Intracellulära organeller, proteinmodifiering och transport, endo/exocytos Kap10 + delar av kap 13

Transkript

1 Intracellulära organeller, proteinmodifiering och transport, endo/exocytos Kap10 + delar av kap 13 Intracellulära organeller Sortering av proteiner, modifiering Transport Sekretion Endocytos Cellen Cellstrukturernas huvudsakliga funktioner (1) Cytosol (1 /cell) Funktioner: Volymsprocent: 54% Proteinsyntes Många metabola reaktionsvägar Cellkärna (1/cell) Funktioner: Innehåller genomet DNA och RNA syntes Cellstrukturernas huvudsakliga funktioner (2) ER (1/cell) Funktioner: Volymsprocent: 12% Golgi (1/cell) Funktioner: Volymsprocent: 3% Fettsyntes Proteinmodifiering Transport Modifiering Sortering Leverering till andra organeller/sekretion Volymsprocent: 6% Cellstrukturernas huvudsakliga funktioner (3) Cellstrukturernas huvudsakliga funktioner (4) Mitokondrier ( 1700/cell) Funktioner: ATP-syntes, oxidativ fosforylering Volymsprocent: 22% Lysosomer ( 300/cell) Funktioner: Nedbrytning Volymsprocent: 1% Endosomer ( 200/cell) Funktioner: Sortering av endosomatiskt material Volymsprocent: 1% Peroxisomer ( 400/cell) Funktion: Oxidering av toxiska molekyler Volymsprocent: 1% Kloroplaster Funktion: ATP-syntes Syntes av organiskt kol från CO2 1

2 Tvärsnitt av en levercell nucleus Utveckling mot eukaryota celler: Cellkärna och mitokondrie rough endoplasmic reticulum (rer) lysosomes peroxisome mitochondrion Evolutionärt - invaginering av plasmamembran => intracellulära organeller In- och utsida på vesiklar och organeller Stor ökning av membranyta, vilket ökar cellens effektivitet Liknande miljö inne i organellen som utanför cellen. ER Golgi Endosomerna Lysosomerna Trafik i en cell Ett proteins sorteringssignal - specifika aminosyra sekvenser - På olika positioner i proteinet - på ett eller flera ställen. 2

3 Nukleära porer - Makromolekylära komplex Kärnimport Små molekyler diffunderar, stora transporteras aktivt IN Signalen för aktiv transport av proteiner till kärnan - en eller två sekvenser av positivt laddade aminosyror (Arg, Lys) Proteinerna transporteras veckade (unfolded) UT 9 nm mrna transporteras färdig- splicat Ribosomer transporteras färdigbyggda 9 nm Proteintrafik i en cell Mitokondrier och kloroplaster - dubbla membran Transport in till mitokondrier och kloroplaster Signal för aktiv transport till mitokondrien - flera utspridda positivt laddade aminosyror (Arg, Lys) Båda membranen passeras samtidigt Proteinerna transporteras icke-veckade (unfolded) - chaperoner hindrar att proteinet veckas DIFFUSION 3

4 Chaperoner De utspridda positiva aminosyrorna formar en polär α-helix Transport av membranbundna proteiner För transport till ett specifikt membran behövs ytterligare en sorteringssignal (kursivt) Proteintranslokation i en prokaryot cell Sekretion/translokation sker posttranslationellt Chaperoner håller proteinet icke-veckat Receptorn som känner igen signalpeptiden och translokationskomplexet sitter ihop Proteintrafik i en eukaryot cell Kärnans yttermembran sitter ihop med ER 4

5 ER Flera ribosomer kan binda till samma mrna Signalsekvens Hydrofoba aminosyror Signal recoginition particle - SRP Co-translationell targeting till ER - binder till signalsekvensen 5

6 För passering genom ER-membranet => Hydrofob signalsekvens En andra hydrofob sekvens håller kvar proteinet i membranet Interna signalsekvenser Multipla start-stop transfer signaler i multipass proteiner Dessa ger membranbundna proteiner Signalsekvensens orientering bestämmer proteinets riktning Multipass membranprotein Analys av proteinets hydrofobicitet Kan ge en bild av hur proteinet integreras i membranet 6

7 Protein folding och processning i ER Protein Folding och Processning i ER Proteindisulfideisomeras => faciliterar disfulfid bindningar Efter translokation så veckas/foldas proteinet med hjälp av molekylära chaperoner Protein Folding och Processning i ER Addition av GPI anchors Protein glykosylering i ER Glycoprotein folding via calnexin Kvalitetskontroll i ER Felveckade proteiner i E: snabb nedbrytning eller timmar av re-folding. Överskott av icke foldade proteiner i ER => inhibering av proteinsyntes i cellen ökat antal chaperoner ökad proteasom aktivitet 7

