Жаңа синтезделген ақуыздардың N-ұшындағы сигналдық пептидтер
Signal peptide
Сигналдық пептидтер – жаңа синтезделген ақуыздардың N ұшындағы шағын аминқышқыл тізбегі. Олар ақуызды жасуша мембранасына немесе органеллаларға бағыттайды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жаңа синтезделген белоктардың N-терминалында кездесетін қысқа пептид.
Short peptide present at N terminal of newly synthesized proteins
Сигналдық пептид (кейде сигналдық тізбек, нысаналық сигнал, локализациялық сигнал, локализациялық тізбек, транзит пептиді, лидерлік тізбек немесе лидерлік пептид деп аталады) – секреторлық жолға бағытталған жаңа синтезделген белоктардың көпшілігінде кездесетін қысқа пептид (әдетте 16-30 аминқышқылынан тұрады), ол N-терминалында (немесе кейде классикалық емес C-терминалында немесе ішкі бөлігінде) орналасады. Бұл белоктарға белгілі бір органеллалардың ішінде (эндоплазмалық тор, Гольджи аппараты немесе эндосомалар) орналасқан, жасушадан шығарылатын немесе жасушалық мембраналардың көпшілігіне енгізілетін белоктар жатады. I типтегі мембранаға байланысқан белоктардың көпшілігі сигналдық пептидтерге ие болғанымен, II типтегі және көп мәнді мембранаға байланысқан белоктардың көпшілігі бірінші трансмембраналық домен арқылы секреторлық жолға бағытталады, ол биохимиялық тұрғыдан сигналдық тізбекке ұқсас, бірақ кесілмейді. Олар – нысаналық пептидтер.
A signal peptide (sometimes referred to as signal sequence, targeting signal, localization signal, localization sequence, transit peptide, leader sequence or leader peptide) is a short peptide (usually 16 30 amino acids long) present at the N terminus (or occasionally nonclassically at the C terminus or internally) of most newly synthesized proteins that are destined toward the secretory pathway. These proteins include those that reside either inside certain organelles (the endoplasmic reticulum, Golgi or endosomes), secreted from the cell, or inserted into most cellular membranes. Although most type I membrane bound proteins have signal peptides, most type II and multi spanning membrane bound proteins are targeted to the secretory pathway by their first transmembrane domain, which biochemically resembles a signal sequence except that it is not cleaved. They are a kind of target peptide.
Функциясы (транслокация)
Сигналдық пептидтер жасушаны белокты, әдетте жасушалық мембранаға жылжытуға итермелейді. Прокариоттарда сигналдық пептидтер жаңа синтезделген белокты плазмалық мембранадағы SecYEG белок өткізгіш арнасына бағыттайды. Эукариоттарда ұқсас жүйе бар, онда сигналдық пептид жаңа синтезделген белокты эндоплазмалық торда орналасқан Sec61 арнасына бағыттайды, ол SecYEG-мен құрылымдық және тізбектік гомологияны бөліседі. SecYEG және Sec61 арналары жиі транслокон деп аталады, ал осы арна арқылы өту транслокация деп аталады. Секреттелген белоктар арна арқылы өткен кезде, трансмембраналық домендер айналадағы мембранаға таралу үшін транслоконның бүйірлік қақпасынан диффузиялануы мүмкін.
Signal peptides function to prompt a cell to translocate the protein, usually to the cellular membrane. In prokaryotes, signal peptides direct the newly synthesized protein to the SecYEG protein conducting channel, which is present in the plasma membrane. A homologous system exists in eukaryotes, where the signal peptide directs the newly synthesized protein to the Sec61 channel, which shares structural and sequence homology with SecYEG, but is present in the endoplasmic reticulum. Both the SecYEG and Sec61 channels are commonly referred to as the translocon, and transit through this channel is known as translocation. While secreted proteins are threaded through the channel, transmembrane domains may diffuse across a lateral gate in the translocon to partition into the surrounding membrane.
