئین های نوع I). پروتئین های نوع III دارای یک قطعه آبگریز گذرنده از غشاء در انتهای آمینوی خود می باشند و بنابراین جهت گیری یکسانی با پروتئین های نوع I دارند اما دارای توالی نشانه قابل برش نمی باشند. در نهایت، پروتئین های لنگرانداز دارای یک قطعه آبگریز در انتهاب کربوکسیل خود هستند که از غشاء عبور می کند. این توپولوژی های مختلف بیانگر مکانیزم های مختلف مورد استفاده توسط سلول برای ایجاد جهت گیری غشایی قطعات گذرنده از غشاء می باشد و در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرند.

توالی داخلی متوقف کننده انتقال (Stop Transfer) و توالی نشانه لنگر (Signal – Anchor) تعیین کننده توپولوژی پروتئین های یکبار گذرنده از غشا می باشند.

بحث خود را با چگونگی تعیین توپولوژی پروتئین غشایی با ورود پروتئین های درون غشایی (که دارای یک قطعه آبگریز گذرنده از غشاء می باشند) به غشاء، شروع می کنیم. دو توالی در هدایت و جهت گیری پروتئین های نوع I در غشای شبکه آندوپلاسمی دخیل می باشند. اگر چه پروتئین های نوع II و III دارای یک توالی داخلی توپوژنیک می باشند. همان طور که خواهیم دید، سه نوع اصلی از توالی های توپوژنیک وجود دارد که برای هدایت پروتئین ها به غشاء ER و جهت گیری آن ها در درون غشاء مورد استفاده می باشد. قبلاً یکی از این توالی ها، یعنی توالی نشانه انتهای آمینو را معرفی کردیم. دو توالی دیگر که در اینجا معرفی می شوند عبارتند از توالی های درونی که توالی های لنگر متوقف کننده انتقال و توالی های نشانه لنگر نامیده می شوند. برخلاف توالی های نشانه، این دو نوع توالی توپوژنیک در پروتئین بالغ وجود دارند و به عنوان قطعات گذرنده از غشاء عمل می کنند. با این حال، جهت گیری نهایی این دو نوع توالی توپوژنیک در غشاء متفاوت می باشد.

پروتئین های نوع I؛ تمام پروتئین های گذرنده از غشاء نوع I دارای یک توالی نشانه انتهای آمینو می باشند که آنها را به ER هدایت می کند. این پروتئین ها دارای یک توالی داخلی آبگریز می باشند که مارپیچ a گذرنده غشاء را تشکیل می دهد.

شکل ۱۳-۱۱٫ قرار گیری پروتئین های یکبار گذرنده از غشای نوع ۱٫ مرحله (۱): پس از اتصال کمپلکس ریبوزوم/زنجیره در حال سنتز به ترانسلوکون در غشاء ER، توالی نشانه انتهای آمینوی آن بریده می شود. این فرآیند توسط مکانیزم مشابهی با پروتئین های ترشحی محلول صورت می پذیرد (شکل ۶-۱۳). مراحل (۲) و (۳): زنجیره پلی پتیدی تا زمانی که توالی آبگریز لنگر انداز متوقف کننده انتقال، سنتز و وارد ترانسلوکون شود، طویل می شود. در این جا از عبور بیشتر زنجیره در حال سنتز به درون لومن ER جلوگیری می شود. مرحله (۴): توالی لنگر متوقف کننده انتقال بطور جانبی از میان زیر واحدهای ترانسلوکون عبور می کند و در غشای دو لایه فسفولیپیدی لنگر می اندازد. در این هنگام، احتمالاً ترانسلوکون بسته می باشد. مرحله (۵): در این حین سنتز ادامه می یابد، و زنجیره در حال طویل سازی ممکن است از میان فضای کوچک بین ریبوزوم و ترانسلوکون به سمت سیتوزول خارج شود. مرحله (۶): هنگامی که سنتز کامل می شود، زیرواحدهای ریبوزوم درون سیتوزول رها می شوند، و پروتئین را آزاد می گذارند تا در غشاء قرار بگیرد.

فرآیند انتقال همزمان با ترجمه یک پروتئین نوع I در حال سنتز، مانند یک پروتئین ترشحی محلول، از طریق عملکرد مشترک SRP و گیرنده آن شروع می شود. هنگامی که انتهای آمینوی پلی پپتید در حال ساخت وارد لومن ER می گردد، توالی نشانه آن برش می یابد و زنجیره در حال ساخت از عرض غشاء ER عبور می کند. برخلاف پروتئین های ترشحی محلول، که توالی تقریباً ۲۲ آمینواسیدی آبگریز وارد ترانسلوکون می شود، این توالی سبب توقف انتفال پروتئین از میان کانال می شود (شکل ۱۳-۱۱). سپس کمپلکس Sec 61 قادر می باشد شبیه یک جعبه تاشو باز شود، و این امکان را برای قطعه گذرنده از غشاء پلی پپتید انتقالی فراهم می کند تا به صورت جانبی از میان دمین های پروتئینی تشکیل دهنده دیواره ترانسلوکون حرکت کند (شکل ۱۳-۸). هنگامی که این پروتئین، با این روش از ترانسلوکون خارج می شود، به دو لایه فسفولیپیدی غشاء لنگر می اندازد. به دلیل عملکرد دوگانه این توالی هم به عنوان توالی متوقف کننده عبور زنجیره پلی پپتیدی از میان غشاء، توالی لنگر متوقف کننده انتقال می نامند.

هنگامی که انتقال متوقف می شود، فرآیند ترجمه در ریبوزومی که هنوز به ترانسلوکون خالی شده و بسته شده متصل می باشد، ادامه می یابد. در حین سنتز انتهای کربوکسیل زنجیره پروتئینی، حلقه آن به سمت سیتوزولی غشاء بیرون می زند. هنگامی که فرآیند ترجمه کامل می شود، ریبوزوم از ترانسلوکون رها می شود و انتهای کربوکسیل پروتئین نوع i تازه سنتز شده در سیتوزول باقی می ماند. مطالعات انجام گرفته روی   cDNAهای کد کننده گیرنده های جهش یافته مختلف هورمون رشد انسانی (HGH) که در سلول های کشت داده شده پستانداران بیان می شوند، این مکانیزم را تأیید می کنند. گیرنده طبیعی HGH، که یک پروتئین نوع I می باشد،بطور طبیعی به غشاء پلاسمایی منتقل می شود. در حالی که گیرنده جهش یافته ای که دارای ریشه های باردار وارد شده به قطعه مارپیچ a گذرانده از غشاء می باشند یا بسیاری از ریشه های موجود در این قطعه را از دست می دهند، بطور کامل به درون لومن ER منتقل می شوند و سرانجام به عنوان یک پروتئین محلول از سلول ترشح می شوند. این نوع آزمایش ها نشان می دهند که مارپیچ a آبگریز گذرنده از غشاء مربوط به گیرنده HGH و سایر پروتئین های نوع I، به عنوان یک توالی متوقف کننده پیام و همین طور یک توالی لنگرانداز به غشاء عمل می کنند که از عبور انتهای کربوکسیل این پروتئین ها از غشاء ER جلوگیری می کند.

پروتئین های نوع II و نوع III؛ برخلاف پروتئین های نوع I، پروتئین های نوع II و III فاقد توالی نشانه ER قابل برش در انتهای آمینو می باشند. در عوض، هر دو دارای یک توالی نشانه لنگر آبگریز داخلی هستند که هم به عنوان یک توالی نشانه ER عمل می کند و هم به عنوان یک توالی غشایی لنگرانداز.

