wykład # 8 25.01.2006
GERL cd.
§ Każda błona systemu GERL jest asymetryczna (asymetria cis-trans).
§ Zasada transportu pęcherzykowego gwarantuje zachowanie orientacji błon.
§ Ciała białkowe to magazyny białka otoczone dwuwarstwą lipidową; ciała olejowe otoczone są jednowarstwą.
§ Ruch od ER do AG nazywamy anterogradowym, a odwrotny – retrogradowym.
§ Polisomy (wiele rybosomów połączonych razem) to główna postać, w jakiej występuja rybosomy na RER.
§ Pęcherzyki oderwane od ER zawierające białko wędrują dalej do AG, gdzie białko dojrzewa (dołączane są reszty cukrowe, lipidowe lub inne; zmienia się też struktura przestrzenna białka).
§ Ekstensyna transportowana jest pęcherzykowo do ściany komórkowej.
§ Istnieje możliwość zmiany liczby diktiosomów (mogą się rozrywać).
§ Przy użyciu izotopów radioaktywnych można śledzić obieg substancji wewnątrz systemu GERL.
§ Przekazywanie zawartości pomiędzy cysternami następuje na drodze pęcherzykowej. Możliwe jednak, że transport może odbywać się na zasadzie dynamiki całego układu; nowe pęcherzyki tworzą nową cysternę i całość przesuwa się; na stronie trans cysterna ulega rozpadowi. Taka sytuacja oznaczałby, że zawartość pęcherzyków w zasadzie nie zmienia lokalizacji (nie przechodzi pomiędzy cysternami) – można to porównać do mikrotubuli, która budowana jest z coraz to nowych heterodimerów.
§ Białka receptorowe umieszczone na plazmalemmie muszą być transportowane w specyficzny sposób (bo muszą być odpowiednio zorientowane na powierzchni błony komórkowej.
§ Kierunek wędrówki pęcherzyków zależy od etykiet białkowych na powierzchni pęcherzyków. Białka z grupy SNARE rozpoznają miejsce, do którego ma trafić pęcherzyk.
· V-SNARE (vesicule SNARE) – białko na pęcherzyku; rozpoznaje błonę docelową
· T-SNARE (target SNARE) – białko rozpoznające białka V-SNARE
§ Połączenie V-SNARE i T-SNARE powoduje zlanie się obu błon w miejscu połączenia.
Lizosomy
Ø Markerem lizosomów jest kwaśna fosfataza (jeden z enzymów wewnątrz liposomu).
Ø Lizosomy są szczególnymi pęcherzykami odpączkowującymi od strony trans AG.
Ø Zawierają hydrolazy; ich funkcją jest degradacja makrocząsteczek wchłoniętych do komórki.
Ø Nowo syntetyzowane enzymy są znakowane specjalną resztą cukrową (tak, aby mogły być związane do błony przy pomocy specyficznego receptora), we wnętrzu AG enzym łączony jest z przyszłą błoną lizosomu. Dopóki jest on związany z błoną, nie ma właściwości hydrolitycznych. Gdy lizosom odrywa się od AG, następuje aktywacja pomp protonowych (zakwaszanie środowiska wewnątrz lizosomu), białko enzymatyczne odłącza się od receptora błonowego i następuje podział lizosomu na dwie części (jedna zawiera enzym, a druga receptor, który wędruje do AG – taki komórkowy recycling :P)
Białka z grupy COP
COP1 – odpowiada za transport retrogradowy (od AG do ER)
COP2 – odpowiada za transport anterogradowy
Endocytoza receptorowa
§ Pęcherzyki sekrecyjne docierające do błony komórkowej wbudowują swoją błonę do plazmalemmy (powiększenie powierzchni). Aby błona nie pękła, równolegle biegną procesy odwrotne (endocytoza). Oba te procesy zapewniają ciągły ruch systemu GERL.
§ Proces endocytozy prowadzony jest tylko na niektórych obszarach błony.
§ Połączenie się ligandu z receptorem powoduje rozpoczęcie wpuklania błony; bierze w tym udział białko markerowe – klatryna.
