GERL cd.

• Każda błona systemu GERL jest asymetryczna (asymetria cis-trans).

• Zasada transportu pęcherzykowego gwarantuje zachowanie orientacji błon.

• Ciała białkowe to magazyny białka otoczone dwuwarstwą lipidową; ciała olejowe otoczone są jednowarstwą.

• Ruch od ER do AG nazywamy anterogradowym, a odwrotny - retrogradowym.

• Polisomy (wiele rybosomów połączonych razem) to główna postać, w jakiej występuja rybosomy na RER.

• Pęcherzyki oderwane od ER zawierające białko wędrują dalej do AG, gdzie białko dojrzewa (dołączane są reszty cukrowe, lipidowe lub inne; zmienia się też struktura przestrzenna białka).

• Ekstensyna transportowana jest pęcherzykowo do ściany komórkowej.

• Istnieje możliwość zmiany liczby diktiosomów (mogą się rozrywać).

• Przy użyciu izotopów radioaktywnych można śledzić obieg substancji wewnątrz systemu GERL.

• Przekazywanie zawartości pomiędzy cysternami następuje na drodze pęcherzykowej. Możliwe jednak, że transport może odbywać się na zasadzie dynamiki całego układu; nowe pęcherzyki tworzą nową cysternę i całość przesuwa się; na stronie trans cysterna ulega rozpadowi. Taka sytuacja oznaczałby, że zawartość pęcherzyków w zasadzie nie zmienia lokalizacji (nie przechodzi pomiędzy cysternami) - można to porównać do mikrotubuli, która budowana jest z coraz to nowych heterodimerów.

• Białka receptorowe umieszczone na plazmalemmie muszą być transportowane w specyficzny sposób (bo muszą być odpowiednio zorientowane na powierzchni błony komórkowej.

• Kierunek wędrówki pęcherzyków zależy od etykiet białkowych na powierzchni pęcherzyków. Białka z grupy SNARE rozpoznają miejsce, do którego ma trafić pęcherzyk.

• V-SNARE (vesicule SNARE) - białko na pęcherzyku; rozpoznaje błonę docelową

• T-SNARE (target SNARE) - białko rozpoznające białka V-SNARE

• Połączenie V-SNARE i T-SNARE powoduje zlanie się obu błon w miejscu połączenia.

Lizosomy

• Markerem lizosomów jest kwaśna fosfataza (jeden z enzymów wewnątrz liposomu).

• Lizosomy są szczególnymi pęcherzykami odpączkowującymi od strony trans AG.

• Zawierają hydrolazy; ich funkcją jest degradacja makrocząsteczek wchłoniętych do komórki.

• Nowo syntetyzowane enzymy są znakowane specjalną resztą cukrową (tak, aby mogły być związane do błony przy pomocy specyficznego receptora), we wnętrzu AG enzym łączony jest z przyszłą błoną lizosomu. Dopóki jest on związany z błoną, nie ma właściwości hydrolitycznych. Gdy lizosom odrywa się od AG, następuje aktywacja pomp protonowych (zakwaszanie środowiska wewnątrz lizosomu), białko enzymatyczne odłącza się od receptora błonowego i następuje podział lizosomu na dwie części (jedna zawiera enzym, a druga receptor, który wędruje do AG - taki komórkowy recycling :P)

Białka z grupy COP

COP1 - odpowiada za transport retrogradowy (od AG do ER)

COP2 - odpowiada za transport anterogradowy

Endocytoza receptorowa

• Pęcherzyki sekrecyjne docierające do błony komórkowej wbudowują swoją błonę do plazmalemmy (powiększenie powierzchni). Aby błona nie pękła, równolegle biegną procesy odwrotne (endocytoza). Oba te procesy zapewniają ciągły ruch systemu GERL.

• Proces endocytozy prowadzony jest tylko na niektórych obszarach błony.

• Połączenie się ligandu z receptorem powoduje rozpoczęcie wpuklania błony; bierze w tym udział białko markerowe - klatryna.

