7. Przedziały komórkowe biorące udział w procesie biosyntezy modyfikacji białek.
Wzrost organelli wymaga rozbudowy błony i dostarczenia białek zarówno błonowych jak i rozpuszczalnych, które wypełniają wnętrze organelli. Do pewnych organelli w tym mitochondriów chloroplastów i peroksysomów, oraz do wnętrza jądra białek są dostarczane wprost z cytozolu. Do innych , w tym do aparatu Golgiego, lizosomów, edosomów, i błon otoczki jądrowej białka są dostarczane pośrednio przez ER gdzie są syntetyzowane. Białka wnikają do ER z rybosomów przyłączony z błony ER od strony cytozolu. Pewne białka pozostają w ER a pozostałe są skierowywane dalej a w drodze transportu pęcherzykowego docierają do aparatu Golgiego a potem do innych organelli . Synteza wszystkich białek w komórce rozpoczyna się na rybosomach w cytozolu. Wyjątek stanowią nieliczne białka mitochondrialne i chloroplastowe które są syntetyzowane na rybosomach wewnątrz tych organelli ; jednak większość białek mitochondriów i chloroplastów jest syntetyzowana w cytozolu i następnie importowana. Los dowolnej cząsteczki białka zależy do sekwencji sortującej kieruje białko do odpowiedniej organelli, w której jest potrzebne. Białko ,które takiego sygnału nie maja, pozostają w cytosolu. Sygnał sortujący to sekwencja aminokwasów , która wsuwana jest z dojrzałego białka gdy tylko spełni swoja funkcje. Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon wewnętrznej z białkami i zewnętrznej oraz blaszki (lamin) jądrowej. Otoczka jądrowa we wszystkich komórka posiada kompleksy porowe tworząc bramki przez które mogą wnikać do jadra lub je opuszczać cząsteczki . Ruch zachodzi w obu kierunkach przechodzą min. cząsteczki mRNA i podjednostki rybosomowe składane w jądrze, informacyjny RNA. Każdy kompleks porowy zawiera jeden lub dwa kanały wypełnione wodą, przez które przechodzą cząsteczki rozpuszczalne w niej. Natomiast cząsteczki większe tj. RNA i białka mogą przejść tylko gdy zawierają odpowiedni sygnał sortujący. Sekwencja sygnałowa która kieruje białko do jądra określana jest jako sygnał lokalizacji jądrowej(NLS) które tworzą jedna lub dwie sekwencje obdarzone ładunkiem dodatnim. Podczas pierwszego etapu transportu do białek przeznaczonych do jądra wiążą się wyspecjalizowane białka cytozolowe określane jako receptory importu jądrowego. Powstały kompleks jest kierowany do kompleksu porowego przez włókienka wystające w kierunku cytozolu . Centralny kanał zostaje otwarty i białko jest transportowane aktywnie do jądra z związanym receptorem. Następnie receptory są wyprowadzane z powrotem przez centralny przenośnik do cytozolu, gdzie mogą być użyte ponownie. Podobny typ receptora transportu służy w odwrotnym kierunku do transportu z jądra mRNA. Kompleksy porowe transportują białka w całkowicie sfałdowanej konformacji i przenoszą składniki rybosomowe jako cząstki zespolone co odróżnia ten mechanizm transportu od mechanizmów wprowadzających białka do innych organelli. Mitochondria i chloroplasty posiadają własny genom i syntetyzują swoje białka jednak większość z obecnych białek jest dostarczana do tych organelli. Białka te zazwyczaj na swoim końcu N mają sekwencję sygnałową która umożliwia im wejście do tych organelli. Białka kierowane do wnętrza są przeprowadzane przez obie błony wewnętrzną i zewnętrzną w wyspecjalizowanych miejscach w których obie błony są w ścisłym kontakcie ze sobą. Tuż przed translokacja białko ulega rozfałdowaniu a po translokacji zostaje rozcięta sekwencja sygnałowa. Białka opiekuńcze wewnątrz organelli pomagają w przeciąganiu białek, przez obie błony i przy ponownym sfałdowaniu białka. Transport do poszczególnych miejsc w organelli: błona wewnętrzna, błona tylakoidów wymaga odpowiedniego sygnału sortującego, który często zostaje odsłonięty po odcięciu pierwszej sekwencji sygnałowej. Retikulum endoplazmatyczne jest najbardziej rozbudowanym systemem błon i odmiennie niż omawiane organelle jest miejscem wejścia dla białek przeznaczonych zarówno dla organelli jak i dla siebie samego. Z cytozolu do ER przenoszone są dwa rodzaje białek : 1. Białka rozpuszczalne przechodzące w całości przez błonę ER; 2. Przyszłe biała transbłonowe, których translokacja przez błonę ER jest tylko częściowa, co prowadzi do ich zakotwiczenia w tej błonie. Wszystkie te białka są początkowo kierowane do ER przez sekwencję sygnałową dla ER( peptyd sygnałowy), będący odcinkiem ośmiu lub więcej aminokwasów hydrofobowych. Większość białek wnikających do ER jest transportowana przez błonę ER , nim jeszcze zostanie zakończona synteza łańcucha polipeptydowego. Jest to możliwe wtedy gdy rybosom syntetyzujący białko jest przyłączony do błony ER. Takie