§ Triskeliony klatryny budują kosz klatrynowy wokół pęcherzyka.
§ Przewężenie szyjki dołka opłaszczonego powodujeinne białko – dynamina.
§ Kosz klatrynowy zapobiega pęknięciu pęcherzyka w cytoplazmie.
§ Z pęcherzykiem endosomalnym łączy się lizosom dając endosom wtórny, który traci klatkę klatrynową..
§ Klatka klatrynowa jest podobna do struktury węgla C60 (fullerenu) – piłka złożona z 12 pentagonów zamykających heksagony w kulę.
§ Klatryna jest białkiem zbudowanym z 6 łańcuchów (struktura 4-rzędowa); ramiona triskelionów są elastyczne (mogą tworzyć 5 lub 6-kątne elementy).
Mikrosomy
Ø Otoczone są pojedynczą błoną elementarną.
Ø Często zawierają inkluzje krystalicznego białka.
Ø Wyróżniamy:
§ Peroksysomy: liściowe, glioksysomy, brodawek korzeniowych
§ Sferosomy – rezerwy energetyczne komórek (silnie załamują światło)
§ Hydrogenosomy – prowadzą oksydację pirogronianu
§ Glikosomy - katalizują beztlenowy rozkłąd glukozy
Peroksysomy
§ Peroksysomy są bardzo podobne do lizosomów (bark różnic strukturalnych).
§ Białka peroksysomów mają skłonność do krystalizacji.
§ Peroksysomy mogą mieć różny charakter. Peroksysomy liściowe utylizują tlen powstały w procesie fotosyntezy; w komórkach brodawek korzeniowych obrabiają związki azotowe.
§ U zwierząt peroksysomy występują w dużych ilościach w wątrobie i nerkach; u glonów i roślin – w komórkach prowadzących fotosyntezę.
§ Markerem peroksysomów jest rozkładająca nadtlenek wodoru katalaza (stanowiąca do 15% składy białkowego peroksysomu). Występuje ona wraz z licznymi oksydazami generującymi nadtlenek wodoru; w ten sposób komórka jest odizolowana od toksycznego tlenu i wody utlenionej.
§ Peroksysomy wspomagają pracę mitochondriów.
§ Triton WR-1339 – detergent akumulujący się w lizosomach i zwiększający ich ciężar.
§ Peroksysomy różnią się od lizosomów wrażliwością na inny detergent – digitoninę; aby wyzwolić katalazę z peroksysomu trzeba użyć około 10 razy więcej digitoniny niż jest potrzebne do wyzwolenia kwaśniej fosfatazy z lizosomu. Gdyby obie substancje były w takich samych pęcherzykach, zostałyby uwolnione przy tym samym stężeniu detergentu.
§ Jeśli peroksysomy zawierają rdzeń krystaliczny, łatwo je odróżnić na zdjęciach TEM; jeśli nie mają rdzenia, stosuje się test DAB (reakcję z diaminobenzydyną).
§ W reakcji DAB, po utlenieniu diaminobenzydyny przez katalazę, powstaje polimer łączący się z czterotlenkiem osmu (standardowa substancja kontrastująca)
§ W komórkach roślin rdzeń krystaliczny peroksysomu tworzy katalaza (marker peroksysomów).
§ W komórkach zwierząt rdzeń peroksysomu tworzy oksydaza moczanowa (nieregularny kryształ).
§ Urikaza – oksydaza moczanowa przeprowadza w peroksysomach oksydację produktów przemiany kwasów nukleinowych (puryny) i niektórych białek.
Funkcje peroksysomów:
§ Metabolizm nadtlenku wodoru.
§ Detoksykacja komórki (utlenianie różnych substancji).
§ Oksydacja kwasów tłuszczowych.
§ Metabolizm związków azotu.
§ Katabolizm substancji niezwykłych np. D-aminokwasów albo ksenobiotyków (alkany), np. teflonu.