به خاطر دارید که پروتئین های نوع II و III دارای جهت گیری مخالفی  در غشاء می باشند (شکل ۱۳-۱۰). این اختلاف براساس جهت گیری توالی های نشانه لنگرانداز آن ها نسبت به یکدیگر در داخل تراسلوکون می باشد. توالی نشانه لنگرانداز درونی در پروتئین های نوع II، ورود زنجیره در حال سنتز را به درون غشاء ER هدایت می کند به طوری که انتهای آمینوی این زنجیره به سمت سیتوزول قرار می گیرد. این عمل با استفاده از مکانیسم مشابهی که وابسته به SRP می باشد و برای توالی های نشانه شرح داده شد، انجام می گیرد (شکل ۱۳-۱۲ a).

 شکل ۱۳-۱۲٫ قرارگیری پروتئین های یکبار گذرنده از غشای نو II و نوع III. پروتئین های نوع II. مرحله (۱): پس از سنتز توالی نشانه لنگرانداز داخلی روی یک ریبوزوم، این توالی به یک SRP اتصال می یابد (که در اینجا نشان داده نشده است)، سبب هدایت کمپلکس ریبوزوم/زنجیره در حال سنتز به غشاء ER می شود. این فرآیند مشابه هدایت پروتئین های ترشحی محلول می باشد به استثناء اینکه توالی نشانه آبگریز در انتهای آمینو قرار نمی گیرد و در نتیجه بریده نمی شود. زنجیره در حال سنتز با انتهای آمینوی خود را در داخل ترانسلوکون به سمت سیتوزولی جهت گیری می کند. اعتقاد بر این است که این نوع جهت گیری بر اساس ریشه های دارای بار مثبت نشان داده شده در انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز وساطت می شود. مرحله (۲): در حین طویل سازی زنجیره و عبور به درون لومن، توالی نشانه لنگرانداز داخلی با حرکات جانبی از ترانسلوکون بیرون می آید و زنجیره آن به دو لایه فسفولیپیدی لنگر می اندازد. مرحله (۳): زمانی که سنتز پروتئین کامل می شود. انتهای کربوکسیل پلی پپتید به درون لومن رها می شود، و زیر واحدهای ریبوزومی به درون سیتوزول آزاد می شوند. (b) پروتئین های نوع III، مرحله (۱): این فرایند بوسیله مسیری مشابه با پروتئین های نوع II صورت می پذیرد، به استثناء اینکه ریشه های دارای بار مثبت روی سمت انتهای کربوکسیل توالی نشانه لنگرانداز واقع شده اند و سبب می شوند که قطعه گذرنده از غشاء به صورتی در داخل ترانسلوکون جهت گیری کند که بخش انتهای کربوکسیل آن ها در سمت سیتوزول و بخش انتهای آمینوی آن در سمت لومن ER قرار گیرد. مراحل (۲) و (۳): طویل شدن بخش انتهای کربوکسیل پروتئین در سیتوزول کامل می شود، و سپس زیر واحدهای ریبوزومی آزاد می شوند.  

توالی نشانه لنگرانداز داخلی بریده نمی شود و با حرکات جانبی از میان دمین های پروتئینی دیواره ترانسلوکون عبور می کند و به درون دو لایه فسفولیپیدی غشاء وارد می شود، و در آنجا به عنوان یک لنگر غشایی عمل می کند. در این حین طویل سازی ادامه می یابد، و ناحیه انتهای کربوکسیل زنجیره در حال رشد با انجام فرآیند انتقال همزمان با ترجمه، از میان ترانسلوکون به درون لومن ER وارد می شود.

در مورد پروتئین های نوع III، توالی نشانه لنگرانداز که در نزدیکی انتهای آمینو قرار می گیرد، و سبب ورود زنجیره در حال سنتز به درون غشای ER می گردد؛ به طوری که انتهای آمینوی آن به سمت لومن قرار می گیرد، یعنی در خلاف جهت توالی نشانه لنگرانداز در پروتئین های نوع II. همچنین توالی نشانه لنگرانداز پروتئین های نوع III همانند یک توالی متوقف کننده انتقال عمل می کنند و از عبور بیشتر زنجیره در حال ساخت به درون لومن ER جلوگیری به عمل می آورد (شکل ۱۳-b12).

طویل سازی انتهای کربوکسیل زنجیره مشابه پروتئین های نوع I، تا توالی نشانه لنگرانداز/متوقف کننده انتقال ادامه داشته و با حرکات جانبی توالی آبگریز در میان زیر واحدهای ترانسلوکون پیش می رود تا پلی پپتید بتواند به درون غشاء ER لنگر بیاندازد (شکل ۱۳-۱۱).

یکی از ویژگی های توالی های نشانه لنگرانداز که به نظر می رسد جهت گیری ورود آن را در غشاء تعیین می کند، تراکم بسیار زیادی از آمینواسیدهای دارای بار مثبت در مجاورت یک انتهای قطعه آبگریز می باشد. این ریشه های دارای بار مثبت تمایل دارند که در سمت سیتوزولی غشاء باقی بمانند، نه از غشاء به سمت لومن ER منتقل شوند. بنابراین موقعیت ریشه های باردار جهت گیری توالی نشانه لنگرانداز را در داخل ترانسلوکون تعیین می کند و همین طور تعیین می کند که آیا بقیه زنجیره پلی پپتیدی به درون لومن ER عبور کند یا خیر؛ پروتئین های نوع II بیشتر در سمت انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز خود ریشه های آمینواسیدی دارای بار مثبت دارند، که این امر سبب می شود با جهت گیری انتهای آمینو در سمت سیتوزولی، امکان عبور انتهای کربوکسیل به درون ER فراهم گردد (شکل ۱۳-a12)، در پروتئین های نوع III، در سمت انتهای کربوکسیل توالی نشانه لنگرانداز ریشه هایی بار مثبت قرار می گیرد، که سبب ورود انتهای آمینوی آن ها به درون ترانسلوکون می شود و از ورود انتهای کربوکسیل آن ها به سیتوزول جلوگیری می کند (شکل ۱۳-۱۲b)

آزمایش های انجام گرفته بوسیله نورامینیداز نشان می دهد که باردار بودن یک توالی نقش مهمی در تعیین جهت گیری غشایی آن توالی دارد. نورامینیداز یک پروتئین نوع II می باشد که در سطح پوشش ویروس آنفلوانزا قرار می گیرد. در نورامینیداز سه ریشه آرژنین در انتهای آمینوی توالی نشانه لنگرانداز واقع می شوند. جهش یافتن این سه ریشه دارای بار مثبت به ریشه های گلوتامات دارای بار منفی سبب می شود که نورامینیداز در غشاء جهت گیری معکوسی به خود بگیرد. آزمایش های مشابهی نشان داده اند که جهت گیری پروتئین های دیگری را که دارای جهت گیری نوع II یا نوع III می باشند، می توان با ایجاد جهش در ریشه های بارداری که در قطعه توالی نشانه لنگرانداز درونی آن ها واقع شده اند تغییر داد.

پروتئین های Tail-Anchored ؛ در تمام گروه های توپولوژیک پروتئین هایی که تا کنون مورد توجه قرار داده ایم، ورود زنجیره پلی پپتیدی هنگامی شروع می شود که SRP، پپتید آبگریز توپوژنیک را به محض بیرون آمدنش از ریبوزوم شناسایی کند. شناسایی پروتئین های Tail-Anchored که دارای یک توالی آبگریز توپوژنیک در انتهای کربوکسیل خود می باشند، بسیار منحصر به فرد می باشد، زیرا انتهای کربوکسیل آبگریز تنها پس از تکمیل فرآیند ترجمه و رها شدن پروتئین سنتز شده از ریبوزوم قابل شناسایی می باشد.