Құрылымы
Сигналдық пептидтің негізінде гидрофобты аминқышқылдарының ұзын тізбегі (шамамен 5–16 қалдықтан тұрады) бар, ол бір альфа спираль құруға бейімделген және «h аймағы» деп те аталады. Сонымен қатар, көптеген сигналдық пептидтер аминқышқылдарының қысқа, оң зарядталған бөлігімен басталады, бұл «оң ішкі ереже» деп аталатын транслокация кезінде полипептидтің дұрыс топологиясын сақтауға көмектеседі. N-терминалына жақын орналасқандықтан, бұл бөлік «n аймағы» деп аталады. Сигналдық пептидтің соңында әдетте сигналдық пептидазамен танылатын және кесілетін аминқышқылдарының тізбегі болады, сондықтан ол кесілу орны деп аталады. Бұл кесілу орны сигналдық пептидтер ретінде жұмыс істейтін трансмембраналық домендерде болмайды, олар кейде сигналдық бекіту тізбектері деп аталады. Сигналдық пептидаза транслокация кезінде немесе одан кейін кесілуді жүзеге асырып, еркін сигналдық пептид пен жетілген белокты құрайды. Еркін сигналдық пептидтер кейін белгілі бір протеазалармен ыдырайды. Сонымен қатар, әртүрлі мақсатты орындар әртүрлі типтегі сигналдық пептидтермен анықталады. Мысалы, митохондриялық ортаға бағытталған мақсатты пептидтің құрылымы ұзындығы бойынша ерекшеленеді және кішкентай оң зарядталған және гидрофобты тізбектердің кезектесіп орналасуын көрсетеді. Ядроға бағытталған сигналдық пептидтер ақуыздың N және C-терминалдарында кездеседі және көбінесе жетілген ақуызда сақталады. Эдман ыдырауы арқылы, аминқышқылдарды біртіндеп кесіп алатын циклдік процедура арқылы N-терминалды сигналдық пептидтің аминқышқылдар тізбегін анықтауға болады.
The core of the signal peptide contains a long stretch of hydrophobic amino acids (about 5–16 residues long) that has a tendency to form a single alpha helix and is also referred to as the "h region". In addition, many signal peptides begin with a short positively charged stretch of amino acids, which may help to enforce proper topology of the polypeptide during translocation by what is known as the positive inside rule. Because of its close location to the N terminus it is called the "n region". At the end of the signal peptide there is typically a stretch of amino acids that is recognized and cleaved by signal peptidase and therefore named cleavage site. This cleavage site is absent from transmembrane domains that serve as signal peptides, which are sometimes referred to as signal anchor sequences. Signal peptidase may cleave either during or after completion of translocation to generate a free signal peptide and a mature protein. The free signal peptides are then digested by specific proteases. Moreover, different target locations are aimed by different types of signal peptides. For example, the structure of a target peptide aiming for the mitochondrial environment differs in terms of length and shows an alternating pattern of small positively charged and hydrophobic stretches. Nucleus aiming signal peptides can be found at both the N terminus and the C terminus of a protein and are in most cases retained in the mature protein. It is possible to determine the amino acid sequence of the N terminal signal peptide by Edman degradation, a cyclic procedure that cleaves off the amino acids one at a time.
Котрансляциялық және посттрансляциялық транслокация
Прокариоттарда да, эукариоттарда да сигнал тізбектері котрансляциялық немесе посттрансляциялық түрде әрекет ете алады. Котрансляциялық жол сигнал пептиді рибосомадан шыққанда және сигналды тану бөлшегі (SRP) оны танығанда басталады. SRP одан әрі трансляцияны тоқтатады (трансляциялық тоқтату тек эукариоттарда жүзеге асады) және сигнал тізбегі-рибосома-мРНҚ кешенін SRP рецепторына бағыттайды, ол плазмалық мембранада (прокариоттарда) немесе эндоплазмалық ретикулумда (эукариоттарда) орналасқан. Мембранаға бағыттау аяқталғаннан кейін сигнал тізбегі транслоконға енгізіледі. Содан кейін рибосомалар транслоконның цитоплазмалық бетіне физикалық түрде бекітіледі және белок синтезі жалғасады. Посттрансляциялық жол белок синтезі аяқталғаннан кейін басталады. Прокариоттарда посттрансляциялық субстраттардың сигнал тізбегін SecB шаперон ақуызы таниды, ол белокты SecA АТФазаға жібереді, ал ол өз кезегінде белокты транслокон арқылы өткізеді. Посттрансляциялық транслокация эукариоттарда да болатыны белгілі, бірақ оның механизмі толыққанды түсініксіз. Ашытқыда посттрансляциялық транслокацияға транслокон және екі қосымша мембраналық ақуыз – Sec62 және Sec63 қажеттігі мәлім.
In both prokaryotes and eukaryotes signal sequences may act co translationally or post translationally. The co translational pathway is initiated when the signal peptide emerges from the ribosome and is recognized by the signal recognition particle (SRP). SRP then halts further translation (translational arrest only occurs in Eukaryotes) and directs the signal sequence ribosome mRNA complex to the SRP receptor, which is present on the surface of either the plasma membrane (in prokaryotes) or the ER (in eukaryotes). Once membrane targeting is completed, the signal sequence is inserted into the translocon. Ribosomes are then physically docked onto the cytoplasmic face of the translocon and protein synthesis resumes. The post translational pathway is initiated after protein synthesis is completed. In prokaryotes, the signal sequence of post translational substrates is recognized by the SecB chaperone protein that transfers the protein to the SecA ATPase, which in turn pumps the protein through the translocon. Although post translational translocation is known to occur in eukaryotes, it is poorly understood. It is known that in yeast post translational translocation requires the translocon and two additional membrane bound proteins, Sec62 and Sec63.