• Triskeliony klatryny budują kosz klatrynowy wokół pęcherzyka.

• Przewężenie szyjki dołka opłaszczonego powodujeinne białko - dynamina.

• Kosz klatrynowy zapobiega pęknięciu pęcherzyka w cytoplazmie.

• Z pęcherzykiem endosomalnym łączy się lizosom dając endosom wtórny, który traci klatkę klatrynową..

• Klatka klatrynowa jest podobna do struktury węgla C60 (fullerenu) - piłka złożona z 12 pentagonów zamykających heksagony w kulę.

• Klatryna jest białkiem zbudowanym z 6 łańcuchów (struktura 4-rzędowa); ramiona triskelionów są elastyczne (mogą tworzyć 5 lub 6-kątne elementy).

Mikrosomy

• Otoczone są pojedynczą błoną elementarną.

• Często zawierają inkluzje krystalicznego białka.

• Wyróżniamy:

• Peroksysomy: liściowe, glioksysomy, brodawek korzeniowych

• Sferosomy - rezerwy energetyczne komórek (silnie załamują światło)

• Hydrogenosomy - prowadzą oksydację pirogronianu

• Glikosomy - katalizują beztlenowy rozkłąd glukozy

Peroksysomy

• Peroksysomy są bardzo podobne do lizosomów (bark różnic strukturalnych).

• Białka peroksysomów mają skłonność do krystalizacji.

• Peroksysomy mogą mieć różny charakter. Peroksysomy liściowe utylizują tlen powstały w procesie fotosyntezy; w komórkach brodawek korzeniowych obrabiają związki azotowe.

• U zwierząt peroksysomy występują w dużych ilościach w wątrobie i nerkach; u glonów i roślin - w komórkach prowadzących fotosyntezę.

• Markerem peroksysomów jest rozkładająca nadtlenek wodoru katalaza (stanowiąca do 15% składy białkowego peroksysomu). Występuje ona wraz z licznymi oksydazami generującymi nadtlenek wodoru; w ten sposób komórka jest odizolowana od toksycznego tlenu i wody utlenionej.

• Peroksysomy wspomagają pracę mitochondriów.

• Triton WR-1339 - detergent akumulujący się w lizosomach i zwiększający ich ciężar.

• Peroksysomy różnią się od lizosomów wrażliwością na inny detergent - digitoninę; aby wyzwolić katalazę z peroksysomu trzeba użyć około 10 razy więcej digitoniny niż jest potrzebne do wyzwolenia kwaśniej fosfatazy z lizosomu. Gdyby obie substancje były w takich samych pęcherzykach, zostałyby uwolnione przy tym samym stężeniu detergentu.

• Jeśli peroksysomy zawierają rdzeń krystaliczny, łatwo je odróżnić na zdjęciach TEM; jeśli nie mają rdzenia, stosuje się test DAB (reakcję z diaminobenzydyną).

• W reakcji DAB, po utlenieniu diaminobenzydyny przez katalazę, powstaje polimer łączący się z czterotlenkiem osmu (standardowa substancja kontrastująca)

• W komórkach roślin rdzeń krystaliczny peroksysomu tworzy katalaza (marker peroksysomów).

• 
  W komórkach zwierząt rdzeń peroksysomu tworzy oksydaza moczanowa (nieregularny kryształ).

• Urikaza - oksydaza moczanowa przeprowadza w peroksysomach oksydację produktów przemiany kwasów nukleinowych (puryny) i niektórych białek.

Funkcje peroksysomów:

• Metabolizm nadtlenku wodoru.

• Detoksykacja komórki (utlenianie różnych substancji).

• Oksydacja kwasów tłuszczowych.

• Metabolizm związków azotu.

• Katabolizm substancji niezwykłych np. D-aminokwasów albo ksenobiotyków (alkany), np. teflonu.

• U grzybów w peroksysomach znajdują się enzymy pozwalające na rozkład krótkołańcuchowych węglowodorów. Może się to przyczyniać do oczyszczania wycieków ropy.

