VNITROBUNĚČNÉ ODDÍLY, TŘÍDĚNÍ A TRANSPORT PROTEINŮ

Transkript

1 VNITROBUNĚČNÉ ODDÍLY, TŘÍDĚNÍ A TRANSPORT PROTEINŮ Vnitrobuněčné oddíly, třídění a transport proteinů Eukaryotická buňka, aby zvýšila účinnost chemických reakcí, tak si během evoluce vytvořila nebo získala kompartmenty, různé organely, umožňující vytváření ohraničeného prostředí, kde si vytvoří specifické podmínky, které jsou ideální pro různé biochemické procesy. Kompartmenty živočišné buňky Buňka je vyplněna cytoplazmou a v ní se nacházejí různé buněčné kompartmenty: a) jádro ohraničeno dvojitou plazmatickou membránou, na to volně navazuje endoplazmatické retikulum b) Golgiho aparát zploštělé cisterny c) Mitochondrie, u rostlinné ještě přibývají plastidy, které mají také dvojitou membránu d) Endozomy e) Peroxisomy f) Lysosomy Bakteriální buňka (níže) nemá žádné organely, je jednodušší, všechno dělá v jednom prostředí, nemůže si např. dovolit snížit ph v celé buňce. Je tím omezena. Je zde jen plazmatická membrána, různé granule a DNA (ta je volně uložena v cytoplazmě). Prokaryotická buňka x Eukaryotická buňka V eukaryotické buňce je DNA obalena dvojitou plazmatickou membránou, ale je i prostorově orientována v jádře, v bakteriální buňce je DNA volně v cytoplazmě. Ribozomy jsou v obou, ale nejedná se o membránové organely. Typická rostlinná buňka Zásadní rozdíl je přítomnost buněčné stěny. Hlavní význam je podpůrný, nemá ani intermediální filamenta (V živočišné buňce slouží, jako hlavní podpůrná struktura), další strukturou jsou plastidy, umožňují syntézu ATP z fotosyntézy a další odlišností je centrální vakuola (skladovací funkce, udržuje osmotický tlak buňky v rovnováze). nenacházejí se zde střední intermediální mikrofilamenta, má totiž buněčnou stěnu chloroplasty organely, kde fotosyntetickou řadou dochází k syntéze ATP centrální vakuola tonoplast zásobárna různých látek a slouží také k udržování stálého osmotického tlaku 1

2 Živočišná buňka x Rostlinná buňka V živočišné nenajdeme centrální vakuolu, chloroplasty ani buněčnou stěnu. Živočišná buňka má intermediální filamenta (zvyšují mechanickou odolnost buňky). Nenajdeme zde také plazmodesmata (umožňují komunikaci mezi jednotlivými rostlinnými buňkami). Funkce hlavních vnitrobuněčných oddílů Jádro obsahuje buněčný genom (veškerou buněčnou informaci), syntéza DNA a RNA. I v mnohobuněčném organismu má každá buňka stejnou genetickou informaci (krom červených krvinek). Rozdíly jsou dány jen rozdílnou expresí genů. V jádře probíhá syntéza DNA, musí DNA replikovat a buňka potřebuje vyjádřit nějakou informaci z DNA, tak zde musí docházet k transkripci (tedy přepis z DNA do RNA) Cytosol syntéza proteinů (některých), glykolýza, metabolické dráhy pro syntézu aminokyselin (= základní stavební kameny proteinů), nukleotidů (základní stavební kameny nukleových kyselin), etc. Endoplasmatické retikulum syntéza membránových (např. přenašečové proteiny, kanály, transportery atd.) a sekrečních proteinů a většiny lipidů. Zbytek proteinů je syntetizován v cytosolu Golgiho aparát kovalentní modifikace prot. z ER, třídění proteinů a lipidů pro sekreci a transport do jiných částí buňky. Mitochondrie syntéza ATP oxidační fosforylací Chloroplasty syntéza ATP a fixace uhlíku fotosyntézou, specifické pro rostlinné buňky Lyzosomy membránové struktury, kde dochází k odbourávání látek uvnitř buňky (enzymaticky). Endosomy membránové struktury, které slouží k třídění materiálu z endocytózy a GA. Peroxisomy staré organely, oxidace toxických molekul, beta oxidace (odbourávání) mastných kyselin Tři základní typy vnitrobuněčného transportu Buňka potřebuje transportovat proteiny z jednoho kompartmentu do druhého. To se děje právě vnitrobuněčným transportem. Máme tři typy: 1. Transport jaderným pórem (Gated transport) transport látek z cytoplazmy do jádra a naopak. Nasyntetizovaný protein neprochází přes stěnu, v jádře jsou struktury nazývané jaderné póry (což je sám o sobě komplex proteinů) a právě tudy jsou proteiny transportovány. 2. Transmembránový transport musí se proteiny dostat přes membránu dovnitř buněčného kompartmentu. Existuje celá řada transportérů. Umožňují pasivní či aktivní (za dodání energie) transport. 3. Vezikulární transport proteiny (= transportovaná látka) obaleny v nějaké váčku (má tedy jakousi membránu), fúzí plazmatické membrány dojde k transportu Mapa transportu proteinů (vlevo) Vznik a správná funkce vnitřních kompartmentů zcela závisí na přesném cílení proteinů Třídění proteinů signální sekvence Jak buňka pozná, kam se který protein má dostat? Je to zajištěno speciální sekvencí = signální sekvencí. Je to něco jako adresa pro daný protein. Je specifická pro každý kompartment. Skládá se nejčastěji ze sekvence 3 30 AK. Někdy se signální doména může vytvořit až po složení do terciární (funkční) struktury. 2

