Regulace translace REGULACE TRANSLACE LOKALIZACE BÍLKOVIN V BUŇCE. 4. Lokalizace bílkovin v buňce. 1. Translační aparát. 2.

Transkript

1 Regulace translace 1. Translační aparát 2. Translace 3. Bílkoviny a jejich posttranslační modifikace a jejich degradace 5. Translace v mitochondriích a chloroplastech REGULACE TRANSLACE LOKALIZACE BÍLKOVIN V BUŇCE 1

2 proteiny získávají transportní kompetenci v lumen ER nascentní protein po vstupu do ER: získává sekundární a terciární strukturu posttranslační modifikace tvoří oligomery tvorí disulfidické vazby (úloha disulfid isomerázy) vytváří oligomery - (využití lektinů) jejich modifikace v periplasmatickém prostoru protein disulfit izomeráza získávání transportní kompetence rozhodne zda: transportován dál zůstane na ER rozloží se Typy vazeb v polymérech jejich modifikace v periplasmatickém prostoru Vytváření disulfidických vazeb mezi 2 cysteiny 2

3 úloha chaperonů nascentní protein v ER: s nezbytnou informací pro targeting do příslušné specifické organely buňka má až 30 kompartmentů s příslušnými typy bílkovin typy proteinů: integrální membránové součástí jednotlivých kompartmentů sekreční: stěnové vakuolární extracelulárních prostor úloha chaperonů: Chaperony nascentního proteinu Chaperony v kompartmentech, v organelách úloha chaperonů Bílkoviny rozpustné: Ve všech buněčných kompartmentech (cytosol, vakuola, buněčná stěna, mitochondriální matrix, stroma chloroplastů, thylakoidní lumen, lumen ER, cis Golgi, nukleosol) = hydrofilní Bílkoviny nerozpustné Membránové (v celé řadě lipidových dvouvrstev různých membrán) = hydrofobní Stěnové (nekovaletně i kovaletně vázané) 3

4 každá bílkovina má 1 a více targeting signálů a specifických domén v primární aminokyselinové sekvenci připravených na reakci s receptory receptory zajišťují vstup transportovaného proteinu do hierarchie organelového systému buňky a řídí tím cestu proteinu po rozvětvené transportní cestě interakce targeting signálu a receptoru zahajuje cestu přerušení interakce --- translokace bílkoviny úloha chaperonů 4

5 typy membránových bílkovin 5

6 sekreční bílkoviny (SRP,translokon, signální receptor, signální peptidáza) Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxis. zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) signální peptid a SRP 6

7 sekreční bílkoviny (SRP,translokon, signální receptor, signální peptidáza) sekreční bílkovin SRP SRP = nekódující RNA ( 300nk) + 6 bílkovin ( 54kDa, 19kDa, 68kDa, 72kDa, 9kDa, 14kDa) Translokon = bílkovinný komplex s centrálním porem Signální receptor = místo vazby SRP v membráně Signální peptidáza = odděluje signální peptid od bílkoviny Bílkovina: Vůbec se neobjevuje v cytosolu, ale přímo v ER Uspořádávána v ER sekreční bílkovin SRP sekreční bílkovin SRP 7

8 4. Lokalizace bílkovin buňce sekreční bílkoviny SRP Transport sekrečních bílkovin přes mebránu nascentní bílkovina uvolněná z velké podjednotky přímo do póru translokonu, (není volně v cytosolu) sekreční bílkoviny Transport sekreční bílkoviny před membránu: Nascentní bílkovina má už N-terminální signální peptid, ten je ihned napojen na SRP 3. SRP se současně naváže na 60S podjednotku ribosomu a dopraví komplex: nascentní bílkovina/ribosom k receptoru SRP v ER membráně (vazba posílena navázáním GPT na SRP + SRP-receptor) 4. Přenos komplexu nascentní bílkovina/ribosom k translokonu, napojení ribosomu na membránu, otevření translokačního kanálu, využití signální sekvence k zanoření bílkoviny do póru translokonu 5. Aktivace signální peptidázy, oddělení signálního peptidu, disociace SRP SRP receptoru, hydrolýzou vazby s GTP 6. Ribosom plně napojen na membránu, pokračuje transfer syntetizované bílkoviny do membrány 7. Syntéza završena, ribosom i translokon uvolněny Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů ER signální peptid, targeting sekvence Chloroplast transitní peptid Mitochondrion presequence Jádro jaderný lokalizační signál(nls) Peroxisomy peroxis. zaváděcí signál(pts) Vakuoly vakuolární sorting signál (VSS) 8

9 mebránové bílkoviny membránové bílkoviny Stop signály: hydrofobních aminokyselin Vytvoří v membráně alfa-helix s hydrofobními zbytky bílkovin v membránové dvouvrstně Typy I III jeden helix, typ IV více helixů -typi: má signální peptid, nepotřebuje SRP, C-terminální konec bílkoviny v cytosolu - typii: nemá signální peptid, potřebuje SRP, orientace bílkoviny opačná, N-terminální konec v cytosolu - typiii: nemá signální peptid, orientace jako u typui - typiv: multipasss proteins, nemají hydrofobní oblast, vázány na fosfolipidy (viz lektiny) Hlavní typy integrálních membránových bílkovin syntetisovaných na hrubém endoplasmatickém retikulu Typ I Úspořádání a umístění sekvencí integrálních membránových bílkovin +++ = vyšší podíl pozitivně nabitých aminokyselin Transport a lokalizace membránové (rezidentní) bílkoviny (úloha hydrofobního stop signálu přenosu při lokalizaci bílkoviny do fosfolipidové dvouvrstvy) 3: stop tranferanchorsequence v translokonu 4: sekvence se posune do membránové dvouvrtvy a translokon se uvolní 9