شکل ۱۳-۱۳٫ ورود پروتئین های anchored-Tail. در این پروتئین ها انتهای کربوکسیل آبگریز تا زمانی که پروتئین بطور کامل سنتز شود و از ریبوزوم آزاد گردد، برای ورود به غشاء ER در دسترس نمی باشد. مرحله (۱): ۳ Get در حالت اتصال یافته به ATP به دنباله  انتهای کربوکسیل آبگریز پروتئین سنتز شده متصل می شود. یک کمپلکس سه پروتئین به نام های؛۲Get4، sgt و ۵Get این واکنش اتصالی را تسهیل می کند.، بطوری که دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز قبل از ورود آن به  Get3 . ATP جدا می گردد (در این شکل نشان داده نشده است). مرحله (۳): در ادامه، ATP هیدرولیز می شود و ADP از Get3 رها می شود. در همین حین، دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز از Get3 آزاد می شود و در غشاء ER قرار می گیرد. مرحله (۴): Get3 به ATP اتصال می یابد و Get3  ATP از کمپلکس Get1 و Get2 به فرم محلول رها می گردد، و برای شروع دور دیگری از اتصال به دنباله انتهای کربوکسیل آبگریز آماده می شود.

 ورود این پروتئین ها به درون غشای ER از طریق SRP و گیرنده آن، یا ترانسلوکون صورت نمی پذیرد، بلکه همانطور که در شکل ۱۳-۱۳ به تصویر کشیده شده است، بر اساس مسیری می باشد که برای آن تخصص یافته است. در هدایت این پروتئین های یک ATPase شناخته شده بنام ۳ Get دخیل می باشد، که به قطعه انتهای کربوکسیل پروتئین ها اتصال می یابد. کمپلکس Get3 به یک پروتئین اتصال یافته و آن را به یک گیرنده دایمر درون غشایی بنام Get2/1 Get روی ER هدایت می کند، و پروتئین برای ورود به غشاء از کمپلکس ۳ Get رها می گردد. ورود پروتئین به درون غشاهای ER بوسیله پروتئین های Get مشابه هدایت پروتئین های دارای توالی نشانه توسط SRP و گیرنده آن به شبکه آندوپلاسمی می باشد. دو تفاوت میان این دو نوع فرآیند هدف گذاری این است که، پروتئین های Tail-Anchored  پس از رها شدن از Get3 ممکن است مستقیماً وارد غشاء دو لایه گردد، اما SPR سبب هدایت توالی نشانه به ترانسلوکون می شود. تفاوت دیگر این است که هدف گذاری و انتقال پروتئین های Tail-Anchored توسط Get3 از طریق هیدرولیز ATP صورت می پذیرد، اما هدف گذاری پروتئین ترشحی توسط SRP با هیدرولیز GTP  صورت می گیرد.

پروتئین های چندبار گذرنده از غشا دارای چندین توالی توپوژنیک داخلی می باشند.

شکل ۱۳-۱۴ خلاصه ای از آرایش توالی های توپوژنیک موجود در پروتئین های یکبار گذرنده از غشاء و چندبار گذرده از غشا را نشان می دهد. در پروتئین های چندبار گذرنده از غشا (نوع IV)، هر کدام از این مارپیچ a گذرنده از غشاء به عنوان یک توالی توپوژنیک عمل می کنند، که قبلاً در موردشان بحث کردیم: این توالی ها می توانند پروتئین را به ER هدایت کنند، تا پروتئین در غشاء ER لنگر بیاندازد، یا انتقال پروتئین را از میان غشاء متوقف کنند.

[/tab][/tabgroup]

[tabgroup][tab title=”قسمت هایی از متن (۷)”]زنجیره های جانبی الیگوساکاریدها می تواند سبب تاخوردگی و پایداری گلیکوپروتئین ها گردد.

الیگوساکاریدهای متصل به گلیکوپروتئین ها عملکردهای مختلفی بر عهده دارند. برای مثال، برخی پروتئین ها به منظور تاخوردگی مناسب در ER، نیازمند الیگوساکاریدهای Linked-N می باشند. این عملکرد با مطالعات انجام گرفته روی آنتی بیوتیک تونیکامایسین به اثبات رسیده است. این آنتی بیوتیک مرحله اول تشکیل پیش ساز الیگوساکاریدی متصل به دولیکول را مسدود می کند و بنابراین از سنتز تمام الیگوساکاریدهای Linked-N در سلول جلوگیری می کند (شکل ۱۳-۱۷، بالا سمت چپ). برای مثال، در حضور تونیکامایسین، پلی پپتید پیش ساز هماگلوتینین در ویروس آنفلوانرا (HAO) سنتز می شود، اما این پلی پپتید نمی تواند بطور مناسب تاخوردگی یابد و یک ترایمر طبیعی تشکیل دهد؛ در این مورد، پروتئین بدرستی تاخوردگی نمی یابد و در ER باقی می ماند. به علاوه، جهش یک ریشه خاص آسپارژین در توالی HA به گلوتامین، از افزودن الیگوساکارید Linked-N به آن جایگاه جلوگیری می کند و سبب می شود که آن پروتئین در یک حالت فاقد تاخوردگی در داخل ER انباشته گردد.

 

 

 

شکل ۱۳-۱۸٫ اضافه شدن و شروع پردازش اولیگوساکاریدهای Linked-N. در شبکه آندوپلاسمی زبر سلول های پستانداران، پیش ساز ۲(Man-9(GlcGlcNAC3 از حامل دولیکولی به یک ریشه آسپارین خاص در پروتئین در حال سنتز انتقال می یابد (به محض ورود این ریشه آسپارژین به سمت لومن ER)، (مرحله ۱). در سه واکنش جداگانه، ابتدا یک ریشه گلوکز (مرحله ۲)، سپس دو ریشه گلوکز (مرحله۳)، و در نهایت یک ریشه مانوز حذف می شوند. اضافه شدن مجدد یک ریشه گلوکز (مرحله۳a) نقش مهمی در تاخوردگی صحیح بسیاری از پروتئین ها در ER ایفا می کند. در اینجا فرآیند گلیکوزیلاسیون Linked-N یک پروتئین ترشحی محلول نشان داده می شود، اما بخش های لومنی یک پروتئین درون غشایی نیز می تواند، توسط مکانیسم مشابهی روی ریشه های آسپارژین تغییر کند.

الیگوساکاریدهای Linked-N علاوه بر نقشی که در تاخوردگی مناسب یک پروتئین دارند، سبب پایداری بسیاری از گلیکوپروتئین های ترشحی می شوند. در بسیاری از پروتئین های ترشحی حتی اگر از اضافه شدن تمام الیگوساکاریدهای Linked-N جلوگیری شود (مثلاً توسط تونیکوماسین)، باز هم به درستی تاخوردگی یافته و به مقصد نهایی خود منتقل می شود. با این حال نشان داده شده است که، این پروتئین های غیرگلیکوزیله نسبت به اشکال گلیکوزیله پایداری کمتری دارند. برای مثال، فیبرونکتین گلیکوزیله، که یک جز، طبیعی ماتریکس خارج سلولی می باشد، نسبت به فیبرونکتین غیر گلیکوزیله، بسیار کندتر توسط پروتئازها تجزیه می شود.