3 Jednoduchý experiment dokazuje, že většina třídících signálů se skládá z krátkého úseku aminokyselinové sekvence nazývané signální sekvence. GFP (green fluorescence protein) pokud ho osvítíme modrým světlem, tak vyzařuje zelené světlo krásně viditelné pod fluorescenčním mikroskopem. Pokud GFP přidáme krátkou signální sekvenci, která ho má zacílit do jádra, tak uvidíme, že se pak GFP vyskytuje poze v jádře. Signální sekvence Mitochondrie v opakování má pozitivně nabité aminokyseliny, to že jsou nabité je důležité pro mechanismus transportu. Peroxisomy jen tři aminokyseliny, jako signál. Jaderný import a export Jádro je obaleno dvojitou plazmatickou membránou, na kterou volně navazuje endoplazmatické retikulum. Perinukleární prostor je kontinuální s lumenem ER. Přes komplex jaderného póru probíhá obousměrný transport. Jaderný obal se skládá ze dvou koncentrických lipidových dvojvrstev. Jaderný pór Komplex jaderného póru je vodní kanál, který umožňuje difuzi malých molekul a proteinů do 60kD. Transport těchto malých molekul je pasivní (po svém koncentračním gradientu). Molekuly větší než 9 nm nebo 60 kda musí mít jaderný lokalizační signál (NLS) a jsou aktivně transportovány do jádra. 3

