 |
стадии II и III соотв-ют спорангиям на стадиях полярного деления и обволакивания преспоры материнской кл-ой и т.д.
|
|
|
|
Будучи активированным путем фосфорилирования, Spo0A индуцирует транскрипцию как минимум семи генов, управляющих вступлением бактерии на путь споруляции и превращением вегетативной клетки в двухкомпатрментный спорангий. Spo0A~P(неорганический фосфор) активирует транскрипцию, связываясь с промоторами соответствующих генов и оперонов, контактируя с РНK-полимеразой основной сигма фактор σA или альтернативный σH. σH обеспечивает транскрипцию неизвестного пока гена (или генов), контролирующего полярное деление.
После разделения клетки на две части в каждом из образовавшихся компартментов происходит активация компартмента специфического сигма-фактора - σF в преспоре и σE в материнской клетке. σF синтезируется до полярного деления, его активность проявляется в преспоровом компартменте, определяется регуляцией на уровне активности белка. Эта регуляция осуществляется тремя белками, SpoIIE,SpoIIAB и SpoIIAA - эти белки синтезируются в исходной клетке еще до ее полярного деления. SpoIIAB является антисигма фактором, который связывается с σF и ингибирует транскрипцию с его участием.
После образования перегородки в действие вступает фермент являющийся фосфатазой, специфически дефосфорилирующей.
дефосфорилирование идет с одинаковой скоростью в обоих компартментах. Но поскольку объем преспоры в 5-7 раз меньше объема материнской клетки, концентрация дефосфорилированого SpoIIAA в преспоре будет в несколько раз выше, следовательно, в этом компартменте σF будет активирован раньше.
после активации σF в преспоровом компартменте происходит активация другого сигма-фактора, σЕ, в материнской клетке.
Таким образом, появление σЕ в материнской клетке привязано к отделению преспоры перегородкой, поскольку транскрипция зависимых от σF генов происходит только в преспоровом компартменте.
|
|
|
В σЕ регулон входят гены, разрушающие пептидогликан септы,отделяющей преспору от материнской клетки, а гены, контролируемые σF, отвечают за обволакивание преспоры материнской клеткой. К моменту окончания поглощения преспоры материнской клеткой в преспоре начинается транскрипция нового гена, spoIIIG, кодирующего сигма-фактор, σG. Этот сигма-фактор активирует транскрипцию поздних генов преспоры, необходимых для завершения процесса споруляции.
Экспрессия поздних генов в материнской клетке находится под контролем сигма-фактора σK - синтезируется в виде неактивного предшественника пре-σK, который превращается в активную форму после отщепления амино-концевой последовательности из 20 АК остатков.
Экспрессия двух сигма-факторов в материнской клетке запускает последовательную цепь регуляторных событий, ведущую к поочередной активации и инактивации комплекса генов, результатом работы которого является синтез споровых покровов, кортекса и внешней оболочки споры
86. Секреция белков. Сходство и различия секреторных аппаратов про- и эукариот.
87. Сигналы секреции и внутриклеточной локализации белков: общие принципы.
88.Секреция белков у прокариот: Sec-аппарат, системы секреции I-IV типов (организация, субстратспецифичность, регуляция).
89.Отличие секреции белков у прокариот и эукариот.
секреция – транспорт белка в окружающую среду.
Секретируемые белки могут оказываться в различных местах:
• быть полностью встроенными в цитоплазматическую мембрану (интегральные мембранные белки, каковыми является большинство мембранных транспортеров);
• быть "заякоренными" в цитоплазматической мембране при помощи трансмембранного гидрофобного сегмента (практически всегда N-концевого), к этому классу принадлежит большинство периплазматических белков;
|
|
|
• полностью находиться в периплазме;
• быть полностью встроенными во внешнюю мембрану (порины);
• заякориваться во внешней мембране так, что основная масса белка располагается либо снаружи (чаще всего) либо в периплазматическом пространстве;
• во внешней среде (собственно секретируемые белки, к которым принадлежит большинство гидролитических ферментов патогенов);
• ассоциированными с мембраной эукариотической клетки (некоторые компоненты аппарата секреции III типа)
• внутри другой клетки, как правило эукариотической (большинство субстратов секреции III и IV типов)
место конечной дислокации белка определяется его аминокислотной последовательностью – секреторные системы распознают определенные консервативные последовательности (мотивы) и направляют секретируемый белок в соответствии с записанной в этих мотивах информацией.
