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 Flashcards
A vezikuláris transzport funkciója
- Kapcsolat a külvilággal és az endomembrán rendszer tagjai között (pl.: fehérjék elosztása)
- Olyan molekulák jutnak át a membránon, amik nem férnek át transzportereken, vagy nincsen rájuk transzporter: hormonok, neurotranszmitterek, nagy molekulák (pl.: fehérjék)
A vezikuláris transzport folyamatának lényege
Egy membránról lehasad egy kis vezikulum, amely a lumenjében tartalmazza a szállítandó anyagokat, membránján a szignált (irányítószám) –> membrán fúzió, lumenek összekeverednek
Vezikuláris transzport két fő útvonala
- Szekréciós (exocitózis): ER-ről hólyagok lefűződése –> Golgi-készülék (osztályozó szerep) –> jelentős részük kiürül a sejtből, a többi endoszómába kerül
- 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
Burkolt vezikulum létrejötte
Vezikuláris transzport során tipikusan burkolt vezikulumok képződnek először
- 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
- Sejtváz mentén szállítódik motor proteinek segítségével
- A burok elvesztése után látható a szignál –> csupasz vezikulum (adaptin és klatrin újra felhasználódik)
Csupasz vezikulum
- Rab fehérjék: perifériásan elhelyezkedő felismerő szignál –> célmembránon fonalas szerkezetű pányvázó fehérjékkel specifikus kapcsolat
- A vezikulumon lévő v-SNARE és a célmembránon lévő t-SNARE fehérje összecsavarodva csökkentik a távolságot –> a két membrán összeolvad
Szekréciós útvonal indulási feltétele
- 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)
- 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)
Unfolded Protein Response (UPR)
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
ER lumenjében előkészületek
1. Glikoziláció
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
ER lumenjében előkészületek
2. Oxidatív módosítás
- PDI - protein diszulfid izomeráz, egy vízoldható enzim, a fehérjék cisztein aminosavai között diszulfid hidakat képez (stabil kovalens kapcsolat) –> a fehérjék végső térszerkezetét stabilizálja
- Ez csak az ER-ben képződő fehérjéknél történik meg
ER retenciós szignál működése
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
Golgi-készülék felépítése
- 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 - A ciszternák száma 3 és 20 közötti
- A Golgi-halmokat diktiószómáknak hívjuk, ezek száma is változó
Golgi-készülék feladatai
- Szénhidrátok bioszintézise a lumenben
- O-kapcsolt glikoproteinek alakulnak ki a szállított fehérje megfelelő környezetű szerin és treonin oldalláncai –OH csoportjainak glikozilálódásával
- A fehérjék cukorrészeinek további kovalens átalakítása –> módosul a N- és az O-kapcsolt oligoszacharidok szerkezete, így a fehérjék térszerkezete is
- Specifikus oligoszacharid mintázatok alakulnak itt ki egyes fehérjéken, amelyek faji, szöveti, egyedi megkülönböztető jelzések lehetnek (immunológiai jelentőség)
- Az oligoszacharid mintázatok segítségével szignálfoltok (pl. M6P) képződnek –> ezekkel a fehérje az endoszóma-lizoszóma rendszer irányába megy, enélkül a sejtfelszín felé
Az exocitózis típusai
- Regulált exocitózis: A szállított anyagok csak a felszín közelébe kerülnek, itt tárolódnak –> szekréciós vezikulumok –> csak megfelelő kémiai ingerre ürülnek ki
- 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
A sejten belüli fehérjetranszport in vitro (sejten kívüli) vizsgálata
Menete:
- A sejt elroncsolása, sejtorganellumok frakcionálása
- Az in vitro transzlációs rendszerben gyártott vizsgálandó fehérjéket radioaktív izotópokkal jelölik meg
- Kémcsőben egy sejtalkotóval összehozzák a fehérjéket –> ha van az organellumra specifikus szignál peptidük, akkor bejutnak, ha nincs, akkor nem
- Centrifugálás: a szabad fehérjéket elválasztják az organellumba jutottaktól
- Sugárzással vizsgálható, hogy melyik jutott be és melyik nem