الیگوساکاریدهای گلیکوپروتئین های سطح سلول در چسبندگی سلول – سلول نیز نقش مهمی ایفا می کنند. برای مثال، مولکول های چسبنده سلول (CAMs) می باشند که به شدت گلیکوزیله اند. الیگوساکاریدهای این مولکول با دمین متصل شونده به قند CAM های سلول های اندوتلیال واقع در عروق خونی برهمکنش می دهند. این برهمکنش سبب اتصال لکوسیت ها به سلول های اندوتلیوم می گردد و به حرکت آنها به بافت های هنگام یک پاسخ التهابی به عفونت کمک می کند (شکل ۲۰-۳۹). سایر گلیوپرتئین های سطح سلول دارای زنجیره های جانبی الیگوساکاریدهای می باشند که می توانند سبب القاء پاسخ ایمنی شوند. یک مثال رایج، آنتی ژن های گروه های خونی A، B و O می باشد، که الیگوساکاریدهای Linked-O می باشند و به گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدهای واقع در سطح اریتروسیت ها و سایر انواع سلول ها متصل می شوند (شکل ۱۰-۲۰). در هر دو مورد، با روشی مشابه آنچه که برای پروتئین های محلول در شکل ۱۳-۱۸ نشان داده شده است، الیگوساکاریدها به سطح لومنی پروتئین های غشایی افزوده می شوند. سطح لومنی این پروتئین های غشایی از لحاظ توپولوژیک معادل سطح خارج غشای پلاسمایی می باشد، جایی که سنتز این پروتئین های در نهایت تمام می شود.

پیوندهای دی سولفید بوسیله پروتئین های داخل لومن ER تشکیل و بازآرایی می شوند.

در فصل۳ دیدیم پیوندهای دی سولفیدی (-S-S-) بین مولکولی و داخل مولکولی به پایداری ساختار سوم و چهارم بسیاری از پروتئین ها کمک می کنند. این پیوندهای کووالان بوسیله اتصال اکسیاتیو گروه های سولفیدریل (SH-)، یا گروه های تیول، بین دو ریشه سیستین ایجاد می شود. این اتصال می تواند در زنجیره های پلی پپتیدی یکسان یا مختلف صورت گیرد. این واکنش تنها زمانی که یک اکسید کننده مناسب وجود داشته باشد می تواند به صورت خودبخودی انجام شود. در سلول های یوکاریونی، پیوندهای دی سولفید تنها در لومن شبکه آندوپلاسمی زبر تشکیل می شوند. بنابراین پیوندهای دی سولفید تنها در پروتئین های ترشحی محلول و در دمین های اگزوپلاسمی پروتئین های غشایی یافت می شود. پروتئین های سیتوزولی و پروتئین های اندامک هایی نظیر میتوکندری، کلروپلاست، پراکسی زوم و غیره که در ریبوزوم های آزاد سنتز می شوند، معمولاً فاقد پیوند دی سولفید می باشند.

تشکیل کارآمد پیوندهای دی سولفیدی در لومن ER وابسته به آنزیم پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI) می باشد. این آنزیم در تمام سلول های یوکاریوتی یافت می شود و به فراوانی در شبکه آندوپلاسمی سلول های ترشحی در اندام هایی نظیر کبد و پانکراس یافت می شوند. قابل توجه است که در این اندام ها مقادیر زیادی از پروتئین های دارای پیوندهای دی سولفید تولید می شوند. همانطور که در شکل ۱۳-۱۹ a نشان داده شده است، پیوند دی سولفیدی در جایگاه فعال آنزیم PDI می تواند به آسانی طی دو واکنش انتقالی متوالی تیول-دی سولفید به یک پروتئین منتقل شود. PDI احیاء شده حاصل از این واکنش طی واکنش با یک پروتئین مستقر در ER به یک فرم اکسید شده باز می گردد. این پروتئین Erol نامیده می شود و حامل یک پیوند دی سولفید می باشد که می تواند به PDI منتقل شود. خود Erol از طریق واکنش با اکسیژن مولکولی موجود در ER اکسید می شود.

 

 

 

شکل ۱۳-۱۹٫ فعالیت پروتئین دس سولفید ایزومراز (PDI). تشکیل پیوندهای دی سولفیدی ئ بازآرایی آن ها از طریق دو ریشه سیستئین مجاور در جایگاه فعال آنزیم PDI که به آسانی بین فرم های تیول احیا و دی سولفید اکسید به یکدیگر تبدیل می شوند. پیکان های قرمز شماره گذاری شده نشان دهنده توالی الکترون های انتقالی می باشند. میله های زردرنگ مصرف پیوندهای دی سولفید می باشند. (a) تشکیل پیوندهای دی سولفیدی، فرم یونیزه شده (S-) از یک سیستئین تیول در سوبسترای پروتئینی با پیوند دی سولفید (S-S) در PDI اکسید شده بر همکنش می دهد تا از طریق تشکیل پیوند دی سولفیدی میان PDI و سوبسترای پروتئینی حد واسط ایجاد گردد. سپس تیول یونیزه شده دوم در این سوبسترا با این حد واسط برهمکنش می دهد، طوری که یک پیوند دی سولفیدی در داخل سوبسترای پروتئینی تشکیل می شود و POI احیا شده رها می گردد. در عوض، PDI الکترون ها را به یک پیوند دی سولفیدی در پروتئین لومنی Erol انتقال می دهد، و بدین وسیله فرم اکسید شده PDI مجدداً بوجود می آید. (PDI(b احیا می تواند بازآرایی پیوندهای دی سولفیدی نامناسب را بوسیله واکنش های انتقالی تیول – دی سولفید مشابهی کاتالیز کند. در این مورد، این واکنش ها تکرار می شوند تا زمانی که ساختار فضایی پایدارتری از آن پروتئین بدست آید.

در پروتئین هایی که بیش از یک پیوند دی سولفیدی دارند، جفت شدن صحیح و مناسب ریشه های سیستئین برای ساختار طبیعی و فعالیت این پروتئین ها ضروری می باشد. پیوندهای دی سولفیدی معمولاً بین سیستئین هایی که بطور متوالی در توالی آمینواسیدی قرار می گیرند، تشکیل می شوند به طوری که این فرآیند در حین ساخت یک زنجیره پلی پپتیدی در ریبوزوم صورت می پذیرد، اگر چه وجود ریشه های آمینواسیدی متوالی، برخی مواقع منجر به تشکیل پیوندهای دی سولفیدی میان سیستئین های اشتباه می شود برای مثال، پروانسولین (پیش ساز هورمون پپتیدی انسولین) دارای سه پیوند دی سولفید می باشد که سیستئین های ۱ و ۴، ۲، ۶، و ۳ و ۵ را به یکدیگر متصل می کند. در این مورد، پیوند دی سولفیدی که در ابتدا به صورت متوالی (مثلاً، بین سیستئین های ۱ و ۲) تشکیل شده اند، بازآرایی می شوند تا پروتئین به کنفورماسیون تاخورده مناسبی برسد. در سلول ها، بازآرایی پیوندهای دی سولفیدی نیز توسط PDI تسریع می شود. این آنزیم روی سوبستراهای پروتئینی بسیاری عمل می کند، و این امکان را فراهم می سازد که به ساختار فضایی پایدارتری از نظر ترمودینامیکی برسند (شکل ۱۳-b19).

پیوندهای دی سولفیدی معمولاً در یک ترتیب خاص تشکیل می شوند، ابتدا دمین های پلی پپتیدی کوچک پایدار می شوند، سپس برهمکنش های بیشتر قطعات دوردست پایدار می گردد؛ این پدیده در مورد تاخوردگی پروتئین هماگلوتینین آنفلوانزا (HA)، به اثبات رسیده است و در بخش بعدی بحث خواهد شد.