В клетках млекопитающих все секретируемые белки направляются в эндоплазматический ретикулум при помощи одного механизма, SRP("частица, распознающая сигналы"). Эукариотическая SRP – крупный рибонуклеопротеидный комплекс, состоящий из 6 полипептидов и молекулы РНК Сначала 54 kDa субъединица SPR узнает специфические гидрофобные сигналы сразу после того, как они выходят с транслирующей рибосомы. Такими сигналами являются либо N-концевые отрезаемые сигнальные последовательности либо первый трансмембранный сегмент. Как только SPR связывается с сигналом локализации, комплекс рибосома-мРНК-полипептид мигрирует к эндоплазматическому ретикулуму, где взаимодействие между SPR и гетеродимером рецептора SPR катализирует высвобожбение синтезирующегося полипептида из комплекса и его инсерцию в транслокационный канал.
У прокариот интегральные мембранные и прочие секретируемые белки движутся к внутренней мембране по различным путям. Интегральные мембранные белки направляются к внутренней мембране при помощи бактериального варианта "частица, распознающая сигналы" (SPR). У бактерий SRP состоит всего из двух компонентов: белка Ffh - гомолога SPR54 и более короткой РНК.
многие секретируемые белки направляются к аппарату секреции молекулярными шаперонами, такими как DnaK или (чаще) SecB.
|
|
|
Первая стадия реакции требует присутствия специфичных для секреции шаперонов - SecB и рибонуклеотидного комплекса SRP, который состоит из белка Ffh и 4.5S РНК.
SecB и SRP узнают каждый свою часть секретируемых белков. Функция SRP наиболее существенна при экспорте интегральных мембранных белков.
Выбор SRP или SecA/SecB пути происходит "на выходе" синтезирующейся белковой цепи из рибосомы. Бактериальная SRP распознает белки внутренней мембраны по их протяженным трансмембранным сегментам.
Секреторные шапероны распознают более короткие и менее гидрофобные
трансмембранные сегменты сигнальных пептидов и направляют содержащий их белок к секреторному аппарату.
секреторная системама – обеспечивает прохождение через гидрофобную мембрану длинной полипептидной цепи, содержашей значительные гидрофильные участки, в нативном состоянии свертутой в громоздкую структуру. транспорт идет по градиенту концентрации, и поэтому все секреторные системы расходуют энергию АТФ. Секреторные шапероны GroE/DnaK участвуют только в процессе секреции, и их функцией является задержка фолдинга секретируемых белков. Большинство секретируемых белков являются глобулярными и в полностью свернутом виде они просто не в состоянии преодолеть мембрану.
Секреторные шапероны, связываются с предназначенным для секреции белком сразу же после его схода с рибосомы и не дают ему принять окончательную конформацию. Секреторный шаперон фактически доставляет белок с рибосомы к секреторному аппарату. Секреторыные шапероны экономят энергию для разворачивания белка.
эукариоты не имеют секреторных шаперонов потому что,секреция белка у них сопряжена с трансляцией – синтезируемая белковая цепь сразу, не успев принять свою нативную конформацию, попадает в секреторный канал.
Прокариоты не могут воспользоваться таким механизмом, поскольку у них рибосомы присутствуют в огромном избытке по отношению к мембранным транслоказам (у эукариот такого избытка нет из-за большей поверхности эндоплазматического ретикулума).
|
|
|
Секреторный аппарат первого типа
Белки, секретируемые по первому пути, не имеют сигнальных пептидов и не используют т.н. общий секреторный путь (GSP). Эти белки в процессе секреции полностью минуют периплазму и секретируются непосредственно во внешнюю среду. Секреторный аппарат первого типа устроен просто. Во всех случаях он состоит из трех белков. Первый принадлежит к классу АТФаз, называемых ABC транспортерами и обеспечивает энергозависимые стадии процесса транспорта. Этот белок является цитоплазматическим и ассоциированным с димерным белком, обеспечивающим слияние цитоплазматической и наружной мембраны и фактически образующим канал, через который и транспортируется секретируемый белок. И третий белок-швейцар (gatekeeper) локализован во внешней мембране. Его функция - запирать мембранный канал, когда субстрат отсутствует.
Секреторный аппарат второго типа (GSP)
Через секреторный аппарат II типа транспортируются разнообразные белки, такие как пектатлиазы, полигалактуроназы, пектинметилэстеразы и целлюлазы у эрвиний (по нескольку изоферментов каждого класса); полигалактуроназа, целлюлаза, протеаза и амилаза; липаза, фосфолипаза, эластаза, энтеротоксин А и щелочная фосфатаза у Pseudomonas aeruginosa; пуллуланаза. Именно в связи с большим числом и разнообразием субстратов, секретируемых через аппарат II типа его зачастую называют "общим секреторным путем" (General Secretory Pathway, GSP).
Характерной чертой аппарата второго типа является секреция белков в две стадии. Сначала они экспортируются через цитоплазматическую мембрану, где в случае Грам-положительных бактерий их секреция и заканчивается. В случае Грам-отрицательных бактерий белки оказываются в периплазме, и либо остаются там (и тогда говорят не о секреции, а об экспорте), либо встраиваются во внешнюю мембрану, либо секретируются во внешнюю среду посредством одной из терминальных ветвей GSP.