Секрецияның тиімділігін анықтау
Сигналдық пептидтер өте әртүрлі, көптеген прокариоттық және эукариоттық пептидтер түр ішінде немесе түрлер арасында функционалды түрде алмастырылатын, және барлығы ақуыз секрециясының тиімділігін анықтайды.
Signal peptides are extremely heterogeneous, many prokaryotic and eukaryotic ones are functionally interchangeable within or between species and all determine protein secretion efficiency.
Нуклеотид деңгейінің ерекшеліктері
Омыртқалы жануарларда сигналды пептидті кодтайтын мРНҚ аймағы (яғни сигнал тізбегін кодтау аймағы немесе SSCR) белгілі бір қызметтері бар РНҚ элементі ретінде өңделуі мүмкін. SSCR ядролық мРНҚ экспортын және эндоплазмалық ретикулум бетіне дұрыс орналасуын ынталандырады. Сонымен қатар, SSCR-лерге тән ерекшеліктері бар: олардың аденин мазмұны төмен, белгілі бір мотивтерге қаныққан және бірінші экзонда күтілгеннен артық жиілікте кездесуге бейім.
In vertebrates, the region of the mRNA that codes for the signal peptide (i. e. the signal sequence coding region, or SSCR) can function as an RNA element with specific activities. SSCRs promote nuclear mRNA export and the proper localization to the surface of the endoplasmic reticulum. In addition SSCRs have specific sequence features: they have low adenine content, are enriched in certain motifs, and tend to be present in the first exon at a frequency that is higher than expected.
Скрипальді секреция механизмдері
Сигналдық пептидтері жоқ ақуыздар да қалыптан тыс механизмдер арқылы секрециялануы мүмкін. Мысалы, интерлейкин, галектин. Мұндай секреторлық ақуыздардың жасуша сыртына қалай өтетінін қалыптан тыс ақуыз секрециясы (ҚАС) процесі сипаттайды. Өсімдіктерде секрецияланатын ақуыздардың тіпті 50% ҚАС-қа тәуелді болуы мүмкін.
Proteins without signal peptides can also be secreted by unconventional mechanisms. E. g. Interleukin, Galectin. The process by which such secretory proteins gain access to the cell exterior is termed unconventional protein secretion (UPS). In plants, even 50% of secreted proteins can be UPS dependent.
Классикалық емес реті
Сигналдық пептидтер әдетте ақуыздардың N-ұшында орналасады. Кейбіреулерінде C-ұшындағы немесе ішкі сигналдық пептидтері болады (мысалы, пероксисомаға бағыттау сигналы және ядролық локализация сигналы). Бұл классикалық емес сигналдық пептидтердің құрылымы N-ұшындағы сигналдық пептидтерден күрт өзгешеленеді.
Signal peptides are usually located at the N terminus of proteins. Some have C terminal or internal signal peptides (examples: peroxisomal targeting signal and nuclear localisation signal). The structure of these nonclassical signal peptides differs vastly from the N terminal signal peptides.
Номенклатура
Сигналдық пептидтерді кейде лидерлік мРНК-мен кодталған лидерлік пептидтермен шатастыруға болмайды, дегенмен екеуі де кейде бұлыңғыр түрде "лидерлік пептидтер" деп аталады. Бұл басқа лидерлік пептидтер ақуыздың орналасуына қатысты емес, керісінше, негізгі ақуыздың транскрипциясын немесе аудармасын реттейтін қысқа полипептидтер болып табылады және соңғы ақуыздық тізбектің құрамына кірмейді. Мұндай лидерлік пептидтер көбінесе бактерияларда кездесетін гендік реттеу түріне жатады, бірақ ұқсас механизм эукариоттық гендерді реттеу үшін де қолданылады, ол uORF (upstream ашық оқу кадрлары) деп аталады.
Signal peptides are not to be confused with the leader peptides sometimes encoded by leader mRNA, although both are sometimes ambiguously referred to as "leader peptides." These other leader peptides are short polypeptides that do not function in protein localization, but instead may regulate transcription or translation of the main protein, and are not part of the final protein sequence. This type of leader peptide primarily refers to a form of gene regulation found in bacteria, although a similar mechanism is used to regulate eukaryotic genes, which is referred to as uORFs (upstream open reading frames).