§ U grzybów w peroksysomach znajdują się enzymy pozwalające na rozkład krótkołańcuchowych węglowodorów. Może się to przyczyniać do oczyszczania wycieków ropy.
Metabolizm H2O2:
RH2 + O2 àoksydazaà R + H2O2
2H2O2 à katalazaà O2 + 2H2O (rozkład katalityczny)
RH2 + H2O2 à R + 2H2O (rozkład peroksydacyjny – wzmocnienie detoksyfikacji)
Detoksykacja komórki
§ W rozkładzie peroksydacyjnym H2O2 donorami organicznymi elektronów są metanol, etanol, kwas mrówkowy, formladehyd, fenole, związki nitrowe; ich oksydacja odtruwa komórki.
§ Proces utlenienia związków organicznych przez peroksysomy nie wiąże się z magazynowaniem energii; wydzielane jest ciepło.
§ W procesie fotorespiracji peroksysomy są niezbędne.
§ Peroksysomy regulują ciśnienie tlenu i jego zawartość w komórce.
§ Utlenianie związków organicznych nazywamy respiracją; respiracja peroksysomów liściowych to fotorespiracja, bo jest ona związana z zagospodarowywaniem tlenu wydzielonego w procesie fotosyntezy.
§ Mitochondria rozpoczynają respirację, a w momencie, gdy ulegają wysyceniu, ich funkcję przejmują peroksysomy.
Utlenianie kwasów tłuszczowych
§ W komórkach zwierzęcych utlenianie kwasów tłuszczowych (β-oksydacja) zachodzi w mitochondriach i peroksysomach (długi łańcuch skracany jest w peroksysomach do łańcucha 16-węglowego; krótkie łańcuchy wędrują do mitochondriów). W komórkach roślin natomiast β-oksydację prowadzą tylko peroksysomy.
Glioksysomy
§ W komórkach roślinnych specjalne peroksysomy zwane glioksysomami przeprowadzają konwersję lipidów w węglowodany podczas kiełkowania nasion roślin oleistych (soja, orzeszki ziemne, słonecznik), gdzie materiałem zapasowym w komórkach liścieni lub endospermu są kropelki tłuszczu (trójglicerydy). Dzieje się to przy udziale typowo roślinnych enzymów.
§ Glioksysomy są nietrwałe; czynne w czasie kiełkowania siewki (1-2 tygodnie), następnie przekształcają się w peroksysomy liściowe. Spektrum enzymów zmienia się w ontogenezie.
Peroksysomy brodawek korzeniowych
§ W peroksysomach brodawek korzeniowych znajdują się aminotransferazy; dzięki czemu może tam zachodzić degradacja lub tworzenie aminokwasów.
Biogeneza peroksysomów
§ Powstają poprzez podział (są uważane za najstarsze endosymbionty komórki eukariotycznej; oksydaza D-aminokwasowa jest być może dowodem tego, że peroksysomy są najstarszymi endosymbiontami).
§ Białka peroksysomowe są dostarczane posttranslacyjnie, ich transport do wewnątrz odbywa się z użyciem energii z ATP.
§ Białka peroksysomowe są syntetyzowane na rybosomach cytoplazmatycznych; muszą być zaopatrzone w sekwencję sygnałową SKL zbudowaną z trzech aminokwasów.
· S – small uncharged (mały, nienaładowany) – seryna, prolina, alanina
· K – kation charged (+) – lizyna, arginina
· L – lipidlike (hydrofobowy) – metionina, leucyna
§ Pozbawienie sygnału SKL powoduje pozostanie białka w cytozolu, natomiast dołączenie sygnału SKL do obcego białka pozwala wprowadzić je do peroksysomu (uniwersalizm SKL polega na tym, że można tą drogą wprowadzać bardzo różne białka; podany tutaj przykład z lucyferazą, świetlikami i transgenicznym tytoniem
§ Adrenoleukodystrofia - defektywne białko integralne błony peroksysomu nie pozwala na transport do wnętrza kwasów tłuszczowych, które nagromadzając się w płynach ustrojowych niszczą osłonki mielinowe nerwów.
1
nauka877