Solunsisäiset rakenteet, kalvostot ja proteiinien lajittelu (Chapter 12 Alberts et al.) Figure 12-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Sytosoli eli solulima Sytosoli 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 70-80 % vesipitoisuutta
Inkluusiot Intercellular space Plasma membrane Endopmic reticulum Golgi vesicles jyväsiä vapaana solulimassa, siis eivät kalvon ympäröimiä eivät kuulu solun varsinaiseen aineenvaihduntakoneistoon lipidipisarat glykogeeni pigmentit (melaniini, lipofuskiini) lipidipisara (rasvavakuoli) tuma solulima Secretory vesicle Nuclear membrane Nucleus Mitochondrion Table 12-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
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 Table 12-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 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) Figure 12-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
rer... Soluorganellien evoluutio hypoteettinen malli synty: rer ser Golgin laite solun jakautuessa myös ER jakautuu tytärsolujen kesken ER tärkeä osa solun kompartmentalisaatiota! (solun jakamisessa eri osiin) Figure 12-4a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Mitokondrioiden evoluutio hypoteettinen malli Kalvostojen topologiset vuorovaikutukset soluerityksessä Figure 12-4b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Proteiiniliikenteen tiekartta Rakkuloiden (vesikkelien) muodostumisen ja kuljetuksen periaate Figure 12-6 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Useimmat organellit eivät voi rakentua uudelleen (De Novo) itsestään. Tarvitsevat informaation organelliin. Solujen jakautumisessa myös organellien määrä kahdentuu Uusia molekyylejä liitetään organelleihin laajeneminen jakautuminen vieminen tytärsoluihin Tarvitaan prot. N-terminaalinen signaalisekvenssi Signaalipeptidaasi katkaisee valmiista proteiinista signaalisekvenssin Voidaan saada myös kertautuneesta ahsekvenssistä 3D atomijärjestys proteiinin pinnalla (a signal patch) Table 12-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Molekyylien liike tuman ja sytosolin välillä Kaksisuuntainen liike jatkuvasti vain sytosolin ja tuman välillä. Monet tumassa toimivat proteiinit (histonit, DNA ja RNA polymeraasit, geenien säätelijäproteiinit, RNA:n prosessointiin osallistuvat proteiinit) kuljetetaan tumaan selektiivisesti sytosolista, jossa ne on syntetisoitu. trna:t ja mrna:t samaan aikaan tumassa ja kuljetetaan sytosoliin Import ja export prosessit ovat selektiivisiä mrna modifioidaan ensin tumassa valmiiksi Ribosomaaliset proteiinit valmistetaan sytosolissa ja kuljetetaan tumaan, käsitellään ja viedään rrna:n kanssa, pakataan partikkeleihin. Partikkelit eksportoidaan sytosoliin ribosomeihin Page 704 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Tumakotelo Tumahuokoskompleksit rei ittävät tumakotelon NPC = nuclear pore complex NPC = 125x10 6 D, koostuu n. 30 NPCproteiinista = nucleoporins Nukleoporiinit järjestäytyneet oktagonali symmetrian mukaisesti Nisäkässoluissa 3000-4000 NPC:tä NPC:llä valtava kuljetuskapasiteetti Jokainen NPC voi kuljettaa 500 makromolekyyliä sekunnissa molempiin suuntiin samanaikaisesti Figure 12-8 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