Sec система.
Sec системы можно разделить на три стадии: - направление белка на транспорт
- собственно транслокация белка через мембрану
- освобождение транспортированного белка на периплазматической стороне мембраны.
На первой стадии пребелки направляются к точкам секреции в цитоплазматической мембране (местам, где собран транслокационный комплекс). На второй стадии полипептидная цепочка пересекает липидный бислой. На третьей стадии транслоцированный полипептид освобождается и либо принимает свою нативную конформацию, либо направляется для дальнейшей секреции в одну из терминальных ветвей GSP.
|
|
|
Секреторный аппарат третьего типа
Системы секреции III типа жизненно необходимы для многих патогенов животных и растений, таких как Erwinia amylovora, Erwinia crysanthemi, энтеропатогенные Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexneri, Xanthomonas campestri, и три вида Yersinia.
Отличительными чертами этих систем секреции являются доставка факторов вирулентности непосред- ственно в клетку эукариотического хозяина (хотя часть белков, секретируемых по этому пути, остается связанной с поверхностными структурами бактерии или попадает в среду), а также использование большого количества специфических секреторных шаперонов.
Повышение температуры до 37°C, происходящее, например, при попадании бактерии в организм человека, индуцирует экспрессию секреторного аппарата III типа.
Система секреции III типа не зависит от sec-белков. Соответственно, секретируемые белки не имеют сигнального пептида, характерного для системы секреции II типа.
Секреторный аппарат четвертого типа
Система секреции IV типа имеет выраженное сходство с аппаратом конъюгации ряда плазмид и скорее всего произошла от него. Эта экспортная система характеризуется чрезвычайно широкой специфичностью как по отношению к субстратам (крупные нуклеопротеидные комплексы, мультикомпонентные белковые токсины и мономерные белки), так и по отношению к мишеням секреции, каковыми могут служить бактерии, грибы, растения и животные (иными словами, клетки представителей всех царств за исключением архей).
Многие системы IV типа переносят ДНК, но необходимо отметить, что переносится не ДНК сама по себе, а однонитевая ДНК, связанная с одним или несколькими белками. Эти белки участвуют в процессинге ДНК в точке начала переноса (oriT), ведущем к образованию конъюгационного интермедиата.
90. Транспорт белков через мембраны и его контроль.
У всех клеток есть мембрана, состоящая из двойного слоя липидов. В клетку должны поступать многие необходимые для жизни вещества (сахара, аминокислоты, ионы щелочных металлов), но липидный бислой для них практически непроницаем. Поэтому в состав мембраны входят транспортные белки, которые и осуществляют перенос полярных или заряженных соединений. Транспорт этих соединений в клетку делится на активный и пассивный. Пассивный транспорт — транспорт веществ из области с высокой концентрацией в область низкой без затрат энергии, то есть диффузия. Она делится на 2 варианта: простая и облегчённая.
В облегчённой диффузии участвуют белки-переносчики. Этот вариант может сопровождаться конформационными изменениями белка. Есть несколько путей переноса веществ в этом случае: когда участвует один белок и когда участвуют несколько. Если участвует одинбелок(транслоказа), то он связывает вещество, потом сближается с другой стороной мембраны, отдаёт связанное вещество и возвращается в исходное состояние. Если участвуют несколько белков, то один связывается с веществом, потом передаёт его другому и так далее, пока вещество не дойдёт по цепи до противоположной стороны мембраны.
Пассивный транспорт обеспечивают также белки-каналы. Каналообразующие белки образуют в мембране водные поры, через которые (когда они открыты) могут проходить вещества. особые семейства каналообразующих белков (коннексины и паннексины) формируютщелевые контакты, через которые низкомолекулярные вещества могут транспортироваться из одной клетки в другую (через паннексины и в клетки из внешней среды).
Активный транспорт происходит против градиента концентрации и протекает с затратой энергии. В активном транспорте участвуют белки-переносчики. Энергия, которая требуется для осуществления активного транспорта, обычно получается транспортными белками при расщеплении АТФ. Один из наиболее изученных белков, осуществляющих активный транспорт — Na+/K+-аденозинтрифосфатаза. За полный цикл работы этого насоса в клетку попадают из внешней среды 2 иона K+ и выбрасывается наружу 3 иона Na+.
Ещё один путь попадания веществ внутрь клетки — их поглощение путем эндоцитоза. В этом процессе также могут участвовать специальные транспортные белки. Например, гастромукопротеид (внутренний фактор Касла), который синтезируется в клетках слизистой оболочки желудка, обеспечивает поглощение путем эндоцитоза клетками подвздошной кишки витамина B1
|
|
|
