11. A vezikuláris transzport jellemzése; a szekréciós útvonal állomásai (ER, Golgi) és folyamatai; az exo- és az endocitózis típusai; az endoszómák és a lizoszómák működése

Question 1

A vezikuláris transzport funkciója

Answer 1

1. Kapcsolat a külvilággal és az endomembrán rendszer tagjai között (pl.: fehérjék elosztása)
2. Olyan molekulák jutnak át a membránon, amik nem férnek át transzportereken, vagy nincsen rájuk transzporter: hormonok, neurotranszmitterek, nagy molekulák (pl.: fehérjék)

Question 2

A vezikuláris transzport folyamatának lényege

Answer 2

Egy membránról lehasad egy kis vezikulum, amely a lumenjében tartalmazza a szállítandó anyagokat, membránján a szignált (irányítószám) –> membrán fúzió, lumenek összekeverednek

Question 3

Vezikuláris transzport két fő útvonala

Answer 3

1. Szekréciós (exocitózis): ER-ről hólyagok lefűződése –> Golgi-készülék (osztályozó szerep) –> jelentős részük kiürül a sejtből, a többi endoszómába kerül
2. Endocitózis: Plazmamebrán lefűződése –> korai endoszómával fúzionálnak –> késői endoszómává, majd lizoszómává alakul (itt emésztő enzimekkel bontja az anyagokat, táplálékhoz jut)

A két útvonal a korai endoszómáknál találkozik: a hidrolítikus enzimek így jutnak a lizoszómába az ER, Golgi felől

Question 4

Burkolt vezikulum létrejötte

Answer 4

Vezikuláris transzport során tipikusan burkolt vezikulumok képződnek először

1. Endocitózis: A külvilágból érkező szállítandó molekulát a plazmamembrán receptorok megkötik –> citoszol felőli oldalára a receptor transzmembrán fehérjéhez adaptin, majd klatrin (vagy egyes sejtalkotóknál (ER és Golgi között) COP, klatrin helyett) kötődik (fehérjék) –> a növekvő hólyagocska leszakadását dinamin fonalas szerkezetű fehérje végzi, GTP hidrolízis terhére
2. Sejtváz mentén szállítódik motor proteinek segítségével
3. A burok elvesztése után látható a szignál –> csupasz vezikulum (adaptin és klatrin újra felhasználódik)

Question 5

Csupasz vezikulum

Answer 5

1. Rab fehérjék: perifériásan elhelyezkedő felismerő szignál –> célmembránon fonalas szerkezetű pányvázó fehérjékkel specifikus kapcsolat
2. A vezikulumon lévő v-SNARE és a célmembránon lévő t-SNARE fehérje összecsavarodva csökkentik a távolságot –> a két membrán összeolvad

Question 6

Szekréciós útvonal indulási feltétele

Answer 6

1. Ez az alap útvonal, nincs szignál, az ER-ről a sarj leválás nem specifikus, szinte bármilyen megfelelően feltekeredett protein bekerülhet egy transzport vezikulumba (kivéve ER rezidens proteinek)
2. BiP (binding protein) dajkafehérje katalizálja a fehérje feltekeredést, addig nem engedi tovább, amíg fel nem tekeredett rendesen –> ER elhagyása minőségellenőrzési pont
   (Ha tartósan nem tekeredik fel jól a fehérje –> lebontódik a citoplazmában)

Question 7

Unfolded Protein Response (UPR)

Answer 7

Ok: Ha nem tud minden megszintetizált fehérjét feltekerni a sejt pl.: kevés a dajka fehérje (ER sztressz)

Mechanizmus:
Az ER lumenben a rosszul feltekeredett fehérje az ER membránjában lévő receptorhoz (szenzor) kötődik, az aktiválódik a citoszolban –> Aktivál transzkripciós regulátorokat, ezek térszerkezete megváltozik, így az importin transzportálhatja a sejtmagba –> chaperone génekhez kötődve indukálja az átírásukat –> új mRNS-el új BiP fehérjék (chaperone) képződnek a DER riboszómáin, és a lumenbe kerülnek –> a sok új dajkafehérje miatt csökken a rosszul feltekert fehérjék száma és így az UPR program befejeződik

