Fejezetek a sejtbiológiából Dr. Darvas Zsuzsa Dr. László Valéria Dr. Tóth Sára Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Előadások hétfő 17-1830, NET Barna terem 1. hét (Szept.6.) A sejten belüli transzport folyamatok fő típusai (Ea.: László V.) 2. hét (szept. 13.) Endoplazmás retikulum. A vezikuláris transzport 3. hét (szept. 20.) Szekréció és a Golgi 4. hét (szept. 27.) Az endocitózis. Az endoszómális – lizoszómális rendszer 5. hét (okt. 4.) A sejtmagmembrán, nukleáris lamina és a magpórus; kaputranszport (Ea.: Darvas Zs.) 6. hét (okt. 11.) A sejtmag egyes komponensei, ezek működése, ės azok hibái (Ea.: Tóth S.) 7. hét (okt. 18.) Az rRNS szintézis; a telomeráz 8. hét (okt. 25.) Az endoszimbionta eredetű sejtalkotók: A mitokondrium 9. hét nov. 1.) szünet 10. hét (nov. 8.) A peroxiszóma 11. hét (nov. 15.) A citoszkeleton: Mikrotubulusok 12. hét (nov. 22.) Mikrofilamentumok és intermedier filamentumok 13. hét (nov. 29.) A sejt – sejt, valamint a sejt – mátrix kapcsolódása 14. hét (dec. 6.) A sejtciklus szabályozása

Az eukarióta sejt eredete

Centrális dogma Információ hordozó (DNS vagy fehérje) végrehajtó

„RNS világ” Az RNS rendelkezik két fontos tulajdonsággal: templát enzim (ribozimok) (splicing és transzláció)

(EU)- (BACTERIA) Prokaryota Archaea: cell membrane contains ether linkages; cell wall lacks peptidoglycan; genes and enzymes behave more like Eukaryotes; have three RNA polymerases like eukaryotes; and extremophiles Bacteria: cell membrane contains ester bonds; cell wall made of peptidoglycan; have only one RNA polymerase; react to antibiotics in a different way than archea do. (BACTERIA) Prokaryota Extrém körülmények között élnek (pl.Thermoacidophiles: Thermus aquaticus – PCR reakcióban a Taq polimerázt alkalmazzák)

2,7 milliárd éve 3,8 milliárd éve Az eukarióták jobban „hasonlítanak” az archaeabaktériumokhoz, mint az eubaktériumokhoz.

Size (bázispár) ~106 ~107 - 109

yes Cytoskeleton yes yes

Pro és eukarióta sejt szerkezete A méretbeli különbség kb. 10-szeres!!

Az eukarióta sejt belső membránjainak eredete

A belső membránok invaginációval endoszimbiózissal keletkeztek.

Endoszimbionta elmélet Lynn Margulis – 1966 1980 – bizonyítékok Anaerob eukarióták – nincs mitokondriumuk –főleg paraziták (Giardia intestinalis, Entamoeba histolytica, Microsporidia) Helyette mitosoma, hidrogenoszóma (dupla membrán, de nincs genom - degenerált mitokondrium)

(eu) A csillók eredete (endoszimbiózis) (pro)

(proteobaktérium)

Az eukarióta sejt belső tereinek topológiája

A sejten belüli fehérje és lipid transzport mechanizmusok

Az eukarióta sejt fehérje (és foszfolipid) transzportja

Alap kérdések a fehérje transzportoknál Szignál Receptor Transzlokációs csatorna (ha membránon keresztül történik) energia

Fehérje szignál(A) és folt(B)=irányító szám

Néhány szignál szekvencia A szignál szekvencia általában nincsen rajta az érett fehérjén. Esetleg több szignál is kell (pl. mitokondrium) Szénhidrát is lehet szignál – M-6-PO4 (lizoszómális fehérjék)

A fehérjék szintézise és szortírozása I. szabad riboszóma (szintézis után) Sejtmag 1.Kapu transzport NLS szignál nélkül Citoszol

A fehérjék szintézise és szortírozása II. szabad riboszóma (szintézis után) Sejtmag 1.Kapu transzport NLS N-term. szignál nélkül C term. Mitokondrium Peroxiszóma 2. Poszttranszlációs transzmembrán transzport Citoszol

A fehérjék szintézise és szortírozása III. SRP Membránhoz kötött riboszóma szabad riboszóma (szintézis közben) Endoplazmás retikulum 3.Ko-transzlációs transzmembrán transzport

A fehérjék szintézise és szortírozása IV. Endoplazmás retikulum Szabad riboszóma (szintézis közben) 4. Vezikuláris transzport Golgi Transzport vezikulum Szekréciós vezikulum lizoszóma Reziduális test Plazmamembrán endoszóma

Kotranszlációs transzmembrán transzport (endoplazmás retikulum működése)

Szignál hipotézis Günter Blobel – Orvosi Nobel díj 1999 1971

A riboszómák a szintetizált fehérjétől függően szabadon vagy membránhoz kötötten helyezkednek el Riboszóma alegységek a citoszolban Az SRP közreműködésével tudnak az ER membránhoz kötődni.

