Sytosoli eli solulima. Inkluusiot. Sytosoli. Solunsisäiset rakenteet, kalvostot ja proteiinien lajittelu

Transkriptio

1 Sytosoli eli solulima Solunsisäiset rakenteet, kalvostot ja proteiinien lajittelu määritellään operatiivisesti ei sedimentoidu suurillakaan g-arvoilla 6-12x10 6 g EM: ei rakennetta ei ole verrattavissa esim. entsyymien laimeisiin vesiliuoksiin suuri osa vedestä makromolekyylien hydraatiovaipassa 2 vesifaasia: 1. vapaa 2. sitoutunut (suhteellisen järjestäytynyt rakenne) makromol. reaktiot edellyttävät % vesipitoisuutta Inkluusiot jyväsiä vapaana solulimassa, siis eivät kalvon ympäröimiä eivät kuulu solun varsinaiseen aineenvaihduntakoneistoon lipidipisarat glykogeeni pigmentit (melaniini, lipofuskiini) lipidipisara (rasvavakuoli) tuma solulima Intercellular space Plasma membrane Endopmic reticulum Golgi vesicles Sytosoli Secretory Nuclear Nucleus Mitochondrion vesicle membrane 1

2 Karkea endoplasmakalvosto Karkea endoplasmakalvosto (rer) ribosomeja kiinnittyneenä sytosolin puolella yl. levy- tai ontelomaista syntetisoi proteiineja molekyyli cisternaan kulkeutuvat ser:stä kuroutuvissa rakkuloissa karkeassa ER:ssä ribosomeja tunnistavia proteiineja ER:n rakenne muistuttaa plasmamembraanin rakennetta, suurimmat erot proteiinikoostumuksessa (eril. entsyymit) muut Solun kalvostojen osuus solukalvo karkea ER sileä ER Golgin laite mitokondrion ulkokalvo mitokondrion sisäkalvo tumakotelon sisäkalvo (ulkokalvo ER:ää) maksasolu % ,2 haimasolu % 5 60 < ,7 <0,5 rer... synty: rer ser Golgin laite solun jakautuessa myös ER jakautuu tytärsolujen kesken ER tärkeä osa solun kompartmentalisaatiot a! (solun jakamisessa eri osiin) Endoplasmakalvosto endoplasmic reticulum (ER) 10 % solun tilavuudesta ER:n rajaamissa onteloissa, putkissa ja rakkuloissa solun kaikista membraaneista n. 50 % on ER:ia Sileä endoplasmakalvosto (ser) ei ribosomeja, putkimaista lipidi- ja vierasainemetabolia lihas: pitkälle erikoistunut ns. sarkoplasminen kalvosto; rakkulat sitovat vapautuvan Ca 2+ lihassupistus Ribosomes Rough endoplasmic reticulum Smooth endoplasmic reticulum 2

3 Golgin laite 1 Secretory vesicles Golgista lähtevä kuljetusrakkula Maturing face Golgi 1898 (hopeasuolavärjäys) sileää kalvostoa: ser:n erilaistuma koostuu 6-30 litteästä cisternasta eli Golgikeosta (diktyosomi): kekoja eläinsolussa 1- muutama sata reunoilla n. 50 nm:n kalvorakkuloita ja n nm:n eritejyväsiä Golgin laite kookas erittävissä soluissa, varsinkin jos eriteproteiinit glykosyloituneet, esim. limaa erittävät solut Trans (lähettävä) puoli Cis ( vastaanottava ) puoli Forming face Transport vesicles Kisternoja Endoplasmakalvostosta tuleva kuljetusrakkula Golgin laite 2 ER ei makromolekyylien synteesiä; sen sijaan muokkausta sulfaatio fosforylaatio proteolyysiä (proteiinien pilkkomista) kalvo eroaa sekä plasmamembraa-nista että ER:sta lipidien suhteen kolesterolin määrä kasvaa cis trans - suunnassa endosomi Golgi apparatus Vesicle Proteiinit kulkeutuvat Golgin laitteen läpi. Entsyymit muokkaavat, lisäävät mm. hiilihydraattiosia. Proteiinit saavat näin osoitelapun, joka ohjaa kulkua solusta ulos tai estää sen joutumista kalvorakenteisiin. PLASMA MEMBRANE: Cytoplamic reticulum Extracellular surface Golgin laite 3 Lysosomit 1 myös entsyymit jakautuvat epäsymmetrisesti (esim. tiamiinipyrofosfataasi) Golgin laitteen tehtävä: pakkaa ER:n tuottamat proteiinit kuljetusta varten osa takaisin ER:ään muokkaus ja viimeistely transsivulla kuljetus solukalvolle, lysosomeihin, eritys Lysosomeja on vain eläinsoluissa, kaikissa nisäkässoluissa punasoluja lukuunottamatta lysis = hajoaminen, soma = kappale koko 0,5 5 µm, kalvon ympäröimä, pyöreä ph < 5 sisältö elektronitiheä, rakenteeton havaittiin vahingossa : fosfataasi aktiivisuus oli suurempi homogenaateissa, jotka tehty tislatussa vedessä kuin isotonisessa sokeriliuoksessa; kudosten säilytys lisäsi aktiivisuutta (de Duve) osmoottisesti hajoava; membraani läpäisee vain 200 Daltoniin asti 3