 

 

 

شکل ۱۳-۲۰٫ تاخوردن و تجمع هماگلوتینین. مکانیزم تجمع ترایمر (HA0). اتصال موقت چاپرون Bip (مرحله۱a) به زنجیره در حال سنتز و دو لکتین کالنکسین و کالرتیکولین به زنجیره های الیگوساکاریدی خاص (مرحله۱b) سبب تاخوردگی مناسب قطعات مجاور می گردد. همه هفت زنجیره الیگوساکاریدی Linked-N هنگام انتقال همزمان با ترجمه به بخش لومنی زنجیره در حال ساخت اضافه می شوند، و آنزیم تشکیل شش پیوند دی سولفیدی را در هر منومر کاتالیز می کند. منومرهای  HA0 کامل شده بوسیله یک مارپیچ a گذرنده از غشاء با انتهای آمینو در لومن به غشاء لنگر می اندازد (مرحله۲). برهمکنش سه زنجیره HA با یکدیگر، ابتدا از طریق مارپیچ های a گذرنده از غشاء، ظاهراً سبب شروع تشکیل یک ساقه طویل حاوی یک مارپیچ a در بخش لومنی هر پلی پپتید HA0 پایدار بوجود می آید (مرحله ۳). (b) میکروگراف الکترونی از یک ویریون آنفلوانزا، نشان دهنده پروتئین ترایمر HA می باشد که به صورت تیغه های از سطح غشاء ویروس بیرون زده اند.

چاپرون ها و پروتئین های دیگری از شبکه آندوپلاسمی، تاخوردگی و گردهم آیی پروتئین ها را تسهیل می کنند.

اگر چه بسیاری از پروتئین های دناتوره شده می توانند در شرایط in vitro بطور خودبخودی دوباره به حالت طبیعی خود تاخوردگی یابند. انجام این فرآیند ساعت ها به طول می انجامد. با این حال، پروتئین های محلول و پروتئین های غشایی تازه تولید شده در ER معمولاً چند دقیقه پس از سنتز به ساختار طبیعی خودش تاخوردگی می یابند. تاخوردگی سریع این پروتئین های تازه سنتز شده در سلول ها از طریق فعالیت متوالی چندین پروتئین موجود در داخل لومن ER صورت می پذیرد. قبلاً مشاهده کردیم که چاپرون مولکولی Bip  چگونه می تواند در مخمر از طریق اتصال به پلی پپتیدهای سنتز شده در حین ورود آن ها به ER سبب انجام فرآیند انتقال پس از ترجمه شود (شکل ۱۳-۱۹).

Bip همچنین می‌تواند حین ورود زنجیره در حال سنتز طی فرآیند انتقال همزمان با ترجمه به آن متصل گردد. به نظر می رسد که اتصال Bip از تاخوردگی نامناسب یا انباشته شدن زنجیره های در حال سنتز جلوگیری می کند، و بدین وسیله سبب تاخوردگی آن پلی پپتید به ساختار فضایی مناسب می شود، پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI) نیز به انجام فرآیند تاخوردگی کمک می کند.

همان طور که در شکل ۱۳-۲۰ مشاهده می کنید، دو پروتئین دیگر شبکه آندوپلاسمی، یعنی لکتین های (پروتئین های متصل شونده به کربوهیدرات) همولوگی به نام های کالنکسین و کارتیکولین، می توانند بطور انتخابی به الیگوساکاریدهای N-Linked مشخصی روی زنجیره‌های جدید در حال ساخت متصل شوند. لیگاند این دو لکتین، مشابه یک پیش ساز الیگوساکاریدهای N-Linked می باشد اما تنها دارای یک ریشه گلوکز می باشد  ۲(GlcNAc) 9Man3Glc ، که بوسیله یک آنزیم گلیکوزیل ترانسفراز خاص در لومن ER بوجود می آید (شکل ۱۳-۱۸) مرحله (۳a). این آنزیم تنها روی زنجیره های پلی پپتیدی که تا نخورده اند یا بطور نامناسب تا خورده اند عمل می کند. در این رابطه آنزیم گلیکوزیل ترانسفراز  به عنوان یک مکانیسم نظارتی اولیه عمل می کند تا کنترل کیفی تاخوردگی پروتئین را در ER تضمین کند، اما مکانیسمی که بوسیله آن گلیکوزیل ترانسفراز  پروتئین های تاخورده و تانخورده را تشخیص می دهد هنوز شناخته نشده است. اتصال کالنکسین و کالرتیکولین به زنجیره های در حال ساخت فاقد تاخوردگی نشاندار با الیگوساکاریدهای N-Linked گلوکوزیله از انباشته شدن قطعات مجاور یک پروتئین در حین سنتز روی ER، جلوگیری می کند. بنابراین، کالنکسین و کالرتیکولین، همانند Bip، به جلوگیری از تاخوردگی زودرس و نادرست قطعاتی از یک پروتئین تازه ساخته شده کمک می کنند.

کاتالیزورهای مهم دیگر برای تاخوردگی پروتئین در لومن ER، پپتیدیل پرولیل ایزومرازها هستند. این کاتالیزورها خانواده ای از آنزیم ها هستند که چرخش حول پیوندهای پپتیدیل-پرولیل را در ریشه های پرولین موجود در قطعات فاقد تاخوردگی یک پلی پپتیدها تسریع می کنند:

 

 

 

گاهی اوقات چنین ایزومریزاسیون هایی مرحله محدود کننده سرعت در تاخوردگی دمین های پروتئینی می باشند. بسیاری از ایزومرهای پپتیدیل- پیرولیل می توانند چرخش پیوندهای پپتیدیل- پیرولیل در معرض قرار گرفته را در بسیاری پروتئین ها کاتالیز کنند، اما برخی نیز دارای سوبستراهای پروتئینی بسیار خاصی می باشند.

بسیاری از پروتئین های ترشحی محلول و پروتئین های غشایی سنتز شده در ER، از دو یا چند زیرواحد پلی پپتیدی تشکیل می شوند. در تمامی موارد، تجمع زیرواحدهای تشکیل دهنه این پروتئین های چند زیرواحدی در ERرخ می دهد. یک گروه مهم از پروتئین های ترشحی چند زیرواحدی ایمنوگلوبولین ها هیتند، که دارای دو زنجیره سنگین (H) و دو زنجیره سبک (L) می باشند، و همگی بوسیله پیوندهای بین زنجیره ای به یکدیگر متصل شده اند. هماگلوتینین (HA) یک پروتئین چند زیرواحدها می باشد (شکل ۱۳-۲۰). این پروتئین ترایمر تیغه هایی را تشکیل می دهد که از سطح ذره ویروس آنفلوانزا بیرون می زند. ترایمر HA داخل شبکه آندوپلاسمی یک سلول میزبان آلوده، از سه نسخه از یک پروتئین پیش ساز به نام HAO که دارای یک مارپیچ a گذرنده از غشاء می باشد، تشکیل می گردد. در کمپلکس گلژی، هر یک از این سه پروتئین HAO  بریده می شوند و تشکیل دو پلی پپتید به نام HA1 و HA2 می دهند؛ بنابراین هر مولکول HA واقع در سطح این سلول حاوی سه نسخه از HA1 و سه نسخه از HA2 می باشد (شکل ۳-۱۰). این ترایمر توسط برهمکنش های میان دمین های اگزوپلاسمی بزرگ که به درون لومن ER امتداد می یابند، پایدار می شوند؛ پس از انتقال HA به سطح سلول، این دمین به درون فضای خارج سلول امتداد می یابد. برهمکنش های میان بخش های سیتوزولی کوچکتر و بخش های گذرنده از غشاء زیرواحدهای HA نیز به پایدار سازی این پروتئین ترایمر کمک می کند. مطالعات نشان داده است که ۱۰ دقیقه به طول می انجامد تا پلی پپتیدهای HAO تاخوردگی یابند و به صورت ساختار ترایمر مناسب گرد هم آیند.

