16.03.2009, Ćwiczenia nr 4., - Proteosomy, Peroksysomy, Lizosomy.

Proteosomy.

–

kompleks enzymów proteolitycznych umożliwiających pozalizosomową degradację białek
w cytozolu

–

struktury nieobłonione

–

biorą udział w destrukcji białek

–

złożone z 4 pierścieni, z których każdy zbudowany jest z 6 kompleksów białkowych

–

białka te tworzą formę kanału wzmocnionego od zewnątrz kwasami nukleinowymi ( w
postaci nieaktywnej 20 S) aby zaaktywować musza przyłączyć się czynniki CF1 i CF2 –
zwiększa się wtedy stała sedymentacji do 26 S

–

sygnałem do działania tych struktur są białka z ubikwityną(4,5):regulatorowe, uszkodzone
itp.

–

zachodzi tzw. ubikwitynizacja białek przeznaczonych do rozłożenia, jest w nich sygnał do
destrukcji – 10 aminokwasów, tam przyłącza się białko rozpoznające a ono powoduje
przyłączenie się ligazy ubikwitynowej i przyłącza się ubikwityna. Jedna jej jednostka
powoduje przyłączenie następnych do 4,5 i takie białko jest rozpoznawalne przez
proteasomy

Dwa rodzaje proteosomów.

–

20S – nieaktywna jednostka podstawowa

–

26S – aktywny kompleks enzymów degenerujących białka zkonigowanych z ubikwityną

Główne etapy proteolizy ubikwitynozależnej.

1) aktywacja ubikwityny z udziałem ATP
2) transestryfikacja – napiętnowanie ubikwityną białka przeznaczonego do degradacji
3) selekcja substratów białkowych skierowanych na drogę proteolizy
4) proteoliza zależna od ATP
5) uwolnienie ubikwityny

Lizosomy.

–

Końcowy szlak endocytarny stanowiący populację obłonionych pęcherzyków zawierające
kwaśne hydrolazy.

–

Pęcherzyki zawierające enzymy rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i
tłuszcze.

–

Łącznie w lizosomach jest obecnych ok. 40 różnych hydrolaz.

–

Obecność tych enzymów stwarza konieczność obłonienia lizosomów.

–

W lizosomie zachodzi nie tylko proces trawienia komórkowego wchłoniętych pokarmów,
ale także rozkład niepotrzebnych już cząsteczek.

–

W lizosomach zachodzą procesy degradacji między innymi białek glikolipidów i
sulfoglikolipidów oraz estrów wysokocząsteczkowych i estrów nieskocząsteczkowych.

–

Substraty mające ulec degradacji w lizosomach, trafiają tam głównie na drodze endocytozy
klatrynozależnej.

–

Zdecydowana większość enzymów hydrolitycznych stanowią białka rozpuszczalne obecne
w świetle lizosomów.

Białka ulegające proteolizie w lizosomach.

–

wymagają aktywacji i napietnowania ubikwityną

–

proces ich rozkładu zachodzi w wyspecjalizowanej, niebłonowej strukturze – proteosomie

Białka ulegające degradacji w lizosomach.

–

nie wymagają naznaczenia ubikwityną

–

trafiają do obłonionego przedziału – lizosom, drogą endocytozy

–

są hydrolizowane z udziałem kwaśnych proteaz rozpuszczonych w macierzy lizosomów

–

w lizosomoach degradowane są też inne niż białka cząsteczki

Transcytoza.
Pęcherzyki przechodzą z jednej strony błony na drugą. Zjawisko transportowania danej substancji z
jednego bieguna komórki na drugi poprzez cytoplazmę. Z reguły substancja jest pobierana przy
udziale receptora na jednym biegunie i transportowana w pęcherzykach
wewnątrzcytoplazmatycznych. Po dotarciu pęcherzyka na drugi biegun komórki, błona pęcherzyka
zlewa się z błoną komórkową, a substancja uwalnia się do otoczenia. Przykładem może być
transport immunoglobulin A przez komórki nabłonkowe jelita.

Ważniejsze enzymy lizosomalne.

Nazwa enzymu

Substrat

Kwaśna fosfataza
Arylosulfataza

β

α

- Galaktozydyna

β

- Galaktozydyna

Katepsyna L

β

- Glukuronidaza

Heksaminidaza

Estry fosforanowe
Estry siarczanowe
Glikolipidy
Gangliozydy
Białka
Mukopolisacharydy
Glikozoaminoglikan

Proteoliza lizosomowa jest mniej selektywna niż cytozolowa.