4 Mechanismus jaderného transportu transportovaná molekula má jaderný lokalizační signál. V buňce je receptor jaderného transportu, převede transportovanou molekulu přes jaderný pór a jaderný receptor se vrací zpět do cytoplazmy. Transport velkých proteinů do jádra vyžaduje signální sekvenci nazývanou jaderný lokalizační signál (NLS). NLS může být umístěn kdekoliv v primární sekvenci proteinu. Obvykle je bohatý na arginin a lysin a je poměrně krátký. NLS směruje proteiny k transportu přes komplex jaderného póru. Proteiny si během transportu přes jaderný pór zachovávají svou terciální a kvarterní strukturu. Jsou tedy složené a funkční, nerozbalují se do primární struktury. Jsou-li částice koloidního zlata potaženy NLS (vpravo), můžeme vidět částice procházet jadernými póry. Maximální velikost částice zlata, která může být transportována je 26 nm. Jelikož zlaté částice nemohou být stlačeny, otvor jaderného póru musí být schopen se rozšířit. Po deseti minutách se blíží k póru a po 50 minutách už jsou na druhé straně. Jaderní lokalizační signál řídí a cílí transport přes jaderné póry. Průměr jaderného póru je taky nějakým způsobem regulován. Dokáže se zvětšovat a zmenšovat. Protein Ran (monomerická GTPáza = využívá energii ze štěpení GTP na GDP) je hnací silou transportu přes komplex jaderného póru. Ran-GAP se nachází výhradně v cytoplasmě = Ran-GDP se hromadí vně jádra. Ran-GEF se nachází uvnitř jádra = Ran-GTP se hromadí uvnitř jádra. Ran: Monomerická GTPáza Ran-GAP: GTPázu-aktivující protein Ran-GEF: Guaninový výměnný faktor Receptory jaderného importu (Nuclear Import Receptors) rozpoznávají NLS Pro transport ven z jádra je zde naopak receptor jaderného exportu. Energii dodává opět Ran-GTPáza. Transport proteinů do mitochondrií a chloroplastů Organely specializované na syntézu ATP. Většina proteinů je kódovaná jaderným genomem a syntetizovaná v cytoplasmě. Během evoluce došlo k tomu, že se geny přesunuly do jádra eukaryotické buňky, nebo některé byly nahrazeny a tak buňka využívá proteiny kódované v jádře. Proteiny musí být transportovány do jednoho z kompartmentů, nebo membrán těchto organel. Mitochondrie čtyři různá místa, kam se proteiny musí dostat vnitřní, vnější membrána, mezimembránový prostor, matrix.. U chloroplastů navíc tylakoidní membrána a tylakoidní prostor. Mitochondriální (chloroplastové) proteiny většina proteinů je kódována genomickou DNA v jádře, ta je exportována do cytoplazmy, převedena na protein a pak se musí dostat ještě do mitochondrie. 4

5 Mitochondriální signální sekvece: amfipatický alpha-helix Proteinové transportéry mitochondriálních membrán čtyři základní v živočišných buňkách: Vnější membrána: Tom complex obsahuje receptory pro rozpoznávání proteinů a translokační kanál, který umožní průchod proteinu. vnitřní membrána: Tim 23 komplex je zanořen i do vnější membrány, dále Tim 22 complex a Oxa complex Amfipatická = na jedné straně je nabitá (hydrofilní = má ráda vodu) a na druhé straně je hydrofóbní (nemá ráda vodu). Červená oblast je hydrofilní, druhá část (módrá je hydrofóbní). Signální sekvence je amfipatická. TOM complex = Transporter of the Outer Membrane) TIM complex = Transporter of the Inner Membrane) Import proteinů do mitochondriální matrix je řízen N-terminální signální sekvencí Signální sekvence na N-konci naváže protein na TOM komplex na vnější mitochondriální membráně. TOM komplex je současně receptor pro signální sekvenci a translokátor. TOM komplex s navázaným proteinem se přemístí do tzv. membránového kontaktního místa. Protein prochází přes TOM transportér do transportéru komplexu TIM na vnitřní mitochondriální membráně. Protein je transportován do mitochondriální matrix a signální sekvence (=signální peptid) je enzymaticky odštěpena tzv. signální peptidázou. Pomocí chaperonových proteinů se pak protein skládá do svého funkčního stavu. Velký rozdíl mezi transportem do jádra a do mitochondrie je v tom, že do jádra jdou proteiny ve svém funkčním složeném stavu, tedy v terciární struktuře, do mitochondrie jsou rozbaleny do své primární sekvence. Energetika mitochondriálního transportu: hydrolýza ATP a elektrochemický protonový gradient. Hydrolýza ATP chaperonové proteiny v cytoplasmě Elektrochemický protonový gradient na vnitřní mitochondriální membráně Hydrolýza ATP chaperonové proteiny v mitochondriální matrix K tomu, aby byl protein přenášen přes vnější membránu je využívána hydrolýza ATP, pak je silou elektrochemického gradientu na vnitřní membráně přenesen do mitochondriální matrix. Uvnitř mitochondrie se proteiny musí opět složit a k tomu se zase používá energie z hydrolýzy ATP za pomoci chaperonových proteinů. Transport do chloroplastů je podobný transportu do mitochondrií. U chloroplastů je navíc třetí membrána tylakoidní. U chloroplastů na vnitřní membráně není žádný gradient, je až na tylakoidní membráně. Transport přes dvě první membrány probíhá za hydrolýzy GTP a ATP a až přes tylakoidní membránu je transport zajištěn elektrochemickým gradientem. Výjimka tylakoidy (třetí membrána), potřeba druhé signální sekvence. U chloroplastů je protonový gradient na tylakoidní membráně a podílí se na transportu do tylakoidů. Transport přes chloroplastovou vnitřní membránu (nemá elektrochemický gradient) využívá energii z hydrolýzy GTP a ATP. 5

