Cellbiologi: Intracellulär sortering och cellsignalering

Transkript

1 Cellbiologi: Intracellulär sortering och cellsignalering Homira Behbahani 13/ Kl: 9-11a.m Institutionen för neurobiologi, vårdvetenskap och samhälle (NVS)

2 2

3 Elektron Mikroskopbild av en lever cell

4 Schematisk karta över: Intracellulär sortering av nytillverkade proteiner A B CP ER Fria molekyler-1-2 min. Vesikulär transport: min. 4

5 Proteiner kan förflyttas mellan cellernas olika organeller och enheter. 1. Genom direkt transport över ett membran mha transportprotein (ex protein transport från cytosol till ER membranet). 2. Genom transport-vesikler (ex protein transport från ER till Golgi). 5

6 6

7 Signalpeptider är proteinernas adresslappar Signalpeptiderna för respektive målorganell har vissa karakteristika Till E.R.: signalpeptiden sitter i N-terminala delen av proteinet. Till mitokondrien: signalpeptid i ena ändan av proteinet med +laddade och hydrofoba aminosyror varvat. Till kärnan: signalpeptid mitt i proteinet med +laddade aminosyror samt prolin. Till extracellulär rummet : signalpeptid saknas. Kursboken s. 94 Alberts et al

8 A. 1. Sortering till kärnan Färdiga proteiner importeras direkt från cytoplasman till kärnan (post-translationell transport). Adresslapp till kärnan: signalpeptid mitt i proteinet med +laddade aminosyror (lysin och arginin) samt prolin. Kärnmembranet har porer. Molekyler mindre än 5 kda passerar in fritt medan övriga transporteras in mha med särskilda receptorer och aktiv transport genom sk kärnpor-komplex. Då vidgas poren så proteinet kan passera. 8

9 A. 2. Sortering till mitokondrien Färdiga proteiner importeras direkt från cytoplasman till mitokondrien (post-translationell transport). Adresslapp till mitokondrien: signalpeptid i den N-terminala delen av proteinet med + -laddade och hydrofoba aminosyror varvat. Aktiv transport krävande både ATP och transportprotein. De proteiner som ska lokaliseras mellan membranen har 2 signalpeptider. 9

10 A. 3. Sortering till peroxisomen Peroxisomen är ca 0.5µM i diameter och innehåller specialicerade enzymer såsom oxidaser och katalaser, ssk i lever och njurceller för nedbrytning av för cellen toxiska ämnen ex alkohol och H 2 O 2 Adresslapp till peroxisomen är en kort signalpeptid belägen C-terminalt. Transporten över membranet medieras mha ett transportprotein 10

11 B. 1. Sortering till E.R. och vidare till lysosomen, sekretoriska vesikler, plasmamembranet samt extracellulär rummet Ribosomer med proteiner under bildning och med rätt adresslapp styrs in i ER från cytoplasman genom sk co-translationell transport. Adresslapp till E.R.: signalpeptiden sitter i N-terminala delen av proteinet. Både receptor och transportprotein krävs. De proteiner som ska stanna I E.R. behåller sin signalpeptid, de övriga klyvs av. 11

12 B. 2. Sortering från E.R till lysosomer, sekretoriska vesikler och plasmamembran. 12

13 Lysosomal degradering Innehåller ett 40-tal Enzymer (sura hydrolaser): Proteaser, Nukleaser, lipaser,sulfataser. -Verksamma vid ph= µM 13

14 Vesikel-formation från membran Sekretoriska vesikler innehållande insulin frisätts till extracellulär rummet 14

15 Cellsignalering Cellerna i en komplex organsim kommunicerar via olika signaler. Dessa signaler kan kemiskt vara peptider, aminosyror, fettsyror eller steroid-derivat och utgöra sk tillväxtfaktorer, neurotransmittorer eller hormoner som verkar via bindning till specifika receptorer. Mekanismen att överföra extracellulära signaler till intracellulära signalkedjor kallas signaltransduktion. Bindningen mellan ligand och receptor leder därefter till att intracellulära signalkedjor aktiveras som i sin tur påverkar olika nyckelenzymer i cellen eller genreglerande proteiner i kärnan 15

16 Cellens signaler kan klassificeras beroende på var de verkar: 1. Endokrina signaler/hormoner transporteras långväga från producerande cell till målcellen via blodbanan ex insulin. 2. Parakrina signaler verkar på celler i den nära omgivningen, ex neurotransmittorer. 3. Autokrina signaler produceras och verkar i samma cell, ex. prostaglandiner Kursboken s. 125 Alberts et al.,

