Transport makrocząsteczek (białek)

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

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

Komórka eukariotyczna http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=plik:hela_cells_stained_with_hoechst_33258.jpg 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. 1-100 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

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

Budowa jądra komórkowego nukleoplazma (blaszka) Otoczka jądrowa kompleks porowy bł zew bł wew 20-40nm asymetria strukturalna i czynnościowa błon 10-100nm chromatyna lamina Kompleksy porowe przyłączone są do błon osłonki przez glikoproteiny (gp62, gp190, gp210) 5

Otoczka jądrowa pory jądrowe kompleksy porowe 10 nm 120-150nm kształt oktagonalny Liczba zaleŝy od typu komórki, fazy cyklu 3 tys 50 mln /jądro ; średnio 10-20 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

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

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

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

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

nukleosomy (DNA łącznikowy) 20-95 polinukleotydów H1- swoistość tkankowa Włókno chromatynowe 30 nm solenoid solenoid upakowanie DNA ok. 40x lewoskrętne zwinięcie nici nukleosomowej nić 30nm 11

Jądro komórkowe chromosom metafazowy upakowanie DNA: 10 000 50 000x Jądro komórkowe 12

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

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

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

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

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

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

CYTOSZKIELET CYTOSZKIELET 7nm 10nm 25nm 19