Vnitrobuněčné oddíly Třídění a transport proteinů

1. Vnitrobuněčné oddíly Třídění a transport proteinů

2. Kompartmenty živočišné buňky

3. Kompartmenty živočišné buňky - TEM

4. Prokaryotickábuňka Eukaryotickábuňka

5. Typická rostlinná buňka Golgihoaparát centrální vakuola vesikul drsné ER ribosomy (na ER) mikrofilamenta ribosomy (volné) hladké ER mitochondrie DNA+nucleoplasma chloroplast jadérko jádro jaderná membrána plasmatická membrána mikrotubuly buněčná stěna

6. Rostlinná buňka Živočišná buňka

7. Funkce hlavních vnitrobuněčných oddílů • Jádro – obsahuje buněčný genom, syntéza DNA and RNA • Cytosol – syntéza proteinů, glykolýza, metabolické dráhy pro • syntézu aminokyselin, nukleotidů, etc • Endoplasmatické retikulum – syntéza membránových a sekrečních proteinů, syntéza většiny lipidů • Golgiho aparát – kovalentní modifikace proteinů z ER, třídění • proteinů a lipidů pro sekreci a transport do jiných částí buňky • Mitochondrie – syntéza ATP oxidační fosforylací • Chloroplasty – syntéza ATPa fixace uhlíku fotosyntézou • Lyzosomy – odbourávání látek uvnitř buňky • Endosomy – třídění materiálu z endocytózy a GA • Peroxisomy – oxidace toxických molekul, beta oxidace mastných • kyselin

8. Tři základní typy vnitrobuněčného transportu proteinů • Transport jaderným pórem • (Gated transport) • Transmembránový transport • Vesikulární transport

9. Mapa transportu proteinů Vznik a správná funkce vnitřních kompartmentůzcela závisí na přesném cílení proteinů.

10. Třídění proteinů – signální sekvence

11. Jednoduchý experiment dokazuje, že většina třídících signálů se skládá z krátkého úseku aminokyselinové sekvence nazývané “signální sekvence”.

12. GFP

13. Cytoplasmatický Jaderný

14. Actin-GFP PAX-GFP

15. Signální sekvence

16. Jaderný import a export • Jaderný obal se skládá ze dvou koncentrických lipidovýchdvouvrstev. • Perinukleární prostorje kontinuální s lumenem ER. • Přes komplex jaderného póru probíhá obousměrný transport.

18. Jaderný pór Komplex jaderného póru je vodní kanál, který umožňuje difuzi malých molekul a proteinů do 60kD. Transport těchto malých molekul je pasivní.

19. Molekuly větší než 9 nm nebo 60 kDa musí mítjaderný lokalizační signál (NLS) a jsou aktivně transportovány do jádra.

20. Transport velkých proteinů do jádra vyžaduje signální sekvenci nazývanoujaderný lokalizační signál(NLS). • NLS může být umístěn kdekoliv v primární sekvenci proteinu. • Obvykle je bohatý na arginin a lysina je poměrně krátký.

21. Mechanismus jaderného transportu

22. NLS směruje proteiny k transportupřes komplex jaderného póru.Proteiny si během transportu přes jaderný pór zachovávají svou terciální a kvarterní strukturu. Jsou-li částice koloidního zlata potaženy NLS, 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.

23. Protein Ran (monomerická GTPáza) je hnací silou transportu přes komplex jaderného póru Ran-GAPse nachází výhradně v cytoplasmě =Ran-GDPse hromadí vně jádra. Ran-GEFse nachází uvnitř jádra =Ran-GTPse hromadí uvnitř jádra. Ran: Monomerická GTPáza Ran-GAP: GTPázu-aktivující protein Ran-GEF: Guaninovývýměnný faktor

24. Receptory jaderného importu (Nuclear Import Receptors) rozpoznávají NLS.

25. Transport proteinů do mitochondrií a chloroplastů • Organely specializované na syntézu ATP. • Většina proteinů je kódovaná jaderným genomem a • syntetizovaná v cytoplasmě. • Proteiny musí býttransportovány do jednoho z kompartmentů • nebo membrán těchto organel.

26. Mitochondriální (chloroplastové) proteiny

27. Mitochondriální signální sekvence: amfipatický alpha-helix, pozitivně nabitý Proteinové transportéty mitochondriálních membrán

28. Import proteinů do mitochondriální matrix je řízen N-terminální signální sekvencí. • Signální sekvence na N-koncinaváže 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. • Proteinprochází 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.

29. Energetika mitochondriálního transportu:hydrolýza ATP aelektrochemický protonový gradient. • Hydrolýza ATP – chaperonové proteiny v cytoplasmě • Elektrochemický protonový gradient na vnitřnímitochondriální membráně • Hydrolýza ATP – chaperonové proteiny v mitochondriální matrix

30. Transport do chloroplastů je podobný transportu do mitochondrií.Vyjímka – tylakoidy (třetí membrána), potřeba druhé signální sekvence U chloroplastů je protonový gradient na tylakoidní membráně a podílí se zde na transportu do tylakoidů. Transport přes chloroplastovou vnitřní membránu (nemá elektrochemický gradient) využívá energii z hydrolýzy GTP a ATP.

31. Srovnání jaderného a mitochondriálního importu

32. Peroxisomyobsahují oxidativní enzymy, odbourávání toxických molekul, beta oxidace mastných kyselin, syntéza prekursoru myelinu, krátká signální sekvence

33. Endoplasmatické retikulum

34. drsné ER Drsné ER -ribosomy Lumen ER tvoří kontinuální prostor s perinukleárním prostorem. hladké ER

35. Funkceendoplasmatického retikula • Počátek nově syntetizovaných proteinů určených pro Golgi, Endosomy, Lyzosomy, Sekreční vesikuly a Plasmatickou membránu • Vytváří orientaciproteinů v membráně • Místo syntézy fosfolipidů a cholesterolu • Počáteční místo pro N-glykosylaci proteinů • Hromadění Ca++ - sarkoplasmatické retikulum ve svalech

36. Volné a vázané ribosomy

37. 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 translokaceprobíhá současně - ko-translační transport • Energie pro transport je získána zvlastního procesu translace – jak polypeptid roste, je protlačován přes proteinový translokátor

38. Signální sekvence (signální peptid) sekrečních proteinů je odštěpena signální peptidázou.

39. Translokace proteinů přes membránu ER

40. Transmembránový protein

41. Ko-translační transport musí být schopen vytvářet řadu různých konfigurací. For both single-pass and multipass transmembrane proteins, some types will have the N-terminus projecting into the cytosol and others will have the C-terminus projecting into the cytosol.

42. Membránové proteiny s více transmembránovými doménami

43. Things can get pretty complicated!

44. Membránové proteiny ukotvené přes glykolipidy - ER

45. N-glykosylace proteinů (N-linked glycosylation) Dolichol N-linked glycosylation. Glykosylace– signál pro rozlišení správně složených proteinů

46. Krevní skupiny ABO jsou určeny dvěmi glykosyltransferázami

47. Skládání proteinů v ER

48. Nesprávně složené proteiny jsou exportovány z ER do cytoplasmy a degradovány v proteasomu.

49. Fosfolipidy jsou syntetizovány na cytoplasmatické straně membrány ER

50. Fosfolipidové translokátory