Transport makrocząsteczek (białek)

Transkrypt

1 Transport makrocząsteczek (białek) Transport makrocząsteczek sortowanie białek - sekwencje sygnałowe lata 70-te XX w. - Günter Blobel - hipoteza sygnałowa; 1999r - nagroda Nobla Sekwencja sygnałowa: A - około 7-20 aminokwasów hydrofobowych B - motywy struktury drugo-, trzecio-, czwartorzędowej usuwanie sekwencji sygnałowych - peptydazy sygnałowe 1

2 sortowanie białek sekwencja sygnałowa: niezbędna wystarczająca do kierowania białka do odpowiedniego przedziału sekwencje sygnałowe 2

3 Komórka eukariotyczna cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma W cytoplazmie odbywa się: cała przemiana materii, dzięki której organizm uzyskuje energię biosynteza białka biosynteza innych związków Rola jądra komórkowego: przechowywanie informacji zawartej w DNA jej powielanie w procesie podziału komórki kontrolowanie całości metabolizmu komórki Liczba: 1- kilkaset Jądro komórkowe monokariocyty, bikariocyty, polikariotycy w komórkach ssaków -10% wielkości komórki brak erytrocyty ssaków; komórki warstwy rogowej naskórka Wielkość i kształt: ok µm (5 25 µm) zaleŝy od typu komórki, wieku i stanu funkcjonalnego kuliste, elipsoidalne, pofragmentowane (kondensacja i fragmentacja chromatyny) PołoŜenie: w środku komórki lub przy błonie 3

4 Stany jądra komórkowego jądro interfazowe występuje w komórkach znajdujących się między dwoma następującymi po sobie podziałami jądro mitotyczne występuje w komórkach dzielących się ( jądro metaboliczne występuje w komórkach wyrośniętych, kieruje procesami przemiany materii) Ultrastruktura jądra interfazowego Domeny jądra interfazowego otoczka jądrowa macierz jądrowa chromatyna skondensowana (heterochromatyna) rozproszona (euchromatyna) jąderko (a) 4

5 Budowa jądra komórkowego nukleoplazma (blaszka) Otoczka jądrowa kompleks porowy bł zew bł wew 20-40nm asymetria strukturalna i czynnościowa błon nm chromatyna lamina Kompleksy porowe przyłączone są do błon osłonki przez glikoproteiny (gp62, gp190, gp210) 5

6 Otoczka jądrowa pory jądrowe kompleksy porowe 10 nm nm kształt oktagonalny Liczba zaleŝy od typu komórki, fazy cyklu 3 tys 50 mln /jądro ; średnio porów/µm² białka nukleoporyny (100) Kompleks poru jądrowego kanały peryferyczne pierścień cytoplazmatyczny kanał centralny kompleks kanału centralnego (8) pierścień jądrowy pierścień końcowy do 50 kda 6

7 Transport przez pory jądrowe związki małocząsteczkowe, jony makrocząsteczki, które nie wchodzą w interakcje z białkami porów zaleŝy od wielkości cząsteczek do 50 kda makrocząsteczki, które wchodzą bezpośrednio w interakcje ze składnikami kompleksu porowego makrocząsteczki, które wchodzą w interakcje ze składnikami kompleksu porowego za pośrednictwem innych białek transport z udziałem specyficznych białek (karioferyny) i energii film Transport przez pory jądrowe - import NLS sekwencja sygnałowa NLS sygnał lokalizacji jądrowej białka adaptorowe (importyny α) (importyny β) nukleoporyny ATP lub GTP 7

8 Transport przez pory jądrowe NLS- sygnał lokalizacji jądrowej Nadrodzina RAS Ras, Rho, Rab, Sar, Arf, Ran Ran NSL Ran Ran Ran małych białek G Transport przez pory jądrowe cargo z sekwencją sygnalizacji jądrowej receptor importu jądrowego dysocjacja Ran-GDP receptor eksportu jądrowego cargo przeniesione do cytoplazmy cargo przeniesione do jądra cargo z sekwencją eksportu z jądra wiązanie Ran-GTP film 8

9 Nukleoplazma Składniki: 10% DNA (wysoka stabilność) RNA (róŝne klasy) białka: 70-75% ok. 9-20% suchej masy, 6 pg (człowiek) ok. 1-8% suchej masy histony białka zasadowe (konserwatywne) 5 klas: H1, H2A, H2B, H3, H4 (masa cząsteczkowa; stosunek Arg :Liz) białka niehistonowe lipidy: 2-4% substancje nieorganiczne Chromatyna kompleks DNA, histonów i białek niehistonowychróŝny poziom kondensacji Macierz jądrowa laminy białka nielaminowe (matryny) (200, róŝnorodne) białka komórkowo-specyficzne macierzy DNA macierzy RNA macierzy 9