Metabolizm H₂O₂:

RH₂ + O₂ oksydaza R + H₂O₂

2H₂O₂ katalaza O₂ + 2H₂O (rozkład katalityczny)

RH₂ + H₂O₂ R + 2H₂O (rozkład peroksydacyjny - wzmocnienie detoksyfikacji)

Detoksykacja komórki

• W rozkładzie peroksydacyjnym H₂O₂ donorami organicznymi elektronów są metanol, etanol, kwas mrówkowy, formladehyd, fenole, związki nitrowe; ich oksydacja odtruwa komórki.

• Proces utlenienia związków organicznych przez peroksysomy nie wiąże się z magazynowaniem energii; wydzielane jest ciepło.

• W procesie fotorespiracji peroksysomy są niezbędne.

• Peroksysomy regulują ciśnienie tlenu i jego zawartość w komórce.

• Utlenianie związków organicznych nazywamy respiracją; respiracja peroksysomów liściowych to fotorespiracja, bo jest ona związana z zagospodarowywaniem tlenu wydzielonego w procesie fotosyntezy.

• Mitochondria rozpoczynają respirację, a w momencie, gdy ulegają wysyceniu, ich funkcję przejmują peroksysomy.

Utlenianie kwasów tłuszczowych

• W komórkach zwierzęcych utlenianie kwasów tłuszczowych (β-oksydacja) zachodzi w mitochondriach i peroksysomach (długi łańcuch skracany jest w peroksysomach do łańcucha 16-węglowego; krótkie łańcuchy wędrują do mitochondriów). W komórkach roślin natomiast β-oksydację prowadzą tylko peroksysomy.

Glioksysomy

• W komórkach roślinnych specjalne peroksysomy zwane glioksysomami przeprowadzają konwersję lipidów w węglowodany podczas kiełkowania nasion roślin oleistych (soja, orzeszki ziemne, słonecznik), gdzie materiałem zapasowym w komórkach liścieni lub endospermu są kropelki tłuszczu (trójglicerydy). Dzieje się to przy udziale typowo roślinnych enzymów.

• Glioksysomy są nietrwałe; czynne w czasie kiełkowania siewki (1-2 tygodnie), następnie przekształcają się w peroksysomy liściowe. Spektrum enzymów zmienia się w ontogenezie.

Peroksysomy brodawek korzeniowych

• W peroksysomach brodawek korzeniowych znajdują się aminotransferazy; dzięki czemu może tam zachodzić degradacja lub tworzenie aminokwasów.

Biogeneza peroksysomów

• Powstają poprzez podział (są uważane za najstarsze endosymbionty komórki eukariotycznej; oksydaza D-aminokwasowa jest być może dowodem tego, że peroksysomy są najstarszymi endosymbiontami).

• Białka peroksysomowe są dostarczane posttranslacyjnie, ich transport do wewnątrz odbywa się z użyciem energii z ATP.

• Białka peroksysomowe są syntetyzowane na rybosomach cytoplazmatycznych; muszą być zaopatrzone w sekwencję sygnałową SKL zbudowaną z trzech aminokwasów.

• S - small uncharged (mały, nienaładowany) - seryna, prolina, alanina

• K - kation charged (+) - lizyna, arginina

• L - lipidlike (hydrofobowy) - metionina, leucyna

• Pozbawienie sygnału SKL powoduje pozostanie białka w cytozolu, natomiast dołączenie sygnału SKL do obcego białka pozwala wprowadzić je do peroksysomu (uniwersalizm SKL polega na tym, że można tą drogą wprowadzać bardzo różne białka; podany tutaj przykład z lucyferazą, świetlikami i transgenicznym tytoniem

• Adrenoleukodystrofia - defektywne białko integralne błony peroksysomu nie pozwala na transport do wnętrza kwasów tłuszczowych, które nagromadzając się w płynach ustrojowych niszczą osłonki mielinowe nerwów.

wykład # 8 25.01.2006

1