پروتئین های که بطور نامناسبی در ER تاخوردگی یافته اند، بیان کاتالیزورهای تاخوردگی پروتئین را القاء می کنند.

پروتئین های طبیعی که در شبکه آندوپلاسمی زبر سنتز می شوند، تا زمانی که تاخوردگی کامل خود را بدست نیاورند، نمی توانند از ER خارج شوند. به علاوه، تقریباً هر جهشی که از تاخوردگی مناسب یک پروتئین در ER جلوگیری کند، از حرکت آن پلی پپتید از لومن ER یا غشاء به سمت کمپلکس گلژی ممانعت می کند. مکانیزم های که سبب نگه داشته شدن پروتئین های فاقد تاخوردگی یا ناقص تاخورده در داخا ER می شوند احتمالاً این کار را از طریق نگه داشتن این اشکال حد واسط در مجاورت کاتالیزورهای ایجاد کننده تاخوردگی که به فراوانی در ER وجود دارند، انجام می دهند. پروتئین هایی که به صورت نامناسبی تاخورده اند در داخل ER نگه داشته می شوند و معمولاً به صورت متصل به چاپرون های شبکه آندوپلاسمی نظیر Bip و کانکسین مشاهده می شوند. بنابراین این کاتالیزورهای ایجاد کننده تاخوردگی دو عملکرد مرتبط دارند: کمک به تاخوردگی پروتئین های طبیعی با جلوگیری از ابباشته شدن آن ها و اتصال به پروتئین های بد تاخورده برای حفظ آنها در ER.

سلول های پستانداران و مخمر با افزایش رونویسی چندین ژن کدکننده چاپرون های شبکه آندوپلاسمی و کاتالیزورهای ایجاد کننده تاخوردگی دیگر، به حضور پروتئین های فاقد تاخوردگی در شبکه آندوپلاسمی زیر پاسخ می دهند. یک عامل کلیدی در پاسخ به پروتئین فاقد تاخوردگی، Irel (یک پروتئین در غشاء ER که به دو صورت منومر و دایمر وجود دارد) می باشد. فرم دایمری (نه فرم منومری) آن، سبب تشکیل Hac1 می شود. Hac1 یک فاکتور رونویسی مخمری است که سبب القاء بیان ژن های دخیل در پاسخ به پروتئین فاقد تاخوردگی می شود. همان طور که در شکل ۱۳-۲۱ نشان داده شده است، اتصال Bip به دمین لومنی پروتئین منومری Irel از تشکیل دیمر Irel جلوگیری می کند. بنابراین مقدار Bip آزاد در لومن ER تعیین کننده نسبت منومر و دایمر Irel می باشد. انباشته شدن پروتئین های فاقدتاخوردگی در داخل لومن ER سبب جدا شدن پروتئین های فاقد تاخوردگی در داخل لومن ER سبب جدا شدن ملکول های Bip می گردد و آن ها را را برای اتصال به Irel غیر قابل دسترس می سازد. در نتیجه، افزایش مقدار Irel منومری، منجر به افزایش مقدار Hac1 و تولید پروتئین هایی می شود که در فرآیند تاخوردگی پروتئین نقش دارند.

 

 

 

شکل ۱۳-۲۱٫ پاسخ به پروتئین فاقد تاخوردگی. Irel، یک پروتئین گذرنده از غشاء در ER می باشد، که روی دمین لومنی خود دارای جایگاه اتصالی برای Bip می باشد؛ و دمین سیتوزولی آن دارای یک RNA اندونوکلئاز خاص می باشد. مرحله (۱): پروتئین های تانحورده تجمه یافته در لومن ER به مولکول های Bip اتصال می یابند، و سبب رها شدن آنها می شود. مراحل (۲)، (۳): پیش ساز mRNA پیرایش نشده کد کننده فاکتور رونویسی Hac1 توسط دایمر Irel بریده می شود. و دو اگزون آن به هم متصل می شوند تا mRNA عملکردی Hac1 را تشکیل دهند. اگر چه پردازش mRNA-per معمولاً در هسته صورت می پذیرد، شواهد و مدارک کنونی نشان می دهند که این فرآیندها در سیتوزول رخ می دهند. مرحله (۴): Hac1 به پروتئین Hac1 ترجمه می شود، سپس به هسته باز می گردد و سبب فعال سازی رونویسی ژن های کد کننده چندین کاتالیزور ایجاد کننده تاخوردگی پروتئین می گردد.

سلول های پستانداران دارای یک مسیر تنظیمی دیگر می باشند که در پاسخ به پروتئین های فاقد تاخوردگی موجود در ER عمل می کند. در این مسیر تنظیمی، انباشته شدن پروتئین های فاقد تاخوردگی در ER سبب شروع پروتئولیز ATF (یک پروتئین گذرنده از غشای ER ) در جایگاهی داخل قطعه گذرنده از غشاء می شود. دمین سیتوزولی ۶ATF بوسیله پروتئولیز آزاد می شود و سپس به هسته حرکت می کند، و در آنجا سبب تحریک نویسی ژن های کد کننده چاپرون های ER می گردد. فعال سازی یک فاکتور رونویسی بوسیله پروتئولیز درون غشایی تنظیم شده نیز در مسیر پیام رسانی ناچ (Notch) و در طول فعال سازی فاکتور رونویسی پاسخ به کلسترول (SREBP) صورت می پذیرد (شکل ۱۶-۳۵ و ۱۶-۳۷)

فرم ارثی آمفیزم نشان دهنده اثرات زیان آوری می باشد که می تواند ناشی از بدتاخوردگی پروتئین ها در ER باشد. این بیماری به علت یک جهش نقطه ای در a1- آنتی تریپسین (که بطور طبیعی توسط سلول های کبدی و ماکروفاژها ترشح می شود) بوجود می آید. فرم طبیعی این پروتئین با اتصال به تریپسین، آن را مهار می کند و به الاستاز (پروتئاز) نیز متصل می شود و آن را مهار می کند. در غیاب a1- آنتی تریپسین، الاستاز با تجزیه بافت هایی در شش که در جذب اکسیژن شرکت می کنند، در نهایت سبب بروز علائم آمفیزم می شود. اگر چه a1- آنتی تریپسین جهش یافته در ER زبر سنتز می شود، اما بطور مناسب تانخوردگی نیافته و اغلب یک توده کریستالی تشکیل می دهد که از ER خارج نمی شود. در سلول های کبدی، نیز ترشح نباید پروتئین ها با پر شدن ER زبر ۱aآنتی تریپسین انباشته شده، تضعیف می شود.  

پروتئین های تجمع نیافته یا بد تا خورده در ER اغلب برای تجزیه شدن به سیتوزول منتقل می شوند.

پروتئین های غشایی و ترشحی محلول بد تاخورده، و نیز زیرواحدهای تجمع نیافته پروتئین های چند زیرواحدی، اغلب حدود یک تا دو ساعت پس از سنتز در ER زبر تجزیه می شوند. طی سالیان دراز، محققان تصور می کردند که آنزیم های پروتئولیتیک داخل لومن ER، تجزیه پلی پپتیدهای بدتاخورده و تجمع نیافته را کاتالیز می کنند، اما چنین پروتئازهایی هرگز یافت نشدند. بسیاری از مطالعات اخیر نشان داده است که پروتئین های ترشحی بد تاخورده را پروتئین های خاصی از غشاء ER شناسایی می کنند و طی فرآیند شناخته شده ای به نام جابجایی برای انتقال از لومن ER به سیتوزول هدف گذاری می کنند.