10 Budowa chromatyny nić nukleosomowa DNA ok. 2m; jądro 5-8 µm 3,2 x 10 9 nukleotydów, 24 chromosomy (człowiek) 30 nm włókno 2 nm 2 nici DNA 10 nm -nukleosomy upakowanie DNA ok. 7x Mikrografia elektronowa -chromatyna (łagodna izolacja -trawienie nukleazami) Film 5.2 rdzeń nukleosomu wysoce konserwatywny oktamer histonowy 146-nukleotydowy odcinek DNA H2B H4 H3 H2A DNA 10

11 nukleosomy (DNA łącznikowy) polinukleotydów H1- swoistość tkankowa Włókno chromatynowe 30 nm solenoid solenoid upakowanie DNA ok. 40x lewoskrętne zwinięcie nici nukleosomowej nić 30nm 11

12 Jądro komórkowe chromosom metafazowy upakowanie DNA: x Jądro komórkowe 12

13 chromatyna w róŝnej formie skondensowania: euchromatyna heterochromatyna jąderko (jąderka) Liczba, wielkość, kształt zaleŝą od: typu komórki zaangaŝowania w syntezę białek plemniki, erytrocyty ptaków; oocyty płazów; 25% objętości jądra; Jąderko w formowaniu jąderka uczestniczą pętle chromatyny zawierające fragmenty rdna (geny rrna) z róŝnych chromosomów interfazowych (10) otoczka jądrowa jąderko synteza prekursorowego rrna formowanie podjednostek tworzących rybosomy Organizator jąderka (NOR- nucleolus organizer region) to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące cząsteczki 18S i 28S rrna, podzielone intronami. 13

14 chromatyna w róŝnej formie skondensowania pofałdowanie włókna chromatynowego w pętle (domeny) 300 nm i kondensacja - włókna 700nm euchromatyna Dynamika upakowania DNA dostęp do DNA - ekspresja genów, replikacja DNA, naprawa DNA Jądro komórkowe Dynamika upakowania DNA wykorzystanie kompleksów remodelujących chromatynę odtwarzanie standartowych nukleosomów ATP dysocjacja białek wiąŝących DNA dodanie białek wiąŝących DNA dostęp do DNA - ekspresja genów, replikacja DNA, naprawa DNA 14

15 Jądro komórkowe Dynamika upakowania DNA odwracalna modyfikacja ogonów histonowych (enzymy) wyciszenie genu/ heterochromatyna metylacja acetylacja fosforylacja zmiana zdolności wiązania innych białek ekspresja genu kod histonowy ekspresja genu mikrografia elektronowa jądra komórkowego Czy erytroblastu lub retikulocytu (komórki prekursorowe erytrocytów)? limfocytu 15

16 Cytoplazma cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Cytoplazma cytoplazma podstawowa (cytozol) organelle złoŝony koloid wodny cząsteczek i makrocząsteczek Kompleksy białkowe (+RNA) Cytoplazma podstawowa (macierz cytoplazmatyczna) ok. 55% objętości komórki złoŝony koloid wodny białek (20%) i wszystkich rozpuszczalnych związków chem., biorących udział w przemianie materii komórki (zol/ŝel) rybosomy proteasomy cytoszkielet krople tłuszczu, ziarna glikogenu Procesy zachodzące w cytoplazmie podstawowej - wszelkie procesy związane z metabolizmem pośrednim biosynteza białek (translacja) początkowy etap oddychania (glikoliza lub oksydacyjny szlak pentozofosforanowy) 16

17 Rybosomy u Eukariotów rybosomy 80S; (70S w mitochondriach i chloroplastach) białek duŝa podjednostka białek mała podjednostka Białka: strukturalne enzymatyczne Aktywność katalityczna: RNA Podjednostki rybosomu duŝa mała kompletny rybosom RNA -2/3masy białka - 1/3 Film_transl_1 Rybosomy-biosynteza białka miejsce wiązania mrna Miejsca wiązania t-rna A-site: akceptorowe (aminoacylo-trna) P-site peptydylowe (peptydylo trna) E-site: wyjścia (ang. exit) Filmy _rybosom_elong transl II Rybosom rrna rdzeń rybosomu (struktura) rybozymem - aktywność katalityczna (rrna 23S duŝej podjednostki miejsce katalityczne peptydylotransferazy) miejsce spotkania się wszystkich rodzajów RNA 17

18 Polirybosomy (polisomy) Film Film_polirybosom Synteza białek: 20sek kilka min wielokrotna inicjacja translacji CYTOSZKIELET Sieć włókienek białkowych; struktura wysoce dynamiczna Filamenty aktynowe Filamenty pośrednie Mikrotubule Fibroblast 18

19 CYTOSZKIELET CYTOSZKIELET 7nm 10nm 25nm 19