Sejtorganellumok az exocitotikus útvonalon (transzláció, riboszóma, dER, Golgi-app., szekréció, exocitózis) Dr. L. Kiss Anna Anatómiai, Szövet-és Fejlődéstani Intézet Semmelweis Egyetem, Budapest 2016
Az endoplazmás reticulum → Golgi-app. útvonal Exocitózis: a sejtből kifelé irányuló transzport, vezikulum(ok) a vagy vakuolum(ok) kinyílása a sejtmembránon a két membrán fúziójával. Az endoplazmás reticulum → Golgi-app. útvonal
Osztályozás a trans-Golgi hálózatból Exocytosis: Osztályozás a trans-Golgi hálózatból Sejtmembrán felé Membránfehérjék kijuttatása a sejtmembránba a trans-Golgi hálózatból lefűződő vezikulákkal, állandóan zajlik, vezikulák membrán fúzióval kinyílnak a felszínre Konstitutiv exocytosis: folyamatosan, külső jel nélkül B. Szekréciós fehérjéket tartalmazó vezikulák vagy vakuolumok lefűződnek a trans-Golgi hálózatról, membrán fúzióval kinyílnak a sejtmembránon, váladékuk kiürül Konstitutiv exocytosis: folyamatosan, külső jel Szabályozott exocytosis: exocytosis csak külső jelre (jelátvitel). Pl. hízósejt 2. Lizoszóma (ill. annak korai alakja, a késői endoszóma) felé Lizoszómális fehérjék lokalizációs jele: mannóz-6-foszfát, szállító receptorok: Man-6-P-receptorok
Endoplazmás retikulum Membránnal körülvett üregrendszer (tubulusok, ciszternák): Porter és Palade durva felszínű (dER, rER) sima felszínű (sER)
Az endoplazmás retikulum (ER) rER sER EM kép
Riboszóma riboszóma 60S (mono)riboszóma 40S nagy alegység kis alegység (mono)riboszóma 40S a fehérjeszintézis „munkaasztala”, két makromekuláris alegységből áll, (nagy alegység:3 féle RNS + 49 fehérje, kis alegység: 1 RNS + 33 fehérje), a két alegység a transzlációban kapcsolódik össze. Nagyság: 24 nm.
Riboszóma szintézis, „összeszerelés”: magvacska export a citoplazmába: magpórusokon 1 kötőhely a kis alegységben: mRNS-kötő hely 3 kötőhely a nagy alegységben: A (aminosav-kötő) hely P (peptidil-kötő) hely E (exit) hely
Transzláció (fehérjeszintézis) A génexpressziónak a transzkripciót követő második, fontos állomása: fehérjék összeszerelése aminosavakból a mRNS tárolt információ alapján. A cytoplasmában történik. Hozzávalók: 1. mRNS a génről RNS-re lemásolt információ az összeszerelendő aminosavak sorrendiségére. (kodonok, start-kodon: AUG, 3 stop-kodon, egy aminosavat több kodon is kódolhat, kezdőpont 5’-vég) aminosavkötő hely 2. tRNS: fontos adapter molekula, egyik végén a rá specifikus aminosavat köti, átellenes végén a mRNS kodonját kötő komplementer bázistriplet (antikodon) van. mRNS-en kodonkötő hely Kétdimenziós szerkezet Háromdimenziós szerkezet szimbólum
EM kép Iniciáció: lánckezdés: AUG triplet Elongáció: láncnövekedés: ismétlődő lépések Termináció: láncbefejezés: „értelmetlen” kodonok A komplett fehérjeszintetizáló gépezet EM kép A transzláció ismétlődő alapmozzanata: egy aminosav hozzákötése a peptidlánchoz (a lánc hosszabbodása: elongáció). A 3 lépésből álló ciklus minden hozzákötendő aminosav esetében ismétlődik. 3
A durva felszínű endoplasmás reticulum (dER) Erősen fejlett forma: sok párhuzamos ciszterna: ergasztoplazma (hasnyálmirigysejt részlete) Kevésbé fejlett forma: néhány ciszterna és tubulus hálózata (lutein sejt részlete) EM kép EM kép
Durva felszínű endoplazmás retikulum
Kotranszlációs transzport (vektoriális transzláció) Hogyan kerül a riboszóma a membránra? Mi történik az ER-ban? Fő funkció: bizonyos a.) fehérjék szintézise, b.) membránon átjuttatása (nascens, nem tekeredett állapotban) és c.) módosítása Kotranszlációs transzport (vektoriális transzláció) Szabad riboszómán megindul a fehérjeszintézis, első 15-35 aminosavnyi szakasz: ER-lokalizációs jel (szignálszekvencia). A jelet egy ribonukleoprotein komplex (signal recognition particle: SRP) ismeri fel. Hozzákötődik, felfüggeszti a transzlációt. SRP maga is jelként szerepel, az azt felismerő receptor a dER integráns membránfehérjéje (SRP-receptor). A riboszóma-SRP komplex ezzel a dER membránjához kötődik. Az SRP leválik, folytatódik a transzláció, a peptidlánc az ER membrán csatornáján (PCC, translocon) csúszik át. A riboszómát a csatorna köti a membránhoz. A transzláció végén:a szignálpeptidet egy enzim levágja, a csatorna szétesik. prokariótákban: Sec61 eukariótákban: PCC (protein conducting channel): fehérjék membránon való átjutásának a biztosítása
Riboszómák szabad riboszómák membrán-kötött riboszómák poliriboszómák
A kotranszlációs transzport befejezése: 1. export és lizoszómális fehérjék esetén a peptidlánc teljesen bekerül az ER lumenébe 2. transzmembrán fehérjék esetén a lánc áthaladását a lánc egy hidrofób szakasza, a stop-transzfer szakasz akasztja meg. Ezzel a fehérje a membránban marad. A szignálszekvencia levágódik (szignálpeptidáz enzim)
A peptidlánc sorsa a szintézis után: „minőség-ellenőrzés” az ER-ban Kémiai módosítások (poszt-transzlációs módosítások). Pl. szignálszekvencia eltávolítása, reaktív csoportok (pl. OH) felvitele, célzott fehérjehasítás, szénhidrátláncok rákapcsolása, N-glikozilálás, diszulfid hidak kialakulása …negyedleges szerkezet kialakulása A végső térbeli szerkezet felvétele (feltekeredés): vagy spontán (az aminosavsorrend meghatározza a végső, harmadlagos szerkezetet!), vagy segítséggel (chaperonok: belső üreggel rendelkező nagy fehérjekomplexek, belső terük segíti a peptidlánc helyes végső szerkezetének kialakulását) Hibás szerkezetű fehérjék lebontása. Felismerő fehérjekomplexek, megjelölés kis fehérjével (ubiquitinnel), átirányítása egy fehérjebontó komplexbe, a proteaszómába. Fehérjék célbajuttatása (sorting, targeting). Jelentősége. Lokalizációs jelek (egy vagy több, néhány aminosavból álló peptidszakaszok), a jelet felismerő receptorfehérjék a célorganellumokban, transzportmechanizmus.