4 Plasma membrane Lysosomit 2 1. Phagocytosis Lysosomien entsyymit n. 60 hydrolaasientsyymiä katalysoivat peptidi-, glykosidi- ja esterisidosten hajoamista eli hydrolyysiä lysosomin entsyymit syntyvät ER:ssä cisternat Golgin laite (trans-sivu) Golgin laite tunnistaa lysosomien entsyymit hiilihydraattiosan perusteella 2. Endocytosis ER Bacterium Early endosome Phagosome Primary lysosome Late endosome Mitochondrion Primary lysosome Secondary lysosome Primary lysosome Autophagosome 3. Autophagy Lysosomit 3 Lysosomaalisia sairauksia Golgin laitteesta kuroutuu irti ns. primaarilysosomeja jotka 1. tyhjentyvät soluvälitilaan: tulehdusreaktiot, soluväliaineen muokkaus kasvun aikana 2. liittyvät eriterakkulaan: lysosomien entsyymit muokkaavat eritetuotteita (esim. ylim. hormonin hajotus) Tay-Sachs-tauti lysosomit turvonneita sis. runs. lipidimolekyylejä: gangliosideja (GM 2 ) gangliosidi = sfingosiinijohdannainen normaalisti gangliosidit kierrätetään ja hajoitetaan enstymaattisesti. T-S-taudissa GM2 kertyy hermosoluihin, tuhoaa solurakenteita, aiheuttaa solukuolemaa Lysosomit 4 Peroksisomit ja glyoksisomit 1 3. liittyvät fagosytoosin tai pinosytoosin kautta syntyneeseen ravinto - rakkulaan heterofagia 4. liittyvät ER-rakkulaan, joka ympäröi solun vanhenevia organelleja autofagia (ns. autofagosomi) jäännöskappale (residual body) solun vanheneminen toimivat kierrätyskeskuksina hajoitetaan viottuneita organelleja havaittiin 1960-luvulla EM:ssä ns. microbody havaittiin peroksideja syntetisoivien ja hajottavien entsyymien perusteella lysosomifraktiosta tiheysgradientilla erilleen lysosomeista ø 0,3 1,5 µm maksa, munuainen; jopa 1000/solu muissa soluissa mikroperoksisomi 0,15 0,25 µm 4

5 Peroksisomit ja glyoksisomit 2 Rakkulaliikenne sisältö voi olla kiteinen entsyymien suuri konsentraatio syntyvät ser:stä kuroutumalla sis. n. 40 erilaista entsyymiä kalvo läpäisevä myös suurille molekyyleille (vrt. lysosomi) ei hajoa osmoottisesti TARKEMMIN KASVITIETEEN OSUUDESSA Kuljetusrakkuloiden (vesikkeli) irtoaminen Golgin laitteesta Eksosytoosi Endosytoosi Virusinfektio Siittiön ja munasolun fuusio Pienten vakuolien yhtyminen (kasvisolu) Kahden solukalvon eroaminen solun jakautuessa Peroksisomi Kalvostojen liike siirtyvä kalvon osa palaa takaisin ts. membraanit eivät voi kiertää organelleissa kalvokierto kalvon liike eli membrane traffic viisi eri vaihetta Peroxisomes Endo- ja eksosytoosi Exocytosis Endosytyosis Proteiinien kohdentuminen solussa ja rakkulaliikenne Vesicle Proteiinien ja muiden makromolekyylien kuljetus solun sisällä, solusta ulos tai solun ulkopuolella perustuu solun kalvorakenteiden dynaamiseen toimintaan. Cytoplasm Environment 5