Białka ulegają degradacji ponieważ.

–

jest to radzaj regulacji ich aktywności biologicznej

–

ulegają odnowie

–

są źródłem aminokwasów dla nowopowstających białek

Zaburzenia związane z lizosomami.

–

wynikające z braku enzymu (lizosomopatie)

–

mukolipidoza II; brak enzymu odpowiadającego za fosforylację mannozy

–

choroba Huntera (mukopolisacharydoza typu II (MPS II))

–

MPS I (zespół Hurler) - niedobór α-L-iduronizazy

–

MPS II (choroba Huntera) - niedobór sulfatazy iduronianu

–

MPS III (choroba Sanfilippo) - sulfataza-N-heparanu

–

spichrzenie – zaburzenie trawienia lizosomu

–

choroba Gauchera – AD; brak glukcerebrazy w komórkach żernych

–

kumulacja ceramidoglikozydów

–

choroba Niemanna – brak sfingomielidazy i gromadzenie sfingomieliny

–

choroba Taya i Sachsa – brak heksaaminidazy i gromadzenie gangliozyny GM2

–

choroba Fabry'ego – ciężko u mężczyzn; brak ceramido-3-heksodynazy

–

choroba Wolmana – brak kwaśnej lipazy i gromadzenie estrów glicerolu

–

choroba Sapchoffa i Jatzkewitza – tak jak u Taya i Sachsa, gangliozydaza GM1 →
niedorozwój umysłowy, zaburzenia kosci

–

lipogranolomatoza Farbera – gromadzenie cerkulazy

–

leukodystrofie metachromatyczna – metachromazja nerwów

–

glikogenoza

–

glikogenetyczne lizosomy – zmiany przy adaptacji komórek, jej ostre i przewlekłe
uszkodzenia

Gromadzenie wewnątrzkomórkowe prowadzi do przewlekłych uszkodzeń komórkowych.

–

astrocytoza – powstają ciałka resztkowe – w lizosomach zagęszczenie substancji
białkowych

–

autofagia – trawinie własnych struktur komórki; w warunkach fizjologicznych – zanik
gruczołu po laktacji

–

zanik pierwotny – brak energii w komórce – nie ma enzymów glikolitycznych

–

zanik brunatny – w lizosomach gromadzenie się lipidów, białek, fosfolipidów z rozkładu
cytoplazmy (przejaw wewnątrzkomórkowej martwicy)

Peroksysomy (mikrociałka).

–

organella komórkowa o średnicy 0,2 – 1 mikrometra

–

otoczone pojedynczą bloną białkowo-lipidową

–

wnętrze wypełnia jednorodna macierz

–

często zawierają inuluzje(?) krystalicznego białka

–

peroksysomy to głównie frakcja mikrociał, w której zachodzi rozkład H

2

O

2

; stąd pochodzi

nazwa tych organelli

–

zaangazowane w procesy utleniania, stąd ich główny system enzymów tworzą
ksydoreduktazy flawinowe i katalaza

–

produktem ubocznym aktywności peroksydazy jest toksyczny H

2

O

2

–

Jego rozkład (H

2

O

2

) zapewnia katalaza bądź peroksydaza

Rola peroksysomów.

–

detoksykacja komórek przez utlenianie metabolitów i ksenobiotyków

–

rozkład nadtlenku wodoru

–

oksydacja średniołańcuchowych i długołancuchowych kwsaów tłuszczowych do cząsteczek
8-węglowych (dalsze etapy zachodzą w mitochondriach)

–

biosynteza estrolipidów, chlesterolu

–

produkcja kwasów żólciowych

–

przemiana kwasu moczowego do alantoiny (oksydaza moczanowa)

–

metabolizm aminokwasów (alantoinian, gloksinian pierwszy)

Peroksysomy – pierwotne utleniacze:

–

pęcherzyki o średnicy 0,5-1,5 mikrometra otoczone pojedynczą błoną

–

występują w komórkach wątroby i nerek u ssaków, w fotosyntetyzujących komórkach
roślinnych; wystęopują nielicznie w większości komórek