10 membránové bílkoviny, typy stop signálů single-pass membránová bílkovina 23 hydrophobních aminokyselin tvoří alfa helix (červeně) negativní náboj fosfolipidových head struktur + pozitivně nabitý arginin a lysin (modře), upevňují bílkovinu v membráně multipass membránová bílkovina G protein receptor-vazebná bílkovina složený ze 7 membránových helixů Translokace bílkovin do membrány, typ II spoluúčast SRP nezbytná (není znázorněno) 10

11 Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxis. zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) Úspořádání a umístění sekvencí integrálních membránových bílkovin +++ = vyšší podíl pozitivně nabitých aminokyselin mebránové bílkoviny Typ I Transport a lokalizace membránové (rezidentní) bílkoviny (úloha hydrofobního stop signálu přenosu při lokalizaci bílkoviny do fosfolipidové dvouvrstvy) 3: stop tranferanchorsequence v translokonu 4: sekvence se posune do membránové dvouvrtvy a translokon se uvolní Hlavní typy integrálních membránových bílkovin syntetisovaných na hrubém endoplasmatickém retikulu 11

12 membránové bílkoviny Stop signály: hydrofobních aminokyselin Vytvoří v membráně alfa-helix s hydrofobními zbytky bílkovin v membránové dvouvrstně Typy I III jeden helix, typ IV více helixů -typi: má signální peptid, nepotřebuje SRP, C-terminální konec bílkoviny v cytosolu - typii: nemá signální peptid, potřebuje SRP, orientace bílkoviny opačná, N-terminální konec v cytosolu - typiii: nemá signální peptid, orientace jako u typui - typiv: multipasss proteins, nemají hydrofobní oblast, vázány na fosfolipidy (viz lektiny) Translokace bílkovin do membrány, typ II spoluúčast SRP nezbytná (není znázorněno) membránové bílkoviny, typy stop signálů single-pass membránová bílkovina 23 hydrophobních aminokyselin tvoří alfa helix (červeně) negativní náboj fosfolipidových head struktur + pozitivně nabitý arginin a lysin (modře), upevňují bílkovinu v membráně 12

13 multipass membránová bílkovina Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů G protein receptor-vazebná bílkovina složený ze 7 membránových helixů ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxisom zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) chloroplasty, mitochondrie, jádro chloroplasty 13

14 transport bílkovin do chloroplastů Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů Nezbytná přítomnost 2 typů lokalizačních sekvencí: - do stroma chloroplastů - z cytosolu přes vnější a vnitřní membránu - do lumen thylakoidů - ze stroma přes thylakoidní membránu do lumen a zde dvě odlišné cesty ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxisom zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) transport bílkovin do chloroplastů - mitochondrie 14

15 struktura mitochondrie - mitochondrie Nezbytná přítomnost 2 typů lokalizačních sekvencí: N-terminální zaváděcí sekvence se váže na bílkovinný receptor na povrchu mitochondrie Po zavedení bílkoviny přes vnější membránu je zaváděcí sekvence odštěpena Bílkovina putuje dál do vnitřních struktur na základě dalšího signálu a příslušných receptorů struktura mitochondrie Lokalizace bílkoviny - mitochondriálkní matrix I. 15

16 Lokalizace bílkoviny - mitochondriálkní matrix II. Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxisom zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) Mitochondrie přehled lokalizačních sekvencí - jádro 16

17 - jádro Lokalizační domény pro transport bílkovin do organel a kompartmentů ER Chloroplast Mitochondrion Jádro Peroxisomy Vakuoly signální peptid, targeting sekvence transitní peptid presequence jaderný lokalizační signál(nls) peroxisom zaváděcí signál(pts) vakuolární sorting signál (VSS) - jádro TRP= transportovaná bílkovina, TRP-anchor, NLS= jaderný lokalizační signál - jádro peroxisomy: organely bez vlastního informačního obsahu Lokalizují enzymy pro oxidace nejrůznějších typů substrátů (vzniká peroxidu vodíku a působením katalázy voda) Pro lokalizaci cytosolických proteinů systém zaváděcí sekvence na translokovaných bílkovinách + řada receptorů: PTS1 receptorová bílkovina navázaná v cytosolu ( SRP ) Pex5 další receptorová bílkovina komplex bílkovina-pts1+pex5 se váže na Pex14 translokon komplex Pex

18 -peroxisom propojení buněčných organel Transport a lokalizace bílkovin do jednotlivých kompartmentů přesně regulováný, energeticky náročný proces Děkuji za pozornost Celá řada dočasných bílkovinných interakcí mezi signálními nebo zaváděcími sekvencemi transportované a lokalizované bílkoviny a odpovídajícími bílkovinnými receptory daných kompartmentů Aktivace specifických proteáz Dostatek ATP Přijďte zase příště na kus řeči o translaci 18