6 Endosytoositie ENDOSYTOOSITIE 1. Endosytoositie plasmamembraani endosomi Plasmamembraani Endosomi klatriini Klatriini sek. lysosomi lysosomi Golgi reseptosomi Sekundaarinen lysosomi Reseptosomi Golgi lysosomi Eksosytoositie 2. Transsellulaarinen kuljetus plasmamembraani endosytoosi-rakkula plasmamembraani = kuljetus solun läpi 3. Eksosytoositie Golgin laite plasmamembraani varsinkin erittävät solut Golgin laite EKSOSYTOOSITIE Plasmamembraani 4. Palautus plasmamembraanista takaisin Golgin laitteeseen mekanismia ei tunneta 5. Solunsis. biosynteesiin liittyvä kuljetus ER Golgi lysosomi peroksisomit yl. aina peitteiset rakkulat tunnistus esim. epiteelisoluissa eriterakkulat tunnistavat solun ulkopinnan membraanin rakkuloiden liike vaatii ATP:tä SOLUNSISÄISEEN BIOSYNTEESIIN LIITTYVÄ KULJETUS ER Golgi Peroksisomit Lysosomit 6

7 Endosytoosi makromolekyylien ja suurempien partikkeleiden kulkeutumista solun sisään solukalvosta kuroutuneista nm:n kokoisista rakkuloista Pinosytoosi ( solun juominen ) rakkulan sisältö liuosmuodossa esim. proteiiniliuos ameeba munuaisputken epiteeli proteiinit takaisin primaarivirtsasta hiussuonten endoteelisolut Food vacuole Nucleus Lysosome Endosytoosi 2 Fagosytoosi ( solun syöminen ) tärkein ravinnonottotapa prokaryooteilla puolustusmekanismi selkärankaisilla: esim. veren valkosolut fagosytoivat bakteereita endosytoosin edellytyksenä on, että molekyyli tai partikkeli tarttuu solukalvolla olevaan reseptoriin, joka tunnistaa partikkelin Food vacuole and lysosome membranes fuse, and digestion begins Food particle Ameba Absorption of small molecules 7

8 Reseptorivälitteinen endosytoosi Kolesterolin ja (low density) LDLlipoproteiinin sisäänotto klatriini päällystää rakkulan Endosytoosi 3 Eksosytoosi tunnistaminen voi edellyttää vastaaineiden kiinnittymistä mikrobin koteloon ns. opsonisaatio endosytoosi endosytoosirakkula voi olla peitteetön tai peitteinen peitteisen rakkulan synty: ligandi + reseptori solukalvon kuopakkeessa klatriini muod. sukaverhon (yhteydessä solun tukirankaan) peitteinen rakkula solun sisään solun tuotteiden kuljetus soluvälitilaan eritteet (umpi- ja avoeritteiset rauhaset) välittäjäaineet entsyymit jätteet (esim. alkueläimillä) endo- ja eksosytoosi kalvoston kierto Fagosytoosi Solukalvon pinnalla oleva spesifinen proteiini autta mikroorganismin fagosytoinnissa Valkosolun pinnalla oleva FC-reseptori tunnistaa vieraan viruksen 8

9 Solujenväliset kanavat SNARE-hypoteesi Channel between cells Solusta ulos (eksosytoosi) ja solun sisälle (endosytoosi) kalvofuusion on tapahduttava oikeaan aikaan. Vasteena valikoivaan viestiin proteiinien, hormonien ja hermoimpulssin välittäjäaineiden eksosytoosiin Eksosytoosissa SNARE-proteiinit, rakkulan sytoplasman puolella oleva v-snare ja kohdekalvon puolella oleva t-snare ohjaavat fuusiotapahtumaa SNARE Virusinfektio 1. v- ja t-snare kohtaavat 2. Rab-GTPaasi sitoutuu rakkulaan GTP hydrolysoituu 3. v- ja t-snare lukkiutuvat 4. NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) ja SNAP (synaptosome associated protein) liittyvät mukaan 5. t- ja v-snare irtoavat 6. vastaanottavan kalvon fuusio 7. ATP-hydrolyysi HIV Virus kiinnittyy solukalvon CCRS-resptoriin (CD4) Fuusioituminen 1 Uncoating, kapseli avautuu, viruksen geenit ja entsyymit vapautuvat solulimaan Käänteistranskriptio, HIV reverse transkriptaasi kopioi viruksen RNA:n DNA:lle Genomin integraatio, viruksen integraasi siirtää viruksen DNA:n tuman DNA:lle Genomin replikaatio, solu käyttää viruksen DNA:ta templaattina Proteiinisynteesi (viruksen prot.) viruksen proteiinit solusta ulos 9