A szignál felismerő részecske (SRP) Prokarióta SRP RNS Hidrofób oldalláncok – Szignál szekvencia megkötése P9, 14, 19, 54, 68, 72 - fehérjék 7S RNS (300 nukleotid) váz - nukleoluszban RNS polimeráz III, fehérjék részben a magban, részben a citoplazmában kapcsolódnak. Szignál: 16-30 aminosav N-terminálisan (1+ majd hidrofób- szükséges és elégséges a transzlokációhoz)

Monomer (kis) G-fehérjék

Bakteriális SRP és SRP receptor GTP kötés stabilizálja, a GTP hidrolízise pedig destabilizálja az SRP és az SRP receptor kapcsolódását.

Kotranszlációs transzmembrán transzport

Transzmembrán protein transzport baktériumban Intracellular Extracellular The chaperone protein SecB binds to the nascent polypeptide chain to prevent premature folding which would make transport across the plasma membrane impossible.  SecE and SecY are transmembrane components which form a pore in the membrane through which the still unfolded polypeptide is threaded.  The translocation process is energy-dependent (ATP) and is driven by SecA.  Once the protein has passed through the pore, the signal sequence is cleaved off by an extracellular, membrane-bound protease.

Transzlokon (eukarióta) Trimer - komponensei: Sec61 (10 membránt átérő  helix) és Sec61 , Sec61 Hidrofób csatorna – fehérje számára átjárható, de a hidrofil ionok és molekuláknak nem A szintézis biztosítja az energiát Nyitott és zárt állapot (riboszóma felől) Oldalra is ki tud nyílni Szignál peptidáz – transzmembrán fehérje (a szignál szekvenciától C terminálisan található szekvenciát ismer fel)

(Poszttranszlációs transzmembrán transzlokáció az ER-on) Gombákban általános (esetleg más eukariótákban is) BiP (Hsp70 csaperon) és ATP kell hozzá

Transzmembrán fehérjék elhelyezkedése Az ER-ben, a kotranszlációs transzmembrán során alakul ki és a további transzport során már nem változik meg.

Type I: Signal sequence on amino terminus enters first and continues to elongate. Protein is threaded through the translocating channel (open area in rer membrane) until a hydrophobic stop sequence is reached. That hydrophobic stop sequence (seen as a hatched region in the protein) is then inserted in the membrane and forms the anchor for that protein. Signal is cleaved by protease inside the lumen.  

Type II: No cleavable signal sequence Type II: No cleavable signal sequence. These proteins have rather long hydrophobic regions that will be anchored in the membrane. Type II proteins are threaded into the lumen with the C terminus leading. Protein continues to be inserted until it reaches the hydrophobic stop signal sequence.   

What regulates the orientation of Type II and III proteins?

Membránt kétszer és többször átérő fehérjék

Mi történik a fehérjékkel az ER lumenében? Cél: funkcióképes térszerkezet (harmadlagos, negyedleges) kialakítása Proteolízis (szignál peptidáz) Hajtogatás (PDI –protein diszulfid izomeráz, calnexin, calretikulin, BiP) N-glikoziláció (szintézis közben) Multimer protein összeszerelése Minőség ellenőrzés

N-glikoziláció N-oligoszacharid lánc N-oligoszacharid lánc módosítása hozzákötése

Glikoziláció jelentősége hajtogatódás (pl. hemagglutinin) Stabilitás (ECM fibronektin) Sejt adhézió (leukociták és endotél CAM-ja) Antigenitás (A,B,O vércsoportok)

A,B,0 vércsoport antigének tonga.usip.edu/gmoyna/ biochem341/lecture29.html A,B,0 vércsoport antigének

Protein diszulfid izomeráz (PDI) A PDI egyrészt létrehozza a diszulfid hidakat (a), részben a hibásakat felismeri és korrigálja (b).

ER lumen fő jellemzői: oxidatív magas Ca2+

Unfolded protein response (UPR) Csaperon expresszió  A rosszul hajtogatott fehérjék indukálják a hajtogatást segítő csaperonok szintézisét.

Protein degradáció a proteaszómában

Multimer protein összeszerelése Hemagglutinin

Sima felszínű endoplazmás retikulum

Sima felszínű endoplazmás retikulum funkciói Általános membránlipidek (foszfolipidek koleszterin, ceramid) szintézise Ca ion tárolás Specifikus Szteroidok szintézise Méregtelenítés (máj) Glükóz metabolizmus

SER szerepe a glukóz metabolizmusban SER membrán

SER szerepe a glukóz metabolizmusban SER membrán Glükóz 6 foszfatáz – glükoneogenesis and glükogenolízis utolsó lépése (máj, vese)

Glikogén tárolási betegség (GSD) GSDIa – von Gierke – glükóz-6 foszfatáz (G6PC:17q21) hibája GSDIb – glükóz-6 foszfát transzporter (G6PT1:11q23) hibája GSDIc - pirofoszfát transzporter(11q23-q24.2) hibája-ritka GSDId?– glükóz transzporter hibája - nem ismert Súlyos tünetei: glikogén felhalmozódás a májban és a vesében Hipoglikémia, hepatomegália Lókusz heterogénia