Question 8

ER lumenjében előkészületek
1. Glikoziláció

Answer 8

Fehérjék glikozilációja és oxidatív módosítása zajlik itt

Glikoziláció:
1. A dolichol nevű lipiden cukorláncok képződnek, ezeket az oligoszacharil transzferázok hasítják le, és átkapcsolódnak a fehérjék (megfelelő környezetű) aszparagin oldalláncaira, annak aminocsoportjaira –> ezért N-kapcsolt glikoproteineknek nevezzük őket
2. Ha egy integráns sejtmembránfehérje glikozilálódik az ER lumenjében, ez a cukorrész a plazmamembrán külső felszínére kerül pl.: immunológiai szerepet tölt be
3. Oligoszacharidok felépítése: 14 tag, 3-féle cukor:
glükóz, mannóz, N-acetil-glükózamin

Question 9

ER lumenjében előkészületek
2. Oxidatív módosítás

Answer 9

1. PDI - protein diszulfid izomeráz, egy vízoldható enzim, a fehérjék cisztein aminosavai között diszulfid hidakat képez (stabil kovalens kapcsolat) –> a fehérjék végső térszerkezetét stabilizálja
2. Ez csak az ER-ben képződő fehérjéknél történik meg

Question 10

ER retenciós szignál működése

Answer 10

Célja: bizonyos fehérjék ER-ben tartása (ER rezidens fehérje)
Néha ER retenciós szignállal rendelkező fehérjék is a Golgiba juthatnak –> ezt kiküszöbölve a Golgiban és az ER-ben is vannak retenciós szignál receptorok –> ER retenciós szignállal rendelkező fehérjéket visszairányítják az ER-be

Question 11

Golgi-készülék felépítése

Answer 11

1. Középen ciszternás, kívül hálózatos részekből áll, egymással nem kapcsolódnak össze, vezikuláris transzporttal kommunikálnak
   - Cisz oldala az ER-hez közelebbi, transz oldala a külvilághoz van közelebb
   A ciszternáknak is van cisz-, középső- és transz-ciszterna részük, illetve van cisz és transz hálózatos rész is
2. A ciszternák száma 3 és 20 közötti
3. A Golgi-halmokat diktiószómáknak hívjuk, ezek száma is változó

Question 12

Golgi-készülék feladatai

Answer 12

1. Szénhidrátok bioszintézise a lumenben
2. O-kapcsolt glikoproteinek alakulnak ki a szállított fehérje megfelelő környezetű szerin és treonin oldalláncai –OH csoportjainak glikozilálódásával
3. A fehérjék cukorrészeinek további kovalens átalakítása –> módosul a N- és az O-kapcsolt oligoszacharidok szerkezete, így a fehérjék térszerkezete is
4. Specifikus oligoszacharid mintázatok alakulnak itt ki egyes fehérjéken, amelyek faji, szöveti, egyedi megkülönböztető jelzések lehetnek (immunológiai jelentőség)
5. Az oligoszacharid mintázatok segítségével szignálfoltok (pl. M6P) képződnek –> ezekkel a fehérje az endoszóma-lizoszóma rendszer irányába megy, enélkül a sejtfelszín felé

Question 13

Az exocitózis típusai

Answer 13

1. Regulált exocitózis: A szállított anyagok csak a felszín közelébe kerülnek, itt tárolódnak –> szekréciós vezikulumok –> csak megfelelő kémiai ingerre ürülnek ki
2. Konstitutív szekréció:
   A felszínhez kerülve rögtön fuzionál a membránnal
   funkciója: a sejt folyamatosan a külvilágba juttatja az extracelluláris mátrix fehérjéit és megújítja/növeli a sejtmembrán felületét