NPC:t tumakotelossa Jokaisella NPC:llä yksi tai useampia vesireittejä, joiden läpi pienet vesiliukoiset molekyylit pääsevät diffundoitumalla Pienet <5000 D nopea diffuusio Suuret proteiinit hitaasti passiivisen diffuusion avulla Suuret > 60 000 D eivät diffuusion avulla Diffuusio riippuvainen NPC:n rakenteesta Miten suuret molekyylit, esim. valmiit ribosomit, DNA- ja RNA-polymeraasit 100 000 200 000 D kuljetetaan läpi? Sitoutuvat reseptoriproteiineihin ja kuljetaan aktiivisesti NPC:n läpi? Figure 12-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kuljetus tumahuokosen läpi Partikkelit 39 nm saakka kulkeutuvat läpi NPC The function of nuclear localization signal (NLS) Immunofluoresenssi mikrografi SV40 viruksen T-antigeeni, joka sisältää NLS:n paikantamissignaalin. Figure 12-10 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-11 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Aktiivinen kuljetus NPC:n läpi Tumakotelon läpi kuljettavat reseptorit Figure 12-12 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-13 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kuljetus tumasta ulkopuolelle Valikoiva kuljetus Uudet ribosomaaliset alayksiköt RNA molekyylit Tarvitaan signaaliyksikkö kuljetettavassa makromolekyylissä ja komplementaarinen signaaliyksikkö kuljettavassa reseptorissa rahdin (cargo) viemiseksi tuman ulkopuolelle sytosoliin Ran GTPaasi suuntaa kuljetuksen NPC:n läpi Energia GTP:ltä hydrolyysin avulla Ran löytyy sytosolista ja tumasta Kaksi Ran-spesifistä säätelijäproteiinia triggaa konversion GTPaasia aktivoiva proteiini, GAP käynnistää GTP:n hydrolyysin Tuman guanine exchange factor, GEF käynnistää GDP:n GTP:ksi
Kuljetusmalli NPC:n läpi GTPaasi activated protein Guanine exchange factor Shuttling proteins Figure 12-14 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-15 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kuljettajareseptorin rakenne Lastaaminen ja purku Figure 12-16a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-16b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Tumaan kuljetuksen kontrolloiminen T- solun aktivaation aikana (vieras antigeeni) Vieras antigeeni intrasellulaarinen Ca Tumakotelon hajoaminen ja uudelleen muodostuminen mitoosin aikana Nuclear factor activated T-cell = geenin säätelijäproteiini Immunosupressiiviset rohdot cyclosporiinia ja FK506) inhiboivat calcineuriinin defosforyloinin ja NF-AT ja T-solun aktivaation Figure 12-18 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-20 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Proteiinien kuljettaminen mitokondrioihin Figure 12-21 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Sytokromioksidaasin signaalisekvenssi Translokaatiota välittävät proteiinit Pun = posit. varautunut osa Kel = nonpolaarinen Sin = varautumaton -helix Figure 12-22 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Alkoholidehydrogenaasi, mitokondrion matriksin ents. Liukoisille proteiineille ADP, ATP, fosfaatti Figure 12-23 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Kalvoproteiineille, jotka syntetisoidaan mitokondriossa Mitokondrion proteiinien sisäänkuljetus Energian merkitys proteiinien kuljetuksessa mitokondrion matriksiin Figure 12-25 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 12-26 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Mitokondrion Heat Shock proteiinit Poriinien integraatio ulkokalvolla HSP70 part of a multisubunit protein assembly Sitoutuu TIM23 kompleksiin Toimii moottorina, joka vetää prekursoriproteiinin matriksiin HSP70:lla suuri affiniteetti laskostumattomaan polypeptidiketjuun Monet sisään kuljetettavat matriksin proteiinit kuljetetaan muiden chaperonien avulla esim. HSP60, auttaa laskostumattoman proteiinin laskostumaan, energia ATP-hydrolyysistä Figure 12-27 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Proteiinien kuljetus sytosolista mitokondrion sisäkalvolle Solun stressiproteiinit kaperoni (engl. chaperone), avustajaproteiini proteiinin oikea laskostuminen kaperonit avaustavat proteiinien koostamista alayksiköistään T-lymfosyyttien pinnalla olevat T- solureseptorit (alayksiköt:,,,,, ) Figure 12-28 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
Kaperoniproteiineja Lämpöshokkiproteiiniperheet 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 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