A fehérjék szétosztása (sorting)
Sima felszínű endoplazmás retikulum Funkció: 1.) detoxifikáció a.) hidroxil, amino, szulfhidril, csoportok beépítése: citokróm P450 enzim; b.) hidrofil csoportok (glukuronsav, glicin, kénsav) konjugálása 2.) glikogén szintézis 3.) lipid szintézis 4.) Ca2+ raktározás: a lumenben Ca2+-kötő fehérjék
Golgi-apparátus Felfedezője: Camillo Golgi (1843-1926), 1898-ban ezüstözési technikával idegsejtekben hálózatot mutatott ki („apparato reticolare interno”). Nobel-díj 1906. Fénymikroszkópos kimutatása: speciális ezüstimpregnációval, tartós ozmiumsavas kezeléssel vagy immuncitokémiával Lokalizációja a sejtben: a mag mellett. Építő elemei: a dictyosomák (kis szemcseszerű elemek), melyek önállóan is jelen vannak, vagy hálózatba rendeződnek. A XX. sz. közepéig sokan műterméknek tartották. hálózat dictyosoma Golgi-apparátus immuncitokémiai kimutatása tenyésztett kötőszöveti sejtben, Golgi-rezidens fehérje elleni ellenanyaggal Két idegsejt spinális ganglionból, Aoyama ezüstimpregnáció.
transz-Golgiról leváló szekréciós vezikulumok Golgi készülék - párhuzamosan rendezett, membránnal körülvett üregek (ciszternák) - riboszómák nincsenek - környezetükben sok vezikulum ill. vakuolum a poszt-tanszlációs módosítások legfontosabb helye transz-Golgiról leváló szekréciós vezikulumok vezikulumok az ER-ból
A Golgi-komplex (dictyosoma) elektronmikroszkópos képe kondenzáló vakuolum trans-Golgi hálózat (TGN) dER cis-ciszterna trans-ciszterna cis-Golgi hálózat Golgi-vezikulák
Történések a Golgi-ban Osztályozás: dER fehérjék vissza (speciális aminosav szekvencia a retrográd transzporthoz) a többi előre fehérje „előre” Glikoziláció (N-glikoziláció befejező szakasza, O-glikoziláció): sejtburok: glikoproteinek, glikolipidek, nyákanyag, extracelluláris mátrix: glükozaminoglikánok, proteoglikánok szintézise Szortirozás (sorting): a fehérjék megjelölésével
Történések a Golgi-apparátusban . Lizoszómális fehérjéken a mannóz foszforilációja (Man-6-P jel) dER dER → Golgi vezikuláris transzport Felesleges mannózok eltávolítása cis oldal acetilglukózamin rákapcsolás galaktóz, sziálsav rákapcsolás glükozaminoglikánok szintézise) trans oldal Osztályozás, szulfát csoportok rákapcsolása Lizoszómális fehérjék exportfehérjék membránfehérjék lizoszóma felé sejtmembrán felé
Vezikuláris transzport a ciszternák között Fehérjetranszport két modellje a Golgi-apparátusban Vezikuláris transport a ciszternák között Cisternák előrehaladása: cis oldalon épül, trans oldalon szétdarabolódik Vezikuláris transzport a ciszternák között Golgi rezidens enzimek visszaszállítása Golgiban módosított fehérjék transzportja: COP burkos vezikulákkal
Vezikuláris transzport a z ER és a Golgi apparátus között burkos vezikulumok: coatamer fehérje COPI, COPII
Úton a Golgitól a plazmamembránig mikrotubulusok mentén
Exocitózis
Két széli szekréciós granulum exocytosisa Exocytosis szekréciós sejtben (hízósejt) membránfúziós hely Szekvenciális exocytosis: befelé haladva a granulumok fokozatosan egymásba nyílnak. Két széli szekréciós granulum exocytosisa
Exoszóma, mikrovezikulák
Felhasznált illusztrációk forrása: Röhlich: Szövettan, 3. kiadás, Semmelweis Kiadó Budapest Alberts – Johnson – Lewis – Raff – Roberts – Walter: Molecular biology of the cell. 5. kiadás, Garland Science Saját prep. és/vagy felvétel, ill. rajz Campbell – Reece: Biologie, Spektrum - Fischer