6 Srovnání jaderného a mitochondriálního importu Signální sekvence u jádra je krátká a sestává se z pozitivně nabitých AK, umístěny různě v sekvenci proteinu. V mitochondriích jsou umístěny na N-terminálním (amino) konci a vytváří amfipatickou aplha-helix. Co se děje se signálem u těch, které se transportují do jádra jsou nadále součástí proteinů, ale u mitochondrií se odštěpují. Co se týče energie u jaderného je využívána GTP hydrolýza (RAN- GTpáza) a u mitochondrií je využíváno ATP hydrolýzy a elektrochemický gradient. Co se týče formy transportovaných proteinů do jádra je transportován celý, ale do mitochondrií je rozbalený do své primární struktury. Peroxisomy Jednoduchá plasmatická membrána obsahují oxidativní enzymy, odbourávání toxických molekul, beta oxidace mastných kyselin, syntéza prekursoru myelinu, krátká signální sekvence jsou zřejmě velice staré Původně sloužili k detoxifikaci reaktivního kyslíku, mají enzymy, které používají k oxidativním reakcím. Pak ale buňka získala mitochondrii a ta byla schopná navíc syntetizovat ATP, převládly tedy mitochondrie, peroxizomy se zachovaly a mají funkci odbourávání toxický molekul a odbourávání alifackých řetězců mastných kyselin syntetizuje se zde prekursor myelinu, porucha způsobuje velice závažná nervová onemocnění Endoplasmatické retikulum Existuje ve dvou formách: 1) Hladké ER 2) Drsné ER = hladké s navázanými ribozomy, kde probíhá syntéza proteinů. V hladkém ER syntéza proteinů neprobíhá, ale může zde probíhat syntéza lipidů. Lumen ER tvoří kontinuální prostor s perinukleárním prostorem (= prostor mezi dvěmi jadernými membránami). Funkce endoplasmatického retikula Počátek nově syntetizovaných proteinů určených pro Golgiho aparát, endosomy, lyzosomy, sekreční vesikuly a plasmatickou membránu. Vytváří orientaci proteinů v membráně Místo syntézy fosfolipidů a cholesterolu Počáteční místo pro N-glykosylaci proteinů - navázání cukerných zbytků přes dusík v aminoskupině na tyto proteiny. (O-glykolysace navázání na kyslík karboxylové skupiny) Hromadění Ca++ - sarkoplasmatické retikulum ve svalech slouží k akumulaci vápenatých kationtů, jsou důležité pro regulaci svalové kontrakce. Volné a vázané ribosomy (vlevo) Protieny mohou být syntetizovány buď v cytoplazmě (na volných ribozomech) a nebo na ribozomech, které se vážou na membránu endoplazmatického retikula. 6

7 Jak buňka rozpozná, kde má být protein syntetizován? Pomocí signální sekvence. Jakmile se při translaci na ribozomu objeví signální sekvence, naváže na ni SRP (protein, který ji rozpoznává). Na membráně ER se nachází receptor, na který se naváže SRP protein s navázaným syntetizovaným proteinem a ribozomem a následně probíhá translace na membráně ER. Nově syntetizovaný protein je protlačovaný přes translokátor do lumenu ER (= kotranslační transport). Signální sekvence ~20 aminokyselin, bohatá na hydrofobní aminokyseliny, nejčastěji na N-konci. SRP-signál rozpoznávající protein (signal recognition particle) SRP receptor Proteinový translokátor Translace a translokace probíhá současně - ko-translační transport Energie pro transport je získána z vlastního procesu translace jak polypeptid roste, je protlačován přes proteinový translokátor Signální sekvence (signální peptid) sekrečních proteinů je odštěpena signální peptidázou. Jakmile se naváže signální sekvence, tak při té syntéze je peptid protlačován do lumenu ER a podobně jako v případě mitochondrie se zde vyskytuje signální peptidáza, tak ho štěpí a ten protein se pak začne skládat do své funkční (terciární) struktury. Translokace proteinů přes membrán ER - Při syntéze dochází k protlačování do lumenu, signální peptidáza odštěpí protein z membrány a pak dochází ke skládání do terciální struktury. Transmembránový protein - pokud má být protein transmembránový (ukotvený v membráně), tak má na svém konci stejnou sekvenci, jako ty, které jsou určeny k přechodu přes membránu, ale má navíc jednu sekvenci uprostřed (stop-transfer sekvence). V určitém místě translace se přenos zastaví a zbytek peptidu je dosyntetizován na volných ribozomech. Stop-transfer vysoce hydrofobní. Ko-translační transport musí být schopen vytvářet řadu různých konfigurací.. 7

