Fejezetek a sejtbiológiából

Dr. Darvas ZsuzsaDr. László Valéria

Dr. Tóth Sára

Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Előadásokhétfő 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 (Ea.: László V.)

3. hét(szept. 20.)

Szekréció és a Golgi (Ea.: László V.)

4. hét(szept. 27.)

Az endocitózis. Az endoszómális – lizoszómális rendszer (Ea.: László V.)

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 (Ea.: Tóth S.)

8. hét(okt. 25.)

Az endoszimbionta eredetű sejtalkotók: A mitokondrium

(Ea.: Tóth S.)

9. hétnov. 1.)

szünet

10. hét(nov. 8.)

A peroxiszóma (Ea.: Tóth S.)

11. hét(nov. 15.)

A citoszkeleton: Mikrotubulusok (Ea.: Darvas Zs.)

12. hét(nov. 22.)

Mikrofilamentumok és intermedier filamentumok (Ea.: Darvas Zs.)

13. hét(nov. 29.)

A sejt – sejt, valamint a sejt – mátrix kapcsolódása (Ea.: Darvas Zs.)

14. hét(dec. 6.)

A sejtciklus szabályozása (Ea.: László V.)

Az eukarióta sejt eredete

Centrális dogma

(DNS vagy fehérje)

Információ hordozó

végrehajtó

„RNS világ”

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

Extrém körülmények között élnek (pl.Thermoacidophiles:Thermus aquaticus – PCR reakcióban a Taq polimerázt alkalmazzák)

(EU)-(EU)-

(BACTERIA)

Archaea: cell membrane contains ether linkages; cell wall lacks peptidoglycan; genes and enzymes behave more like Eukaryotes; have three RNA polymerases like eukaryotes; and extremophilesBacteria: 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.

Prokaryota

3,8 milliárd éve

2,7 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

invaginációval

endoszimbiózissalkeletkeztek.

A belső membránok

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)

A csillók eredete (endoszimbiózis)

(pro)

(eu)

(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)

szignál nélkül

Citoszol

Sejtmag 1.Kapu transzport

NLS

A fehérjék szintézise és szortírozása II.

szabad riboszóma (szintézis után)

szignál nélkül

Citoszol

Sejtmag 1.Kapu transzport

NLS

Mitokondrium

Peroxiszóma

2. Poszttranszlációs transzmembrán transzport

N-term.

C term.

A fehérjék szintézise és szortírozása III.

szabad riboszóma (szintézis közben)

Endoplazmás retikulum

3.Ko-transzlációs transzmembrán

transzport

Membránhoz kötött riboszómaSRP

A fehérjék szintézise és szortírozása IV.

Szabad riboszóma (szintézis közben)

Golgi

Plazmamembrán

lizoszóma

4. Vezikuláris transzport

Endoplazmás retikulum

Szekréciós vezikulum

endoszóma

Transzport vezikulum

Reziduális test

Kotranszlációs transzmembrán transzport (endoplazmás retikulum

működése)

Szignál hipotézis

1971

Günter Blobel – Orvosi Nobel díj 1999

Riboszóma alegységek a citoszolban

A riboszómák a szintetizált fehérjétől függően szabadon vagy membránhoz kötötten helyezkednek el

Az SRP közreműködésével tudnak az ER membránhoz kötődni.

A szignál felismerő részecske (SRP)

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)

Hidrofób oldalláncok – Szignálszekvenciamegkötése

Prokarióta SRPRNS

P9, 14, 19, 54, 68, 72 - fehérjék

Monomer (kis) G-fehérjék

GTP kötés stabilizálja, aGTP hidrolízise pedig destabilizáljaaz SRP és az SRP receptor kapcsolódását.

Bakteriális SRP és SRP receptor

Kotranszlációs transzmembrán transzport

The chaperone protein SecB binds to the nascent polypeptide chain to prevent premature folding which would make transportacross the plasma membrane impossible.  SecE and SecY are transmembrane components which form a pore in the membranethrough 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.

Transzmembrán protein transzport baktériumban

Extracellular

Intracellular

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. 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?

• Proteolízis (szignál peptidáz)

• Hajtogatás (PDI –protein diszulfid izomeráz, calnexin, calretikulin, BiP)

• N-glikoziláció (szintézis közben)

• Multimer protein összeszerelése

• Minőség ellenőrzés

Cél: funkcióképes térszerkezet (harmadlagos, negyedleges) kialakítása

N-glikoziláció

N-oligoszacharid lánchozzákötése

N-oligoszacharid láncmódosítása

Glikoziláció jelentősége

• hajtogatódás (pl. hemagglutinin)• Stabilitás (ECM fibronektin)• Sejt adhézió (leukociták és endotél

CAM-ja)• Antigenitás (A,B,O vércsoportok)

tonga.usip.edu/gmoyna/ biochem341/lecture29.html

A,B,0 vércsoport antigének

tonga.usip.edu/gmoyna/ biochem341/lecture29.html

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 membrán

SER szerepe a glukóz metabolizmusban

Glükóz 6 foszfatáz – glükoneogenesis and glükogenolízis utolsó lépése (máj, vese)

SER membrán

SER szerepe a glukóz metabolizmusban

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