Sejtorganellumok az exocitotikus útvonalon (transzláció, riboszóma, dER, Golgi-app., szekréció, exocitózis) Dr. L. Kiss Anna Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet Semmelweis Egyetem, Budapest 2015

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 A. Membránfehérjék kijuttatása a sejtmembránba a trans-Golgi hálózatból lefűződő vezikulákkal, állandóan zajlik, vezikulák membrán fúzióval kinyílnak a felszínre B. Szekréciós fehérjéket tartalmazó vesiculák vagy vacuolumok lefűződnek a trans-Golgi hálózatról, membrán fúzióval kinyílnak a sejtmembránon, váladékuk kiürül Szabályozott exocytosis: exocytosis csak külső jelre (jelátvitel). Pl. hízósejt Konstitutiv exocytosis: folyamatosan, külső jel nélkül 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 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