جابه جاسازی پروتئین های بد تاخورده به بیرون از ER به یکسری از پروتئین های واقع در غشاء ER و سیتوزول بستگی دارد که سه عملکرد اساسی انجام می دهند. عملکرد اول شناسایی پروتئین های بدتاخورده می باشد که سوبسترای انجام واکنش جابه جایی می باشند. یک مکانیزم شناسایی شامل تغییر زنجیره های کربوهیدراتی N-Linked بوسیله آنزیم a-مانوزیداز I می باشد (شکل ۱۳-۲۲).

 

 

 

شکل ۱۳-۲۲٫ تغییرات الیگوساکاریدهای Linked-N برای تنظیم تاخوردگی و کنترل کیفی به کار می روند. پس از حذف سه ریشه گلوکز از الیگوساکاریدهای Linked-N در ER یک ریشه گلوکز می تواند توسط آنزیم گلوکزیل ترانسفراز دوباره به آن اضافه گردد تا ساختار ۲(GlcNAC) 9Man 1Glc ، تشکیل شود (شکل ۱۸-۱۳، مرحله ۳a). این الیگوساکاریدهای تغییر یافته با اتصال به لکتین های کالنکسین (CNX) و کالرتیکولین در ER باقی می مانند و چاپرون های ایجاد کننده تاخوردگی را به کار می گیرند. پروتئین هایی که نمی توانند تاخوردگی یابند و بنابراین برای مدت طولانی در ER باقی می مانند، تحت تأثیر مانوزیداز I تغییر می یابند ۲(GlcNAC) Man را تشکیل می دهند که بوسیله لکتین EDEM شناسایی می شود، یا بیشتر دچار تغییر شده و به ۲(Man 7-5 (GlcNAC تبدیل می شوند که بوسیله OS-9 شناسایی می شود. شناسایی بوسیله لکتین EDEM یا  OS-9 منجر به جابجایی پروتئین بد تاخورده به بیرون ER و سپس یوبی کوئیتینه شدن تجزیه آن بوسیله پروتئازوم می شود.

گلیکان های تغییر یافته دارای ساختار ۲(GlcNAc) Man8 توسط یک پروتئین شبه لکتین به نام EDEM شناسایی می شوند، و گلیکان هایی که بیشتر تغییر می یابند و به ۲(GlcNAc) 7 تبدیل می شوند نیز توسط N پروتئین شبه لکتین ۹-OS شناسایی می شوند. دو پروتئین EDEM و ۹-OS گلیکوپروتئین تغییر یافته را برای تخریب به کمپلکس جابجایی هدایت می کنند. دقیقاً مشخص نشده است که چگونه a- مانوزیداز I پروتئین هایی را که نمی توانند بطور مناسب تاخوردگی یابند را از پروتئین های طبیعی که بطور جزئی تاخورده اند و در حین رسیدن به کنفوماسیون تاخورده کامل خود می باشند، شناسایی می کند. یک احتمال این است که تغییر زنجیره های کربوهیدارتی Linked- Nبوسیله a- مانوزیداز I به کندی رخ می دهد، طوری که تنها گلیکوپروتئین هایی که به صورت بدتاخورده در لومن ER برای مدت طولانی باقی می مانند، برای تجزیه شدن هدایت می شوند. پروتئین های لومنی که فاقد زنجیره های کربوهیدراتی اند نیز می توانن برای تخریب هدف گذاری شوند. این امر نشان می دهد که فرآیندهای دیگری نیز برای شناسایی پروتئین های فاقد تاخوردگی باید وجود داشته باشد. مکانیزم های دیگری برای شناسایی پروتئین های تانخورده ای که در آن ها زنجیره های کربوهیدراتی Linked- N تغییر نمی یابند، باید وجود داشته باشد زیرا پروتئین های غشایی بدتاخورده ای که فاقد زنجیره های کربوهیدراتی Linked- N می باشند نیز برای تخریب هدایت می شوند.

پس از شناسایی یک پروتئین فاقد تاخوردگی، برای جابجایی از عرض غشاء ER هدایت می شود. انواعی از کانال ها باید برای جابه جایی پروتئین های بد تاخورده از عرض غشاء ER وجود داشته باشد. به نظد می رسد که این عمل بوسیل، کمپلکسی متشکل از حداقل چهار پروتئین درون غشایی بنام کمپلکس [۱]ERAD صورت می پذیرد. ساختار کانال جابجایی و مکانیزمی که از طریق آن پروتئین های بدتاخورده از غشاء ER عبور می کنند هنوز بخوبی شناخته نشده است.

هنگامی که قطعاتی از پروتئین که برای جابجایی انتخاب می شود در معرض سیتوزول قرار می گیرد، با آنزیم هایی مواجه می شود که یکی از این آنزیم ها یک ATPase به نام p97 می باشد، که عضوی از خانواده پروتئینی ATPase AAA می باشند و انرژی حاصل از هیدرولیز ATP را با بازکردن کمپلکس های پروتئین جفت می کنند. هیدرولیز ATP بوسیله P97 نیروی لازم برای حرکت پروتئین های بدتاخورده از غشاء ER به سیتوزول را فراهم می کند. هنگامی که پروتئین های بدتاخورده دوباره وارد سیتوزول می شوند، آنزیم های یوبی کوئیتین لیگاز خاصی در غشاء ER ریشه های یوبی کوئیتین را به پپتید اضافه می کنند. همانند واکنش P97، واکنش یوبی کوئییتینه شدن با واکنش هیدرولیز ATP جفت می شود؛ این انرژی آزاد شده احتمالاً در به دام انداختن پروتئین ها در سیتوزول نیز نقش دارد. پلی پپتیدهای پلی یوبی کوئیتینه حاصل، اکنون بطور کامل در سیتوزول وجود دارند، و با تخریب در پروتئازوم از سلول حذف می شوند. نقش پلی یوبی کوئیتینه شدن در هدایت پروتئین ها به پروتئازوم در فصل ۳ بیشتر مورد بحث قرار گرفته است (شکل ۳-۲۹ و ۳-۳۴).

[۱] .ER-associated degradation[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۸)”]نکات کلیدی بخش ۱۳-۳

