Везикулярный транспорт

Карагандинский государственный  медицинский университет

 

Выполнил: ст. 151 ОМФ

                      Полевая К.

Проверил: препод.

          Есильбаева Б.Т.

 

Караганда, 2010

 

На тему:

«Везикулярный транспорт»

 

Кафедра молекулярной  биологии 

и медицинской генетики

• Везикулярный транспорт
• Пути транспорта белка в клетке
• Сигнальные последовательности белков
• Транспорт в митохондрии и пластиды

Везикулярный транспорт. Перенос белков от одних органелл  к другим происходит с помощью  везикул. Везикулы отпочковываются  от мембран одной органеллы, а  затем исчезают, сливаясь с мембраной  другой органеллы. Белки переносятся  в полости пузырька или в  составе мембран подобно интегральным  белкам.

Синтез белка всегда  начинается в цитоплазме. Окончание  синтеза происходит в цитоплазме  либо на шероховатом эндоплазматическом  ретикулуме (ШЭР).

 

Пути транспорта белков  в клетке

1. Из цитоплазмы в  некоторые органеллы (ядро, пластиды,  митохондрии)

2. Большой путь везикулярного транспорта из ШЭР через аппарат Гольджи (АГ) к другим органеллам (лизосомы, пероксисомы) и через секреторные везикулы во внеклеточную среду. Поскольку синтез всех белков начинается в цитоплазме, а конечная локализация каждого белка может быть различна внутри полипептида имеется система сигналов определяющая его транспортный путь. Первичный сигнал определяет путь из цитоплазмы (в ШЭР, в ядро, в митохондрию или в пластиду), вторичный сигнал определяет дальнейшее направление, например, внешняя или внутренняя мембрана митохондрии или матрикс; лизосома, пероксисома или секреторная гранула.

Сигнальные последовательности  имеют длину 3-80 аминокислот узнаются  специфическими рецепторами на  мембранах различных компартментов  клетки.

Сигнальная последовательность  ЭР - гидрофобный участок 5-15 аминокислот  на N-конце полипептида.

Сигнал митохондриальных  белков 20-80 аминокислот состоящий  из спирали и торчащих концов - (+)-заряженного и гидрофобного. 5 (+)-заряженных аминокислот для  транспортировки в ядро. Пероксисомные  белки имеют последовательность  на С-конце Ser-Lys-Leu-COOH.

Имеется класс сигнальных  последовательностей которые не  позволяют белку достигшему определенной  локализации транспортироваться  дальше. Например, мотив Lys-Asp-Glu-Leu-COOH (KDEL) не позволяет белкам покидать  эндоплазматический ретикулум.

Одна из функций гладкого  ЭР - удержание кальция готового  для выпуска в цитозоль при  стимуляции клетки. Кальретикулин - белок удерживающий ионы кальция. Первые 17 аминокислот включают 14 гидрофобных (синие) - сигнальная последовательность  для проникновения в ЭР из  цитозоля. Последние четыре аминокислоты KDEL удерживают белок в ЭР.

• Несколько сигнальных последовательностей в одном полипептиде предназначенные для разных компартментов.

 

2. Одна сигнальная последовательность узнается различными рецепторами на поверхности компартментов.

 

• Сигнал может быть блокирован другим белком.

 

4.  Сигнал может быть блокирован специфическим сворачиванием белка.

 

5. Сигнал может быть блокирован после модификации полипептида. 

 

6. Одна РНК может иметь два сайта инициации трансляции при этом образуются два белка - один с сигнальной последовательностью, другой без нее, что определит различную локализацию белков в клетке. В другом случае может образовываться две различные РНК кодирующие два идентичных белка, но у одного будет сигнальная последовательность, а у другого нет.

Митохондрии и пластиды  имеют собственную ДНК и самостоятельно  синтезируют некоторые белки. Однако  многие из основных белков  митохондрий и пластид синтезируются  в цитозоле.

Белки проникающие в  митохондрии должны нести сигнал, определяющий локализацию - внутренняя или наружная мембрана, или матрикс.

Белки предназначенные для матрикса несут сигнал на N-конце, который узнается рецепторами на внешней мембране. Рецептор связан с комплексом переноса белка, который разворачивает белок и переносит его через мембрану. После переноса белка сигнальная последовательность отрезается и белок снова сворачивается.

Белки шапероны связываются  с вновь синтезированным белком  предотвращая его сворачивание.

Шаперонины связываются  с белком после его транспортировки  к месту доставки и способствуют  правильному сворачиванию.

В ответ на различные  стрессовые воздействия (например  повышение температуры) в клетке  синтезируются шапероны называемые  белками теплового шока - hsp (heat-shock proteins), которые стабилизируют клеточные  белки. Hsp обнаружены во всех клеточных  компартментах эукариот и у  бактерий.

Из одной органеллы  в другую перемещение происходит  в везикуле или на ее поверхности  в виде интегральных белков.

Донорый компартмент – органелла от которой отрывается мембрана в составе везикулы, акцепторный компартмент – принимает везикулу.

конститутивная секреция  – происходит постоянно и не  зависит от внешних сигналов.

 

Регулируемая секреция – под ПМ происходит накопление пузырьков, которые сливаются с ПМ при наличии внешних сигналов – гормоны, нервы – и повышении конц. Ca2+ до 1мкм

 

Ретроградный транспорт – возвращение рецепторных белков и липидов из АГ в Эр - восполнение мембраны ЭР.