związane z błoną rybosomy pokrywają ER tworzą obszary szorstkiego retikulum endoplazma tycznego. Sekwencja sygnałowa kierująca do ER jest doprowadzana do błony ER. Przez przynajmniej dwa elementy molekularne są to : 1) cząstka rozpoznająca sygnał (SRP) obecna w cytosolu i rozpoznająca sekwencje sygnałową dla ER , gdy tylko pojawi się ona na rybosomie oraz 2) receptor SRP, umieszczony w błonie ER , który rozpoznaje SRP. Przyłączone SRP do cząsteczki sygnałowej powoduje przyhamowanie syntezy białka na rybosomach do czasu gdy rybosom i związana z nim SRP zwiążą się z receptorem SRP. Po związaniu z swym receptorem SRP ulega odłączeniu , a synteza białek zostaje wznowiona, w wyniku czego polipeptyd jest przemieszczany do światła ER przez kanał translokacyjny w błonie ER. Tak więc SRP i receptor SRP działają jako molekularne układy dopasowujące, łączące rybosomy, które syntetyzują białka zawierające sekwencje sygnałową dla ER z dostępnymi w ER kanałami translokacyjnymi. Oprócz kierowania białek do ER sekwencja sygnałowa, która w białkach rozpuszczalnych jest prawie zawsze przy końcu N białka, pełni funkcję dodatkową - otwarcia kanału translokacyjnego. Peptyd sygnałowy pozostaje związany z kanałem w czasie, gdy reszta łańcucha białka jest przesuwana przez błonę tworząc pętlę. W trakcie translokacji sekwencja sygnałowa zostaje odcienia przez peptydazę sygnałową umieszczona od strony światła ER. Peptyd sygnałowy opuszcza wtedy kanał translokacyjny i ulega szybkiej denaturacji do aminokwasów. Skoro tylko koniec C białka przejdzie przez błonę zostaje uwolnione do światła ER. Wnikanie do ER jest pierwszym etapem wędrówki białka do innego miejsca przeznaczenia, którym przynajmniej początkowo jest aparat Golgiego i z niego do innych przedziałów systemu błon wewnętrznych przebiega przez ciągłe pączkowanie i fuzję pęcherzyków transportujących. Drogi transportu prowadzonego przez pęcherzyki sięgają w kierunku zewnętrznym od ER do błony komórkowej oraz w kierunku przeciwnym od błony komórkowej do lizosomów zapewniając komórce komunikację z otoczeniem. Ruch pęcherzyków między przedziałami jest sterowany przez szlak sekrecyjny (wydzielniczy)rozpoczynający się biosyntezą białka na ER oraz ich wejściem i przeprowadzeniem przez aparat Golgiego do powierzchni komórki odgałęzienia prowadza do lizosomów. Pęcherzyki od pączkowujące od błon maja zazwyczaj na swojej powierzchni cytozolowej charakterystyczny płaszcz białkowy dlatego nazwano je pęcherzykami opłaszczonymi. Po odłączeniu pęcherzyka zrzucają swój płaszcz białkowy co umożliwia błonie pęcherzyka bezpośrednie oddziaływanie z błona, z którą na się złączyć przez fuzję. Uważa się że płaszcz spełnia przynajmniej dwie funkcje: formowanie błony w postać pęcherzyka i ułatwienie wychwytywania cząsteczek które maja być później transportowane dalej. Większość białek w ER ulega modyfikacji po przez glikozylację po przez dołączenie reszt cukrowych. Pełnia one różne funkcje chronią białko przed degradacją, przetrzymują w ER, dopóki nie zostanie ono prawidłowo sfałdowane lub też pomagają w wprowadzeniu białka do właściwej organelli. Pewne białka powstające w ER pozostają w nim i tam działają. Są one zatrzymywane w ER dzięki obecności sekwencji zwanej sygnałem retencji (pozostawania) w ER, który jest rozpoznawany przez receptor białkowy znajdujący się w ER i w cysternach cis aparatu Golgiego. Jednak większość białek wchodzący do ER, jest przeznaczona do innych miejsc od pączkowując i ulegając fuzji z aparatem Golgiego. W ten sposób ER kontroluje ilość i jakoś białek dochodzących do aparatu Golgiego. Każdy stos Glogiego na dwie różne strefy: wejściowa czyli cis i wyjściowa czyli trans. Strefa cis są siaduje z błona ER, natomiast strefa trans jest zorientowana ku błonie komórkowej. Najbardziej zewnętrzna cysterna strefy jest częścią powiązanych ze sobą strefy rurek i pęcherzyków błonowych. Białka rozpuszczalne i błona wchodząca do sieci cis Golgiego za pośrednictwem pęcherzyków transportujących pochodzących z ER. Białka wędrują następnie po przez cysterny sekwencyjnie przenoszone w pęcherzykach transportujących, które odrywają się od jednej cysterny i na drodze fuzji łączą się z następną. Białka wychodzą z sieci trans Golgiego w pęcherzykach transportujących kierowanych albo do powierzchni komórki, albo do innych przedziałów. Uważa się że obie sieci Golgiego, cis i trans, są ważne dla sortowania białek. Białka wchodzące do sieci cis mogą albo przechodzić dalej poprzez cysterny , albo jeśli maja sygnał retencji w ER powrócić do ER. Białko opuszczające sieć trans Golgiego są sortowane na podstawie swego przeznaczenia, albo do lizosomów albo do powierzchni komórki.