17 Målcellen kan ha sin receptor i plasmamembranet eller intracellulärt (i cytoplasman eller kärnan). De signaler som är vattenlösliga har i regel sina receptorer i plasmamembranet medan övriga har sina receptorer i cytoplasman eller kärnan. 17

18 Extracellulära signaler kan agera långsamt eller snabbt Vissa signaler kan verka inom sekunder-då aktiveras i regel ett redan färdigt men inaktivt enzym (ex. glukosmobilisering vid fysisk aktivitet). Andra signaler verkar över timmar och involverar då ofta genreglering som leder till ex vis ökad produktion av ett enzym. 18

19 Samma signalmolekyl kan leda till olika effekt i olika målceller 19

20 En cell behöver ofta ett flertal samverkande extracellulära signaler för att överleva, dela sig och differentiera. Om signaler uteblir dör cellen 20

21 Extracellulära signaler kan förändra aktiviteten av intracellulära proteiner och därmed ändra beteendet av en cell 21

22 En extracellulär signal kan ge upphov till en komplex signalkaskad. 22

23 3 typer av membranreceptorer Metabotropa receptorer- är kopplade till G-proteiner som kan binda GTP som i sin tur aktiverar den intracellulära kedjan. 23

24 Jonotropa receptorer är kopplade till en jonkanal som vid stimulering (bindning av ligand) konformationsändras och släpper genom en typ av jon ex vis Na + -kanaler öppnas vid acetylcholin-stimulering). 24

25 Enzymatiska receptorer har katalytisk aktivitet ex tillväxtfaktorstimulering av insulin. IRS= insulin receptor subunit 25

26 Målcellen kan påverka signalsvaret genom utvecklandet av resistens 1. Receptor-nedreglering: antalet receptorer minskas. 2. Desensitisering: receptormolekylen får ändrat utseende. 3. Postreceptor-förändring: den intracellulära signalkedjan störs. 26

27 Intracellulära signalsystem ( second messengersystem ) utgörs av små molekyler såsom. camp cgmp Diacylgrycerol Dessa aktiverar olika proteinkinaser som i sin tur fosforylerar olika målproteiner Inositol-trifosfat Kalciumjoner 27

28 Här följer en rad exempel på intracellulär signalering Insulinets metabola effekt Insulinets tillväxtreglerande effekt 28

29 Adenylatcyklas omvandlar ATP till cykliskt AMP som i sin tur aktiverar proteinkinas som vidare aktiverar olika målenzym. 29

30 Proteinkinas A har både metabol och tillväxtreglerande effekt Proteinkinas C har ffa tillväxt-reglerande effekt 30

31 Inositol-trifosfat och kalcium IP 3 binder i cytoplasman till ER varvid Ca 2+ -kanaler öppnas och Ca 2+ strömmar ut i cytoplasman. Ca 2+ binder till olika proteiner och åstadkommer konformationsändring hos dessa. 31

32 Hydrofoba hormoner Diffunderar genom plasmamembranet och binder till en receptor inne i kärnan och påverkar transkritionen. Primära svar- primära genreglerande produkter som i sin tur ger upphov till Sekundära svar-då sekundära gener slås på/av. 32

33 Crosstalk mellan olika signalsystem kan leda till samverkan eller motverkan (resistens). Insulinresistens leder till en oförmåga i perifera celler att ta upp glukos--> åderförkalkning. 33

34 Om mutatiner uppstår i Ras-proteinet kan det ständigt vara aktivt och leda till överdriven celldelning--> Tumörväxt. 34

35 Instuderingsfrågor Cell-sortering 1. Vilka 2 huvudvägar kan proteiner färdas på efter eller i samband med sin bildning? 2. Hur styrs sorteringen av proteiner intracellulärt? Ge några exempel. 3. Vad betyder uttrycken cotranslationell och posttranslationell transport? Cell-signalering 1. Vad är signaltransduktion? 2. Vad är ett hormon? 3. Nämn de 3 huvudtyperna av signaler (klassificering baserad på lokalisation av producerande cell och målcell). 4. Nämn 3 typer av membranreceptorer. 5. Ge exempel på hur målcellen kan påverka signalsvaret. 6. Vad är en sk second messenger? Ge ex. 7. Ge exempel på ett intracellulärt signaleringssystem. 8. Varför signalerar celler på detta vis tror du? 35