تغییر، تاخوردگی، و کنترل کیفی پروتئین در ER

  • تمام الیگوساکاریدهای N-Linked (که به ریشه های آسپارژین متصل می شوند)، دارای هسته ای از دو N- استیل گلوزآمین و حداقل سه ریشه مانوز می باشند و معمولاً چندین شاخه دارند. الیگوساکاریدهای O-Linked (که به ریشه های سرین و ترئونین اتصال می یابند)، معمولاً کوتاه هستند، و اغلب دارای یک تا چهار ریشه قندی می باشند.
  • تشکیل الیگوساکاریدهای N-Linked با تجمع یک پیش ساز دارای ۱۴ ریشه حفظ شده (حاوی مانوز زیاد) روی دولیکول (لیپید موجود در غشاء ER زبر) صورت می پذیرد (شکل ۱۷-۱۳). پس از انتقال این الیگوساکارید پیش ساخته به ریشه های خاص آسپارژین در زنجیره های پلی پپتید در حال ساخت در لومن ER، سه ریشه گلوکز و یثک ریشه مانوز برداشته می شوند (شکل ۱۳-۱۸).
  • زنجیره های جانبی الیگوساکاریدها ممکن است در تاخوردگی مناسب گلیکوپروتئین ها، محافظت پروتئین های بالغ از پروتئولیز، چسبندگی سلول – سلول، و همچنین به عنوان آنتی ژن عمل کنند.
  • پیوندهای دی سولفید به بسیاری از پروتئین های ترشحی محلول و دمین اگزوپلاسمی پروتئین های غشایی در ER اضافه می شوند. پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI)، در لومن ER حضور دارد، و تشکیل و بازآرایی پیوندهای دی سولفیدی را کاتالیز می کند.
  • چاپرون Bip، لکتین های کالنکسین و کالرتیکولین، و ایزومرازهای پپتیدیل – پرولیل با همکاری با یکدیگر تاخوردگی مناسب پروتئین های غشایی و ترشحی تازه ساخته شده را در ER تضمین می کنند. زیر واحدهای پروتئین های چند زیر واحدی نیز در ER گردهم می آیند (شکل ۱۳-۲۰).
  • فقط پروتئین های با تاخوردگی صحیح و زیرواحدهای گردهم آمده می توانند توسط وزیکول ها از ER زبر به کمپلکس گلژی منتقل شوند.
  • انباشته شدن پروتئین های که بطور غیر طبیعی تاخوردگی یافته اند و زیرواحدهای تجمع نیافته در ER، در پاسخ به پروتئین های فاقد تاخوردگی می تواند منجر به القاء افزایش بیان کاتالیزورهای ایجاد کننده تاخوردگی پروتئین در ER گردد (شکل ۱۳-۲۱).
  • پروتئین های تجمع نیافته یا بدتاخورده در ER، اغلب به سیتوزول برگردانده می شوند، و در آنجا در مسیر یوبی کوئیتن / پروتئازوم تجزیه می شوند.

[/tab][tab title=”قسمت هایی از متن (۹)”]مفاهیم کلیدی بخش ۱۳-۶٫

انتقال به درون و بیرون هسته

  • پوشش هسته دارای تعداد بی شماری کمپلکس منفذ هسته ای (NPC) و ساختارهای بزرگ و پیچیده متشکل از چندین نسخه از سی پروتئین تحت عنوان نوکلئوپورینها می باشد (شکل ۱۳-۳۳). نوکلئوپورینهای FG که دارای چندین کپی تکراری از یک توالی کوچک آبگریز (کپی تکراری FG) می باشد، کانال انتقال دهنده مرکزی را پوشیده و در انتقال تمام ماکرو و مولکول ها از طریق منافذ هسته ای ایفای نقش می کند.
  • انتقال ماکرو مولکول های بزرگ تر از ۴۰-۲۰ کیلو دالتون از طریق منافذ هسته ای نیازمند همکاری گیرنده های انتقال هسته ای هست که با هر دو مولکول انتقال یافته و با کپی های تکراری FG نوکلئوپورینهای FG، تعامل برقرار می سازند.
  • پروتئین های ورودی به هسته و خروجی از هسته دارای یک توالی خاص اسید آمینه ای می باشند که به عنوان یک پیام تمرکز هسته ای (NLS) یا یک پیام خروج هسته ای (NES) عمل می کند. پروتئین های منحصر به هسته دارای یک NLS می باشد اما NES ندارند، در حالی که پروتئین های که بین هسته و سیتوپلاسم در حال نقل انتقال می باشند هر دو این پیام ها را دارند.
  • انواع مختلفی از NES و NLS شناسایی شده اند. تصور می شود هر یک از این پیامهای انتقال هسته ای با یک پروتئین گیرنده خاص انتقال هسته ای تعامل برقرار می سازد که متعلق به خانواده مولکول های هومولوگ می باشند.
  • یک پروتئین حامل با دارای NES یا NLS، از طریق منافذ هسته ای متصل به پروتئین انتقال هسته ای هم ریشه با خود منتقل می شود. برهمکنش های موقت بین گیرنده های انتقال هسته ای و تکرارهای FG اجازه انتشار بسیار سریع کمپلکس پروتئین انتقال هسته ای – حامل بار را از طریق کانال مرکزی NPC می دهد که این کانال با تکرارهای FG ماتریکس آبگریز اشغال شده است.
  • ماهیت یک طرفه بودن روند خروج و ورود پروتئین از منافذ هسته در نتیجه شرکت Ran می باشد (یک پروتئین G منومر هنگامی که به GTP یا GDP متصل می شود به صورت ساختارهای مختلف وجود دارد). تمرکز فاکتور تبادل نوکلئوتید گوانین (GEF) Ran در هسته و تمرکز پروتئین فعال کننده Ran GTPase (GAP) در سیتوپلاسم که شیبی با GTP بالا ایجاد میکند میباشد. تعامل کمپلکسهای حامل بار ورودی Ran.GTP در نوکلئوپلاسم موجب تجزیه این کمپلکس و آزاد شدن محموله به نوکلئوپلاسم می شود (شکل ۱۶-۳۶). در حالی که تجمع کمپلکس حامل بار خروجی توسط برهمکنش با  Ran.GTP در نوکلئوپلاسم تحریک می گردد (شکل ۱۳-۳۷).
  • اکثر mRNPهایی که توسط یک خارج کننده هترودایمر mRNPاز هسته خارج می شوند، با FGهای تکراری نوکلئوپورینهای FG تعامل برقرار می سازند. مسیر انتقال (هسته به سیتوپلاسم) ممکن است ناشی از فعالیت یم هلیکاز RNA متصل به رشته های سیتوپلاسمی کمپلکس های منافذ هسته ای باشد و زمانی که کمپلکس ناقل به سیتوپلاسم می رسد، خارج کننده mRNP هترودایمر را حذف می کند.

[/tab][/tabgroup]

امنیت پرداخت و ضمانت ها

خرید و دانلود فوری

نسخه کامل و آماده
5900 تومانبرای دریافت نسخه کامل

106 صفحه فارسی

فونت استاندارد/bzar/14

فرمت فایل WORDوPDF

دارای ضمانت بازگشت وجه

بدون نیاز به ویرایش

به عنوان پروژه و پایان نامه

هدایت پروتئین ها به سمت غشای ER و عبور آنها از عرض غشای ER
ورود پروتئین های غشایی به شبکه آندوپلاسمی
تغییرات، تاخوردگی، و کنترل کیفی پروتئین در ER.
هدایت پروتئین ها به میتوکندری و کلروپلاست
هدف گذاری پروتئین های پراکسی زومی
انتقال به داخل و خارج از هسته
+ فهرست فارسی
هدایت پروتئین ها به سمت غشای ER و عبور آنها از عرض غشای ER
ورود پروتئین های غشایی به شبکه آندوپلاسمی
تغییرات، تاخوردگی، و کنترل کیفی پروتئین در ER.
هدایت پروتئین ها به میتوکندری و کلروپلاست
هدف گذاری پروتئین های پراکسی زومی
انتقال به داخل و خارج از هسته
[well boxbgcolor=”#e5e5e5″ class=”fontawesome-section”][tblock title=”برای مشاهده تمام پروژه ها ، تحقیق ها و پایان نامه های مربوط به رشته ی خود روی آن کلیک کنید.”][/well]


درباره نویسنده

همیشه آرزو داشتم یک تیم را مدیریت و یک ایده خلاقانه را عملی کنم که خودم و ده ها نفر دیگر را به ثروت برساند . از طرفی یک منبع معتبر آموزشی و درآمد زا برای دیگران باشد . اکنون آن رویا ، " نگزاوار " نام دارد.

کامران کامران فر 54 نوشته در سیستم همکاری در خرید و فروش فایل نگزاوار دارد . مشاهده تمام نوشته های

مطالب مرتبط


دیدگاه ها


دیدگاه‌ها بسته شده‌اند.