Question 14

A sejten belüli fehérjetranszport in vitro (sejten kívüli) vizsgálata

Answer 14

Menete:

1. A sejt elroncsolása, sejtorganellumok frakcionálása
2. Az in vitro transzlációs rendszerben gyártott vizsgálandó fehérjéket radioaktív izotópokkal jelölik meg
3. Kémcsőben egy sejtalkotóval összehozzák a fehérjéket –> ha van az organellumra specifikus szignál peptidük, akkor bejutnak, ha nincs, akkor nem
4. Centrifugálás: a szabad fehérjéket elválasztják az organellumba jutottaktól
5. Sugárzással vizsgálható, hogy melyik jutott be és melyik nem

Question 15

A sejten belüli fehérjetranszport in vivo (sejten belüli) vizsgálata

Élesztőgombák

Answer 15

Élesztőgombák szekréciós mutánsaival

Élesztőgombák:

1. Gyorsan szaprodó egysejtűek –> rövid kísérleti idő
2. Eukarióták –> hasonló sejtalkotókat tartalmaz, mint a humán sejt
3. Genetikailag könnyen manipulálhatóak

• • vad típusú élesztőknél az exocitózis hibátlanul lejátszódik
• • mutánsoknál valahol megakad –> mesterséges mutációkkal vizsgálhatjuk, hogy mely gének és gének által kódolt fehérjék hiánya felelős egyes szekréciós lépés elmaradásáért, azaz hol halmozódnak abnormálisan fel a szekréciós fehérjék a mutáns sejtben

Question 16

In vivo viszgálat - Fluoreszcens fehérjejelölés

Answer 16

Menete:

1. A vizsgált fehérje génjéhez GFP-t (az ún. zöld fluoreszkáló protein génjét) kapcsolnak
2. A két gén együtt íródik át, és készül belőlük fehérje –> a fluoreszkáló fehérje mozgása láthatóvá válik (fluoreszcens mikroszkópban zöld színű)

Question 17

Az endocitózis típusai

Answer 17

Pinocitózis (kicsi, 100-150 nm) és fagocitózis (nagy, nagyobb, mint 250 nm)

Question 18

Pinocitózis

Answer 18

1. A sejt folyadékot (és abban oldott/diszpergált anyagokat) vesz fel
2. Ellensúlyozza a plazmamembrán exocitózisos felületnövelését, az endocitózis felületet csökkent
3. Lejátszódhat konstitutív és regulált (receptor-mediált) módon is

Question 19

Fagocitózis

Answer 19

1. Törmelékek, akár kisebb sejteket vesz fel a sejt
2. Regulált (receptor-mediált) módon
3. Például: vízben élő protozoonok - pl.: amőbák nyúlványaikkal (álláb) veszik fel a táplálékot
   Másik példa: magasabb rendű élőlényekben az immunrendszerben jellemző –> makrofág fehérvérsejtek elöregedett vagy hibás sejteket, idegen anyagokat (pl.: baktérium) kebeleznek be

Question 20

Mikor van szükség receptor-mediált endocitózisra? (+példák)

Answer 20

Olyan anyagok felvételénél, amelyekhez a sejtekben nem alakult ki külön transzporter
Például:
1. Koleszterin felvétele sejtekbe
2. Makrofágok fagocitózisa
3. Bélhámsejtek vasion felvétele

Question 21

A koleszterin regulált felvétele sejtekben

Answer 21

1. A hidrofób koleszterin vízoldható lipoproteinekben, az ún. LDL (low density lipoprotein) belsejében szállítódik a vérben
2. A sejtek plazmamembránjában LDL receptorokhoz kapcsolódik
3. Az endocitózis során klatrinnal burkolt vezikulum jön létre, ami később a sejten belül csupasszá válik
4. A vezikulum beleolvad az endoszómába –> az LDL receptor a pH változás hatására leválik, vezikuláris transzporttal visszajut plazmamembránba –> az LDL komplex a lizoszómába kerül –> LDL degradálódik, a felszabaduló koleszterin kidiffundál a citoszolba, a SER-nél a membránba épül