8 Membránové proteiny s více transmembránovými doménami zase je zde signál navíc. Střídáním různých start a stop transfer sekvencí můžeme dosáhnout proteinů, které mohou až 7x procházet membránou. Je zde signální sekvence, začíná transfer přes membránu, pak je zde stop transfer. Membránové proteiny ukotvené přes glykolipidy ER mohou být ukotveny nejenom alpha šroubovicí, ale i přes lipofilní kotvu. Signální peptidáza odštěpí signální peptid a protein se naváže na membránu pomocí lipofilní kotvy. N-glykosylace proteinů (N-linked glycosylation) - další důležitá funkce ER. Přidávání cukerných zbytků na aminové zbytky nově vzniklého proteinového řetězce (= N-glykolysace). Při syntéze je cukerný zbytek navázán na AK toho rostoucího řetězce a dochází k modifikaci. Je to důležité jako signál pro rozlišení správně složených proteinů a také pro imunitní systém, který takto rozpoznává látky vlastní a cizí. Krevní skupiny ABO jsou určeny dvěmi glykosyltransferázami vznikají v ER. Je to dáno tím, že jsou zde navázány různé cukerné zbytky. Nesprávně složené proteiny jsou exportovány z ER do cytoplasmy a degradovány v proteasomech Skládání proteinů Děje se také v ER. Není-li protein po několika kolech dobře složený, tak je rozpoznán, jako špatně složený a transportován ven z ER na vnější straně je označen ubiquitinem a je tak určen k degradaci. 8

9 Fosfolipidy jsou syntetizovány na cytoplasmatické straně membrány ER - probíhá na vnější straně ER. Fosfolipidy jsou základní stavební kameny všech membrán. Fosfolipidy vznikají na vnější straně, je třeba zajistit, aby membrána rostla rovnoměrně. Fosfolipidové translokátory fosfolipidy mají nabité fosfátové hlavičky a nemohou volně přecházet přes membránu. Je několik enzymů: 1. scrambláza jen podle počtu fosfolipidů na jedné straně přehazuje fosfolipidy z jedné strany na druhou. 2. flipázy ty přehazují fosfolipidy selektivně. Transfer lipidů do jiných organel Jaderná membrána laterální difuze. Navazuje na membránu ER. Organely sekreční dráhy vesikulární transport. Z ER se odštěpí vesikuly a ty potom zfúzují a přidají lipidy do membrány. Mitochondrie, chloroplasty a peroxisomy proteinový transport přes speciální transportery (Phospholipid exchange proteins) Intracelulární vezikulární transport Třetí typ transportu materiál takto transportovaný je uzavřen ve váčcích vezikulech Golgiho aparát hraje centrální roli ve vnitrobuněčném vesikulárním transportu. Jde to třemi způsoby z Golgiho aparátu přímo ven z buňky nebo přes sekreční vesikuly a nebo přes endosomy. Vesikulární transport přepravuje proteiny a membrány mezi jednotlivými buněčnými kompartmenty Vesikulární transport zachovává membránovou orientaci, polarity. Máme donorový kompartement, kde jsou nasyntetizovány látky, jsou uzavřeny do membrány a odštěpeny, pak ta membrána zfúzuje s membránou druhého kompartementu a látky se tak dostanou dovnitř. Orientace proteinu zůstává zachována. Špička té šipky stále směřuje stejně (tedy dovnitř kompartementu). 9