10 Signaalijakso ohjaa ER sisällä Tyypin II solukalvoproteiinit proteiinien hydrofobiset aminohapot sisältävät jakson, jota sanotaan signaalijaksoksi (signal sequence) (Günther Blobel 1999 lääketieteen Nobel) Signaalijakso on us. prot. N-päässä Proteiinissynteesin ollessa kesken kiinnittyy ribosomista ulos signaalijakson tunnistusproteiini SRP (signal seuquence recognition protein) SRP kiinnittyy ER:oon ER:n sisällä signaalijakso leikkautuu pois muod. proteiinista C-pää solun ulkopuolella N-pää muodostaa solunsisäisen osan Proteiini asettuu syntyessään vastaavaan asentoon Proteiinisynteesissä aina N-pää syntyy ensin Kalvon läpäisevä domeeni toimii signaalijaksona jää kalvon sisälle Tyypin I solukalvoproteiinit Tyypin II solukalvoproteiinin synteesi Tyypin I solukalvoproteiinit ankkuroituvat lipidikalvoon kalvon läpäisevän, yl. C- terminaalisen kalvodomeenin avulla kalvodomeeni työntyy kanavaan kanava purkautuu a) Kalvoprot. C-pää solun ulkop. b) Uusi prot. syntyy aina N-pää edellä. Signaalijakso syntyy keskelle proteiinia. Tunnistusprot. (1) kiinnittää syntyvän prot. ER:oon ulkopinnalla olevaan kanavaproteiiniin. c) Uusi prot. työntyy kalvoston sisälle niin, että N-pää jää sytoplasman puolelle, signaalijakso kanavan sisälle. d) Kanavan purkauduttua signaalijakso alkaa toimia solukalvon läpäisevänä domeenina. 2 = tunnistusproteiinin reseptori Tyypin I solukalvoproteiinin synteesi Sokerin liittäminen proteiiniin dolikolin avulla a) Kalvoprot. läpäisee solukalvon kerran. N-pää solun ulkop. b) Translaatiossa syntyy signaalijakso, johon tunnistusprot. kiinnittyy (1). Liittää ER ulkop. olevaan kanavaan c) Syntyvä prot. työntyy kanavan läpi ER:n sisälle N-pää edellä. Signaalijakso irtoaa d) Solukalvon läpäisevä domeeni irrottaa proteiinin kanavasta ja kiinnittää sen kalvoon. 2 = tunnistusproteiinin reseptori Dolikoli on rasvaliukoinen lipidi Kokoaa sokerin ja luovuttaa sen proteiinille pp-ketju työntyy ER:oon, siihen liittyy mannoosia sisältäviä oligosakkarideja (+UDP) oligos. kiinnittyy kalvon sisäpinnalla olevaan dolikoliin Muokkaus Golgin laitteessa Solunkalvon glykoproteiinit Solukalvon sokeriosilla monia tehtäviä, mm. veriryhmäantigeenit tai solu-solu vuorovaikutukset 10

11 Dolikoli ja glykoproteiinin synteesi Kaperoniproteiineja BiP (engl. immunoglobulin heavy chain binding protein) eli Grp78 (glucose-responsive protein) kuuluu HSP70-perheeseen (heat shock protein) HSP-synteesi vaste ympäristön stressiin - stressi: lämpö, UV-säteily, vieraat kemikaalit - pitkittävät solukuolemaa stressitilanteissa Proteiinin rakenne sisältää osoitelappuja Lämpöshokkiproteiiniperheet Mannoosi-6-fosfaattia sisältävän proteiinin kulkeutuminen lysosomiin HSP100 - proteiinikeräytymien purku HSP90 - solun viestinsiiroproteiinien konformaation säätely HSP70 - stabiloivat proteiinien hydrofobisia alueita HSP60 - proteiinien laskostuminen HSP40 - sitoutuvat laskostumattomiin proteiineihin, avustavat HSP70 Pienet HSP:t - estävät proteiinien aggregoitumista Solun stressiproteiinit kaperoni (engl. chaperone), avustajaproteiini proteiinin oikea laskostuminen kaperonit avaustavat proteiinien koostamista alayksiköistään T-lymfosyyttien pinnalla olevat T- solureseptorit (alayksiköt: α,β,γ,δ,ε,ζ) 11