Question 22

Korai endoszómák kialakulása

Answer 22

A Golgi készülék transz oldaláról mannóz-6-foszfát (M6P) szignálfolttal rendelkező vezikulumok nem jutnak a sejtfelszínre, fuzionálnak –> korai endoszóma

–> Emésztő enzimeket tartalmaznak, de az enyhén savas közegben (pH = 6) még inaktívak

Question 23

Késői endoszómává érés korai endoszómából

Answer 23

A membránon lévő protonpumpák H+-t pumpálnak be –> 10-15 perc protonpumpa működés után kialakult a késői endoszóma: A felvett anyagok osztályozása leáll, az alacsony pH miatt az emésztő enzimek aktiválódni kezdenek

A korai és késői endoszóma állapot között a felvett anyagok osztályozása:

1. Reciklizálás: a savas pH-n a receptorok leválnak a hordozott anyagról és a plazmamembránhoz térnek vissza
2. A degradációra szánt anyag a lizoszómába kerül (receptorral együtt vagy anélkül)
3. Transzcitózis: a felvett anyagot a membrán másik oldalára szállítja vezikuláris transzporttal (receptorral együtt) –> főleg a polarizált sejteknél jelentős pl.: bélhámsejteknél a vasionok a bélből így kerülnek végül a vérbe

Question 24

Lizoszóma kialakulása

Answer 24

Amikor a késői endoszóma belső tere eléri a pH = 5-öt a protonpumpálással –> lizoszómáról beszélünk

1. A benne lévő hidrolázok ilyen savas közegben aktívak –> a lizoszóma sérülése esetén sem okoznak problémát, mert a citoszol 7,2-es pH-jú, ezen inaktiválódnak
2. A benne lévő hidrolázok, enzimek: nukleázok, proteázok, lipázok, foszfatázok, glikozidázok, stb.

Question 25

A lizoszóma feladata és funkciója

Answer 25

1. receptor-mediált endocitózissal (főleg pinocitózis) felvett anyagok emésztése
2. Elöregedett saját sejtalkotók lebontása (autofágia)
3. Az emésztési folyamatok során felszabaduló építőkövek (pl.: aminosavak) passzív transzporttal a citoszolba jutnak
4. A nem hasznosítható törtmelék összegyűlik a lizoszómában, az elöregedett lizoszóma később reziduális testté alakul és exocitózissal kikerül a sejtből

Question 26

Fagolizoszómák kialakulása

Answer 26

Fagocitózis során a fagoszóma a kialakuló vezikulum
A lizoszómát, mielőtt fuzionál a fagoszómával primer lizoszómának, utána szekunder lizoszómának nevezzük (fagolizoszóma) –> itt történik a táplálék emésztése

Question 27

Autofágia

Answer 27

1. Az elöregedett saját sejtalkotók lebontása
2. Az ER-ről leváló ún. izoláló membrán veszi körbe az elöregedett organellumot, és ún. autofagoszóma képződik
3. A lizoszómával fuzionál

Question 28

Fő pontok

Answer 28

1. A vezikuláris transzport funkciója, lényege és a két főbb útvonal
2. Burkolt és csupasz vezikulum
3. Szekréciós útvonal indulási feltétele és UPR
4. ER: glikoziláció és oxidatív módosítás
5. ER retenciós szignál
6. Golgi-készülék felépítése és feladatai
7. Az exocitózis típusai
8. Sejten belüli fehérjetranszport vizsgálata (in vitro (radioaktív izotóppal jelölés), in vivo (élesztőgomba és fluoreszcens))
9. Endocitózis típusai (pinocitózis, fagocitózis)
10. Receptor mediált endocitózisok pl.: LDL koleszterinnel
11. Lizoszóma kialakulása (korai, késői endoszóma, lizoszóma)
12. Fagolizoszóma kialakulása és autofágia