10 Proteiny jsou předávány z ER do Golgiho aparátu Golgiho aparát trojrozměrná rekontrukce Komplex má cis a trans stranu = je polarizovaný cis strana je ta, která je nasměrována k ER a je vstupní místo transportovaných proteinů Máme dvojitou jadernou membránu, na to navazuje membrána ER, tam jsou syntetizovány určité proteiny, následně se z ER začnou odštěpovat transportní váčky, dostávají se do Golgiho aparátu (systém cisteren) zfúzováním, postupně procházejí na druhou stranu Golgiho aparátu a pomocí transportních vesikulů jsou transportovány do svých cílových destinací. Golgiho aparát má dvě hlavní funkce: 1. Modifikuje N-vázané oligosacharidy a přidává O-vázané oligosacharidy. 2. Třídí proteiny po odchodu z trans Golgi komplexu jsou doručeny do správných buněčných kompartementů v transportních vesikulech. Modifikace N-vázaných oligosacharidů je prováděna řadou enzymů Golgiho aparátu Cukerná značka proteinů je důležitá pro: a) třídění proteinů (většina jde na povrch buňky, kde vytváří glykokalyx) b) pro ochranu proteinů před proteásami (ochrana před degradací) c) buněčná adheze (při kontaktu mezi buňkami) d) imunitní systém 10

11 Na tvorbě (pučení) vesikulů se podílejí tři typy plášťových proteinů (coat proteins) Klatrin nejčastěji se podílí na vzniku váčků při endocytóze (transport zvenku dovnitř), podílejí se na vytvářejí i transportních vesikulů z trans strany GA. COPI podílejí se na transportu z cis na trans GA COP II napomáhají vytvářejí váčků z ER do GA Klathrinové váčky Klathrin se navazuje přes adaptiny na receptory v donorové membráně. Receptory vážou specifický náklad. Klathrin se sestavuje do kulovitého útvaru a vtahuje s sebou část donorové membrány. Dynamin odškrtí váček od membrány. Požadovaná energie: Dynamin hydrolýza GTP Chaperonové proteiny - hydrolýza ATP Tvorba COPII vesikulů je zprostředkována monomerickou GTPázou Sar1. GEF v donorové membráně interaguje s GTPázou Sar1 výměna GDP za GTP. Sar1- GTP konformační změna vysunutí zbytku mastné kyseliny začlenění do membrány. COPII proteiny se skládají na Sar1 tvorba vesikulu. Receptor (modře), naváže se na něj protein, je aktivován a začnou se na něj vázat buď klatrin nebo COPI či COPII a začnou vytvářet váček, jak se navazují, tak se membrána vychlipuje. Za pomocí dynaminu dojde k odštěpení váčku a klatrin či COPI nebo COPII se uvolní zpátky. Tvorba COPI vesikulů GTPáza ARF Cílení transportních vesikulů: komplementární sady SNARE proteinů (v-snare a t-snare) Fungují jako zámek a klíč, máme dva typy: vesikulární vsnare nacházejí se na transportních vesikulech, na povrchu cílené tsnare (target) nacházejí se v cílových membránách jeden v-snare má jednoho svého t-snare partnera, tím je zajištěna specificita transportu. Růžový se může párovat jen se světle modrým a naopak červený se může párovat jen s modrým. Konformační změny komplexu v-snare/t-snare způsobí fúzi membrán bez hydrolýzy ATP nebo GTP. Energie v podobě hydrolýzy ATP je následně potřeba k rozdělení komplexu v- SNARE/t-SNARE 11

12 Některé proteiny exportované z ER jsou vraceny zpět do ER pomocí COPI vesikulů. Tyto proteiny jsou identifikovány pomocí přítomnosti specifické signální sekvence, která interaguje s COPI vesikulem nebo se váže na specifický receptor. Příklady zpětného transportu proteinů do ER: v-snare proteiny ER. ER chaperony, které jsou omylem transportovány do Golgiho komplexu. Proteiny z ER vstupují do Golgiho aparátu na cis straně. Transport z ER přes Golgiho aparát je pokračováním biosyntetické sekreční dráhy. Správně složené proteiny jsou nakládány do COPII transportních vesikulů, nesložené nebo nesprávně složené proteiny zůstávají spojeny s chaperonovými proteiny v ER. Jestliže protein nedosáhne správné terciální struktury, je exportován z ER do cytoplasmy, kde je degradován v proteasomech. Správně složené proteiny jsou transportovány v COPII vesikulech do cis-golgiho komplexu COPII plášť je odstraněn (Sar1 hydolyzuje GTP) a vesikuly vzájemně fúzují vesikulární tubulární cluster. VTC je transportován podél mikrotubulů za účasti motorových proteinů. VTC fúzuje s cis-golgi komplexem. Není zcela jasné, jak proteiny postupují přes Golgiho komplex (vlevo dole) a) Model: Stacionární kompartmenty a vesikulární transport mezi nimi. b) Model: Velké pohybující se kompartmenty, které postupně dozrávají do TGN, zpětný návrat enzymů pomocí vesikulárního transportu. Pravděpodobně platí kombinace obou modelů. Cytochemická demonstrace rozdílných kompartmentů Golgiho komplexu Mají různé vlastnosti 12