8 Stress response överskott av ej rätt foldade proteiner Syntes av fospholipider Synthesis of phospholipids (Part 1) Synthesis of phospholipids (Part 2) 8

9 Smooth ER (ser) De flesta celler har väldigt lite ser - utom de som syntetiserar kolesterol, steroider eller med detoxifierande funktion (lever) Proteintrafik i cellen Vesikulär transport Vesiklar transporterar proteiner och membran i cellen Proteinhölje hjälper vesiklar att knoppas av Cargo Selection, Coat Proteins, and Vesicle Budding Vesiklar (som transporterar sekretoriska proteiner) kläs med cytosolproteiner coated vesicles Regleras av små GTP-bindande proteiner lumen/extracellulärt Proteinytan försvinner när avknoppningen är färdig GTP/GDP bindning! En av två vanliga reglermekanismer i cellen (Fosforylering eller GDP-GTP bindning) 9

10 Ytproteinerna associerar med proteiner som känner igen de proteiner som ska transporteras ER export signaler Proteiner som kallas SNARE ser till att vesiklarna transporteras och fusioneras till rätt organell 10

11 Fusionering av vesiklar till målmembran SNARE hypotesen Vesikel-sammansmältning medieras av transmembran proteiner (SNAREs) Rab protein-familjen: små GTP-bindande proteiner Rab/GTP på transport-vesikeln interagerar med effektor proteins och v-snares - skapar ett pre-fusionskomplex Kombinationer av Rab proteiner märker upp organeller och vesiklar avgör destination Rab/GTP på transport-vesikeln interagerar med effektor proteins och v-snares - skapar ett pre-fusionskomplex Exocyst assembly and vesicle targeting Proteintrafik i cellen Electronmikroskopi av Golgi Proteiner transporteras från ER till Golgi 11

12 Alla rättveckade proteiner transporteras från ER till Golgi. För att få stanna i ER behövs en retentions-signal: i C-terminalen, KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) Felveckade proteiner behålls i ER Export av Proteiner och Lipider från ER Om proteiner fortsätter längs hela sekretoriska kedjan förloras dessa Specifika signaler (KDEL and KKXX) gör att de selektivt återbördas från ER till Golgi. Animation Golgi - cellens sorteringsanläggning Golgi är extra stor i celler som är specialiserade på sekretion, celler i slemhinnan 3-20 cisterae Proteiner transporteras i vesiklar mellan dessa In (från ER) Cell från tunntarmens slemhinna Ut Golgi - cellens sorteringsanläggning Modifiering av glykosylerade proteiner även modifiering av lipider och proteiner (glykosyleringar) i växter - polysacharidsyntes 12

13 Specifik processning av lysosomala proteiner Proteintrafik i cellen Flaggor på vesiklarna talar om nästa destination Endocytos Transport av degraderande enzymer till lysosomen Transport av membranbundna proteiner för internalisering i membranet Sekretion 13

14 Selektiv transport till olika delar av plasmamembranet Reglerad eller kontinuerlig sekretion Reglerad sekretion av insulin Nerv impuls - synapse Reglerad sekretion av histamin Proteintrafik i cellen 14

15 Endocytos Material som ska tas upp omsluts av en del av plasmamembranet, knoppar av och bildar en vesikel Phagocytosis, eller cell eating upptag av stora partiklar (bakterier) Pinocytosis, eller cell drinking, upptag av vätska och makromolekyler i små vesiklar. Endocytos Fagocytos Startas genom en receptormedierad signal Utförs huvudsakligen av makrofager -Ex Endocytos av bakterier/virus -Endocytos av gamla eller apoptotiska celler Pinocytos Kontinuerlig endocytos av plasmamembranet Uförs av de flesta celler Huvudsakligen genom klathrin-täckta vesiklar Ex. Kolesterolimport En makrofag tar hand om defekta röda blodkroppar Fagocytos av en bakterie Phagocytosis animation 15

16 Receptormedierad endocytos av makromolekyler Vesiklarna transporteras mellan organellerna Pinocytos av kolesterol Endosomen sorterar det endocytoserade materialet för vidare processning Lågt ph (5-6) gör att liganden kan lossna från receptorn Animation Endosomen sorterar endocytoserat material 16

17 Sortering i tidiga endosomer Olika destinationer för endocyterade receptorer Tillbaka till samma plats i membranet Om ligand och receptor sitter ihop Till en ny plats i membranet Lysosomen - cellens soptipp Kontrollerad nedbrytning Sur miljö, ph 5, mha ATP-driven H + -pump 40 olika hydrolytiska enzymer Socker täcker proteiner på insidan av membranet som skydd mot proteaser Färgen berättar om ph i organellen Tre vägar till lysosomen ph 5 lysosom ph 5,5-6,5 endosom 17

18 Lysosomer i fagocytos och autofagi Recycling of synaptic vesicles 18