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001_Protein Translocation

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Protein translocation

Transmembrane protein translocator가 cytosol에서 topologically distinct한 공간(membrane의 반대편 또는 integral membrane protein의 경우 lipid bilayer 내부)으로 특정 단백질을 직접 수송한다. 수송되는 단백질 분자는 일반적으로 translocator를 통과하기 위해 펼쳐져야 한다. 선택된 단백질의 초기 수송이 cytosol에서 Endoplasmic Reticulum lumen, Endoplasmic Reticulum membrane, 또는 mitochondria로 이러한 방식으로 발생한다.

Co-translational translocation

1. 개요

공번역 이동은 리보솜에서 단백질이 합성되는 도중에 ER 막을 통과하여 내부(Lumen)로 들어가는 방식이다. 주로 분비 단백질이나 막 단백질이 이 경로를 거친다.

2. 주요 단계

  1. 신호 서열(Signal Sequence) 노출: 리보솜에서 합성 중인 폴리펩타이드의 앞부분에 소포체로 향함을 알리는 신호 서열(N-말단)이 나타난다.

  2. SRP 결합: 세포질에 있던 **신호 인식 입자(SRP, Signal Recognition Particle)**가 이 신호 서열을 인식하여 결합한다. 이때 SRP는 단백질 합성을 일시적으로 중단시킨다.

  3. ER 막 이동 및 결합: SRP-리보솜 복합체가 소포체 막에 있는 **SRP 수용체(SRP Receptor)**에 결합한다.

  4. [Sec61 complex|트랜스로콘] 개방: SRP가 분리되면서 리보솜이 소포체 막의 단백질 통로인 **트랜스로콘(Sec61 복합체)**에 부착된다. 이와 동시에 닫혀 있던 통로가 열린다.

  5. 합성 및 이동 재개: 중단되었던 단백질 합성이 다시 시작되며, 생성되는 폴리펩타이드 사슬이 소포체 내부로 직접 주입된다.

  6. 신호 서열 제거 및 완성: 소포체 내부의 **신호 펩타이드 분해효소(Signal Peptidase)**가 신호 서열을 잘라낸다. 합성이 완료되면 단백질은 소포체 내에서 적절한 구조로 접히게 된다.

3. 핵심 구성 요소

  • 신호 서열(Signal Sequence): 약 15~30개의 아미노산으로 구성되며 소포체 타겟팅을 결정한다.

  • SRP: 단백질 합성을 조절하고 리보솜을 소포체로 인도하는 가이드 역할을 한다.

  • Sec61 복합체: 단백질이 막을 통과할 수 있게 해주는 실제 통로이다.

Post-translational translocation

완성된 단백질이 cytosol에서 합성된 후 ER로 import되는 경우도 있다. 이는 Post-translational translocation이라고 하며, 주로 효모 ER membrane과 진화적으로 관련된 bacterial plasma membrane에서 더 흔하다.

Eukaryotic cells에서의 기전

Figure 12-25B1: Eukaryotic cell에서의 post-translational translocation. Sec62-Sec63 complex가 필요하다. 이 complex는 Sec61 translocator에 부착되어 있으며, ER lumen에서 translocator로부터 나오는 translocating chain에 결합할 수 있는 위치에 BiP 분자를 배치한다. ATP 구동 BiP 결합 및 방출 주기가 단백질을 lumen으로 끌어당긴다.

Sec62-Sec63 complex는 Sec61 translocator에 부착되어 ER lumen의 translocation channel 개구부 근처에 hsp70 유사 chaperone protein(BiP)을 위치시킨다. BiP는 펼쳐진 polypeptide chain에 높은 친화력을 가지며, ER lumen에서 Sec61 translocator로부터 나오는 즉시 import된 단백질 chain에 단단히 결합한다.

Bacteria에서의 기전

Figure 12-25C: Bacteria에서의 post-translational translocation. 완성된 polypeptide chain이 SecA ATPase에 의해 cytosolic 측면에서 plasma membrane의 Sec61 translocator 박테리아 상동체(SecY)로 공급된다. ATP 가수분해 구동 conformational change가 SecA에서 piston과 같은 운동을 유도한다. 이 piston은 단백질 chain의 여러 아미노산을 translocator의 pore를 통해 밀어낼 뿐만 아니라 chain이 cytosol로 역류하는 것을 방지한다.

Bacteria는 에너지를 사용할 수 없는 세포 외 공간으로 직접 단백질을 수송하므로 SecA ATPase라는 cytosolic accessory protein을 사용한다. SecA는 precursor polypeptide에 결합하고 translocator의 cytosolic 측면에 부착되어 ATP 가수분해에 의해 구동되는 주기적 conformational change를 겪는다.

관련 개념

Footnotes

  1. A는 Co-translational translocation으로 에너지적으로 자발적. ↩

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