13 Konečnou destinací pro některé proteiny z TGN je lysozom. Mezi ně patří především kyselé hydrolázy. Lysozomy představují žaludek buňky. Hlavní složkou jsou kyselé hydrolázy, je tam velmi nízké ph, je aktivně zajišťováno ATPázou. jedna membrána kyselé hydrolázy degradace makromolekul H+ ATPázová pumpa ph ~5 Makromolekuly degradované v lysozomech: endocytóza, fagocytóza nebo autofagie. Pinocytóza, endocytóza menší částice se dostávají za pomoci klatrinových váčků z vnějšího prostředí do lysozomů Fagocytóza do buňky se dostávají větší částice, ale v zásadě stejný princip jako endocytóza, splynutím s váčky, zase z vnějšího prostředí Autofagie Má-li buňka nějaké poškozené organely, např. mitochondrie, tak je dokáže obalit plasmatickou membránou a poslat do lysozomů k degradaci. Základní typy endocytozy: Fagocytóza velké částice a buňky, nejčastěji bakteriální buňky Pinocytóza malá množsví extracelulární tekutiny, Receptorová endocytóza selektivní transport membránových receptorů a jejich navázaných ligandů. Transportuje jen látky, pro které se v dané membráně nacházejí specifické receptory Endocytóza odebírá značné množství plasmatické membrány. Odebrané složky plasmatické membrány jsou nahrazovány procesem nazývaným exocytóza. Fagocytóza bílé krvinky: Makrofágy, Neutrofily a Dendritické buňky. Receptory v plasmatické membráně (fosfatidylserin) Pinocytóza klathrinové váčky Kaveolin (protein) lipidové rafty, mechanismus není do dneška známý Receptorový transport LDL (Low-Density Lipoprotein) LDL lipo-proteinový komplex Transport cholesterolu a esterů mastných kyselin Zdroj cholesterolu pro buňky Porucha transportu = vysoká hladina cholesterolu v krvi - ateroskleróza 13

14 Další genetické poruchy spojené s transportem LDL u lidí: absence LDL receptoru poškozené vazebné místo pro LDL Receptorová endocytóza Tři možné cesty receptorových proteinů a jejich ligandů endocytovaných buňkou Endocytická dráha - od plasmatické membrány po lysozom (vpravo) časný endosom multivesikulární tělísko pozdní endosom lyzosom EGF a EGF receptor (Epidermal Growth Factor) (vlevo) V některých případech jak ligand, tak jeho receptor jsou transportovány do lysozomu a degradovány. EGF spouští buněčné dělení Transcytóza transport proteinů přes epitel Organismus potřebuje transportovat přes epitel, nejčastěji transport protilátek u plodu. Z mateřského mléka se dostávají do lumenu střeva, v tomto případě nejsou cíleny do lysozomů, ale dostávají se na opačný pól buňky, tam jsou exocytózou transportovány do krveci. Transport protilátek z mateřského mléka přes střevní epitel. Kyselé ph ve střevě vazba protilátky na Fc receptor Neutrální ph extracelulární tekutiny disociace protilátky z receptoru Exocytóza buňka potřebuje některé látky vyloučit ven z buňky. Může být buď konstitutivní (= probíhá neustále), jakmile tam váček je, tak zfúzuje, anebo může být podmíněna nějakým receptorem (např. v případě nervového vzruchu) = regulovaná sekreční dráha. Sekreční vezikuly koncentrují a skladují sekreční produkty - malé molekuly nebo proteiny. 14