A sejten belüli fehérjetranszport in vivo (sejten belüli) vizsgálata
Élesztőgombák
Élesztőgombák szekréciós mutánsaival
Élesztőgombák:
- Gyorsan szaprodó egysejtűek –> rövid kísérleti idő
- Eukarióták –> hasonló sejtalkotókat tartalmaz, mint a humán sejt
- 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
In vivo viszgálat - Fluoreszcens fehérjejelölés
Menete:
- A vizsgált fehérje génjéhez GFP-t (az ún. zöld fluoreszkáló protein génjét) kapcsolnak
- A két gén együtt íródik át, és készül belőlük fehérje –> a fluoreszkáló fehérje mozgása láthatóvá válik (fluoreszcens mikroszkópban zöld színű)
Az endocitózis típusai
Pinocitózis (kicsi, 100-150 nm) és fagocitózis (nagy, nagyobb, mint 250 nm)
Pinocitózis
- A sejt folyadékot (és abban oldott/diszpergált anyagokat) vesz fel
- Ellensúlyozza a plazmamembrán exocitózisos felületnövelését, az endocitózis felületet csökkent
- Lejátszódhat konstitutív és regulált (receptor-mediált) módon is
Fagocitózis
- Törmelékek, akár kisebb sejteket vesz fel a sejt
- Regulált (receptor-mediált) módon
- 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
Mikor van szükség receptor-mediált endocitózisra? (+példák)
Olyan anyagok felvételénél, amelyekhez a sejtekben nem alakult ki külön transzporter
Például:
1. Koleszterin felvétele sejtekbe
2. Makrofágok fagocitózisa
3. Bélhámsejtek vasion felvétele
A koleszterin regulált felvétele sejtekben
- A hidrofób koleszterin vízoldható lipoproteinekben, az ún. LDL (low density lipoprotein) belsejében szállítódik a vérben
- A sejtek plazmamembránjában LDL receptorokhoz kapcsolódik
- Az endocitózis során klatrinnal burkolt vezikulum jön létre, ami később a sejten belül csupasszá válik
- 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
Korai endoszómák kialakulása
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
Késői endoszómává érés korai endoszómából
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:
- Reciklizálás: a savas pH-n a receptorok leválnak a hordozott anyagról és a plazmamembránhoz térnek vissza
- A degradációra szánt anyag a lizoszómába kerül (receptorral együtt vagy anélkül)
- 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
Lizoszóma kialakulása
Amikor a késői endoszóma belső tere eléri a pH = 5-öt a protonpumpálással –> lizoszómáról beszélünk
- 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
- A benne lévő hidrolázok, enzimek: nukleázok, proteázok, lipázok, foszfatázok, glikozidázok, stb.
A lizoszóma feladata és funkciója
- receptor-mediált endocitózissal (főleg pinocitózis) felvett anyagok emésztése
- Elöregedett saját sejtalkotók lebontása (autofágia)
- Az emésztési folyamatok során felszabaduló építőkövek (pl.: aminosavak) passzív transzporttal a citoszolba jutnak
- A nem hasznosítható törtmelék összegyűlik a lizoszómában, az elöregedett lizoszóma később reziduális testté alakul és exocitózissal kikerül a sejtből
Fagolizoszómák kialakulása
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
Autofágia
- Az elöregedett saját sejtalkotók lebontása
- Az ER-ről leváló ún. izoláló membrán veszi körbe az elöregedett organellumot, és ún. autofagoszóma képződik
- A lizoszómával fuzionál
Fő pontok
- A vezikuláris transzport funkciója, lényege és a két főbb útvonal
- Burkolt és csupasz vezikulum
- Szekréciós útvonal indulási feltétele és UPR
- ER: glikoziláció és oxidatív módosítás
- ER retenciós szignál
- Golgi-készülék felépítése és feladatai
- Az exocitózis típusai
- Sejten belüli fehérjetranszport vizsgálata (in vitro (radioaktív izotóppal jelölés), in vivo (élesztőgomba és fluoreszcens))
- Endocitózis típusai (pinocitózis, fagocitózis)
- Receptor mediált endocitózisok pl.: LDL koleszterinnel
- Lizoszóma kialakulása (korai, késői endoszóma, lizoszóma)
- Fagolizoszóma kialakulása és autofágia