Антероградный транспорт – растворимые грузовые белки двигаются по секреторному пути ЭР→ пузырек, цис-Гольджи, пузырек, транс-Гольджи, пузырек, органелла или секреция

 

Окаймленные везикулы - покрыты белками, кот узнают и концентрируют специфические мембранные белки и отделяют мембрану пузырька, формируют решетку и придают форму везикуле: клатриновые, COPI, COPII:

 

Клатриновые везикулы – ~0,1мкм, транспорт из АГ и ПМ, клатрин - 3типа, 3 большие и 3 малые субъединицы формирующие трискелетон – собирающиеся на поверхности мембраны со стороны цитоплазмы в пента- и гексагоны, которые спонтанно формируют сферу.

Адаптин – связывает клатрин с мембраной и ловит различные трансмембранные белки в том числе грузовые рецепторы, кот. захватывают растворимые грузовые белки, кот попадают внутрь везикулы. Имеется по крайней мере 4 типа адаптинов

 

Динамин - GTP-аза, растворимый цитоплазматический белок, образует кольцо на отделяющейся клатриновой везикуле – регулирует кол-во клатрина отщепляющееся вместе с м-ной в составе везикулы, ассоциирует другие белки помогающие выпучить м-ну и белки модификаторы липидов, изменяющие локально липидный состав м-ны для выпучивания

После отделения везикулы  от мембраны клатрин и адипин  отделяют шапероны - ATP-азы hsp70 семейства. Ауксилин – прикрепляется к  везикуле и активирует АТФазу. Т.к кайма формирующейся везикулы  сущ. дольше чем кайма отделенной  – имеется стабилизирующий механизм. Клатриновая оболочка обеспечивает  значительную силу для изгибания  м-ны, т.к. везикулы из внутриклеточных  компартментов образуются на  уже выпученной мембране

 

COP-I – транспорт от АГ и ЭР, 8субъединиц, GTP-белок – фактор рибозилирования АДФ –ARF – транспорт

 

COP-II – транспорт из АГ и ЭР, 5 субъединиц

Везикулы мембран не только сферические, часто образуются трубчатые везикулы в которых высокое соотношение S/V

Образование клатриновых и COP везикул регулируется GTP-связывающими белками, которые могут находится в активном GTP- и неактивном GDP-состоянии

Два класса белков обменивают GDP-GTP: GEF-гуанин-нуклеотид-фактор обмена активирует белки заменяя GDF/GTF, GAP- белок активирующий GTP-азы – инактивирует GTP-связывающие белки меняя GTP/GDP.

GTP-азы необходимые для  сборки окаймленных везикул перед  сборкой пузырьков: мономерные  GTP-связывающие белки (GTP-азы):

ARF-белки – необх для  клатриновой и COP сборки на  пов-ти м-ны АГ. Sar1 белок,  необходим для COPII сборки на  на ЭР мембране

тримерные (G белки).

GTP-азы находятся в цитозоле  в неактивном состоянии, перед  сборкой GEF встраивается в м-ну  ЭР и связывает цитозольный  SarI, кот обменивает GDF?GTP. В  GTP состоянии SarI встраивается  остатком жирной к-ты в м-ну  ЭР. Ассоциирует белки об-ки  и инициирует отпочковывание  везикулы. GTP-азы попавшие в  м-ну активируют фосфолипазу D,  кот преобразует фосфолипиды  в фосфотидную к-ту, что усиливает  связывание оболочных белков.  Вместе белок-белковые и белок-липидные  взаимодействия изгибают мембрану

SNARE – белки – отвечают за слияние донорной и акцепторной м-н, более 20, каждая на специфич пов-ти м-ны, трансмембранные белки на пов-ти везикулы - v-SNAR, на пов-ти донора – t-SNAR. Взаимодействуя v- и t-SNAR обвиваются др на друга в транс-SNAR-комплекс, обеспечивающий слияние мембран. SNF-белок разрушает транс-SNAR-комплексы – цитозольный шаперон ATP-аза, использует адаптирующие белки для связывания с комплексом-SNAR

Rab-белки – мономерные  GTP-азы, более 30, каждая органелла  имеет хотя бы один Rab на  м-не со стороны цитоплазмы,  регулируют стыковку везикул  и связывание v-SNAR-ов и t-SNAR-ов  необходимых для слияния м-н.  В состоянии GDP-не активны, нах  в цитозоле, в состоянии GTP-активны  и переходят на пов-ть м-ны  органеллы или везикулы. В активном  состоянии Rap связываются с  м-ной липидным якорем и собирают  другие белки участвующие в  слиянии м-н

неактивный Rab-GDP связан с GDI – GDP-диссоциирующий ингибитор. Rab-GDP связывается с GEF-гуанин нуклеотид  меняющий фактор, связанный с  м-ной донорного компартмента  – меняет GDP на GTP. Rab-GTP связывается  с м-ной формирующейся везикулы  и ассоциирует v-SNARE, которые в  составе везикулы транспортируются  к органелле и связываются  с Rab-эффекторами и t-SNARE, связанными  с м-ной акцепторного компартмента  и обеспечивают слияние м-н

белок органелла

Слияние мембран происходит не только при везикулярном транспорте: слияние спермия с яйцом, слияние миобластов во время развития мышечной клетки.

 

Образование клатринового  пузырька.

Диаметр клатринового пузырька ~0,3 мкм

клатриновая везикула

• http://www.cellbiol.ru/book/kletka/
• http://medbiol.ru
• http://humbio.ru
• Крауш, Л. Я. Везикулярный процесс // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

 

Список использованной литературы