Translocon
Translokonet (även känt som en translokator eller translokationskanal ) är ett komplex av proteiner associerade med translokationen av polypeptider över membran . I eukaryoter hänvisar termen translokon oftast till komplexet som transporterar begynnande polypeptider med en målinriktad signalsekvens in i det inre (cisternala eller lumenala) utrymmet av det endoplasmatiska retikulumet (ER) från cytosolen . Denna translokationsprocess kräver att proteinet korsar ett hydrofobt lipiddubbelskikt . Samma komplex används också för att integrera nya proteiner i själva membranet ( membranproteiner) . I prokaryoter transporterar ett liknande proteinkomplex polypeptider över det (inre) plasmamembranet eller integrerar membranproteiner. I båda fallen bildas proteinkomplexet från Sec-proteiner (Sec: sekretoriskt), med den heterotrimera Sec61 som kanalen. Hos prokaryoter är det homologa kanalkomplexet känt som SecYEG.
Den här artikeln fokuserar på cellens inhemska translokoner, men patogener kan också sätta ihop andra translokoner i sina värdmembran, vilket gör att de kan exportera virulensfaktorer till sina målceller.
Central kanal
Translokationskanalen är ett heterotrimert proteinkomplex som kallas SecYEG i prokaryoter och Sec61 i eukaryoter. Den består av underenheterna SecY, SecE och SecG. Strukturen av denna kanal, i dess viloläge, har lösts genom röntgenkristallografi i arkaea . SecY är underenheten med stora porer. I en sidovy har kanalen en timglasform, med en tratt på varje sida. Den extracellulära tratten har en liten "plugg" bildad av en alfa-helix . I mitten av membranet finns en konstruktion, bildad av en porring av sex hydrofoba aminosyror som projicerar sina sidokedjor inåt. Under proteintranslokation flyttas pluggen ur vägen och en polypeptidkedja flyttas från den cytoplasmatiska tratten, genom porringen, den extracellulära tratten, in i det extracellulära utrymmet. Hydrofoba segment av membranproteiner går ut i sidled genom den laterala porten in i lipidfasen och blir membranomspännande segment.
I bakterier bildar SecYEG ett komplex med SecDF, YajC och YidC. I eukaryoter bildar Sec61 ett komplex med oligosackaryltransferaskomplexet , TRAP-komplexet och membranproteinet TRAM (möjlig chaperon). För ytterligare komponenter, såsom signalpeptidaskomplex och SRP-receptorn, är det inte klart i vilken utsträckning de endast associerar transient till translokonkomplexet.
Translokation
Kanalen tillåter peptider att röra sig i endera riktningen, så ytterligare system i translokonet krävs för att flytta peptiden i en specifik riktning. Det finns tre typer av translokation: cotranslationell translokation som sker när translation sker, och två typer av posttranslationell translokation som sker efter translation, var och en ses i eukaryoter och bakterier. Medan eukaryoter vecklar ut proteinet med BiP och använder andra komplex för att transportera peptiden, använder bakterier SecA ATPase.
Samöversättning
Vid co-translationell translokation associerar translokonet med ribosomen så att en växande polypeptidkedja flyttas från ribosomtunneln in i SecY-kanalen. Translokonet (translokatorn) fungerar som en kanal genom det hydrofoba membranet i det endoplasmatiska retikulumet (efter att SRP har dissocierats och translationen fortsätter). Den framväxande polypeptiden träs genom kanalen som en ovikt sträng av aminosyror, potentiellt driven av en Brownian Ratchet . När translationen är avslutad, klyver ett signalpeptidas bort den korta signalpeptiden från det begynnande proteinet, vilket lämnar polypeptiden fri i det inre av det endoplasmatiska retikulumet.
I eukaryoter känns proteiner som ska translokeras till det endoplasmatiska retikulumet av signaligenkänningspartikeln (SRP), som stoppar translationen av polypeptiden av ribosomen medan den fäster ribosomen till SRP-receptorn på det endoplasmatiska retikulumet. Denna igenkänningshändelse är baserad på en specifik N-terminal signalsekvens som finns i de första få kodonen av polypeptiden som ska syntetiseras. Bakterier använder också en SRP, tillsammans med en chaperone YidC som liknar den eukaryota TRAM.
Translokonet kan också translokera och integrera membranproteiner i korrekt orientering in i membranet i det endoplasmatiska retikulumet. Mekanismen för denna process är inte helt klarlagd, men involverar igenkänning och bearbetning av translokonet av hydrofoba sträckor i aminosyrasekvensen som är avsedda att bli transmembranspiraler . Stängd av stopp-överföringssekvenser och öppnad av inbäddade signalsekvenser, växlar pluggen mellan sina öppna och stängda tillstånd för att placera spiraler i olika orienteringar.
Post-translationell
I eukaryoter beror posttranslationell translokation på BiP och andra komplex, inklusive SEC62 / SEC63 integral membranproteinkomplex . I detta translokationssätt hjälper Sec63 BiP att hydrolysera ATP, som sedan binder till peptiden och "drar ut" den. Denna process upprepas för andra BiP-molekyler tills hela peptiden har dragits igenom.
I bakterier görs samma process av en "skjutande" ATPas känd som SecA , ibland assisterad av SecDF-komplexet på andra sidan som är ansvarig för att dra. SecA ATPase använder en "push-and-slide"-mekanism för att flytta en polypeptid genom kanalen. I det ATP-bundna tillståndet interagerar SecA genom ett två-helixfinger med en undergrupp av aminosyror i ett substrat, och trycker in dem (med ATP-hydrolys) in i kanalen. Interaktionen försvagas sedan när SecA går in i det ADP-bundna tillståndet, vilket gör att polypeptidkedjan kan glida passivt i endera riktningen. SecA tar sedan tag i ytterligare en del av peptiden för att upprepa processen.
ER-retrotranslokonet
Translokatorer kan också flytta polypeptider (såsom skadade proteiner riktade mot proteasomer ) från det cisternala utrymmet i det endoplasmatiska retikulumet till cytosolen. ER-proteiner bryts ned i cytosolen av 26S- proteasomen , en process som kallas endoplasmatisk-retikulum-associerad proteinnedbrytning , och måste därför transporteras via en lämplig kanal. Denna retrotranslocon är fortfarande gåtfull.
Man trodde från början att Sec61-kanalen är ansvarig för denna retrograda transport, vilket antyder att transporten genom Sec61 inte alltid är enkelriktad utan också kan vara dubbelriktad. Strukturen hos Sec61 stöder dock inte denna uppfattning och flera olika proteiner har föreslagits vara ansvariga för transport från ER-lumen in i cytosolen.