Wnętrze peroksysomu wypełnia elektronowo-gęsta ziarnista macierz, której rdzeń zwany jest
nukleoidem. Strukturę tę stanowi krystaliczna postać oksydazy moczanowej (urykazy)

Organellum komórki eukariotycznej o średnicy 0,2-1,8 μm, otoczone jedną błoną, o kształcie
owalnym bądź sferycznym. W komórce roślinnej peroksysomy znajdują się w bezpośrednim
kontakcie z chloroplastami i mitochondriami i stykają się z powierzchniami ich błon.
U zwierząt występuje tylko jeden typ peroksysomu – zawierający enzym katalazę – uczestniczący
w procesie neutralizacji szkodliwego nadtlenku wodoru.

Metabolizm H

2

O.

RH

2

+ O

2

→

oksydacja, elektrony

R + H

2

O

2

Droga rozkład katalitycznego:
2H

2

O

2

→

katalaza

O

2

+ H

2

O

Droga rozkład peroksydacyjnego:
RH

2

+ H

2

O

2

→

elektrony

R + H

2

O

2

Powstający w wyniku rozkładu H

2

O

2

przez peroksydaza tlen zostaje wykorzystany do utlenienia np.

alkoholi, azotanów, a energia powstała ulega rozproszeniu w postaci ciepła powstaje ATP.

β

- oksydacja kwasów tłuszczowych

–

przebiega w komórkach roślin, grzybów i zwierząt

–

produktem jest acetylo – Co A

–

w komórkach zwierzęcych proces ten zachodzi też w mitochondriach

–

w komórkach zwierzęcych 25% do 50% rozkładu kwasów tłuszczowych zachodzi w
peroksysomach

–

dotyczy to kwasów tłuszczowych o długości łańcucha większej od 16 węgli

–

kwasy o dłuższych łańcuchach (16-20 czy 24-26 węgli) również są rozkładane w
peroksysomach

Metabolizm związków azotu.
Urikaza – oksydaza moczanowa przeprowadza w peroksysomach oksydację produktów przemiany
kwasów nukleinowych (puryny) i niektórych białek.

W metabolizmie związków azotowych są też inne enzymy peroksysomowe – aminotransferazy –
przenoszące grupy aminowe z aminokwasów na  - ketokwasy. Peroksydazy biorą udział w
biosyntezie i degradacji aminokwasów.

W metabolizmie związków niezwykłych np. D-aminokwasów albo ksenobiotyków (alkany).
Oksydaza D-aminokwasowa jest być może dowodem, że peroksysomy są najstarszymi
endosymbiontami.

Procesy patologiczne związane z zaburzeniami funkcji peroksysomów (peroksysomopatie):

–

choroba Zellwegera (letalny zespół mózgowo-wątrobowo-nerkowy; zadka choroba
metaboliczna spowodowana zaburzeniem funkcji peroksysomów co powoduje gromadzenie
się w mózgu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych o długości łańcucha C

26

-C

38

)

–

ciężka kamica nerkowa

–

adrenoleukodystrofia (choroba Siemerlinga-Creutzfeldta; Jest związana z zaburzoną
peroksysomalną beta-oksydacją kwasów tłuszczowych o bardzo długich łańcuchach co
prowadzi do nagromadzenia ich w różnych narządach)

Dysfunkcje dziedziczne = genetyczne:

–

zaburzenia związane z nieprawidłową biosyntezą peroksysomów, które nie powstają np.
kwasica hiperpi(?)tolowa

–

choroba Zellwegera

–

zaburzenia z dysfunkcją kilku enzymów – pozorny zespół Zellwegera, punktowa dysplazja
chrząstek, karłowatość lizomielicznna

–

defekt jednego enzymu – niedobór enzymu dwufunkcjonalnego, rzekomy zespól

Zellwegera, katalaremia

Hipotezy powstawania peroksysomów.

1) „pączkowanie: błony gładkiej ER
2) podział już istniejących peroksysomów

Najbardziej prawdopodobna jest hipoteza druga, bo białka peroksysomów są syntetyzowane na
polisomach cytosolowych i importowane do już powstałych mikrociał.

Transport białek.

–

Białka są dostarczane potranslacyjnie.

–

Ich transport odbywa się z zużyciem ATP.

–

Muszą być wyposażone w trzyliterowy sygnał targetu - sekwencja SKL.

–

Jest ona zbudowana z 3 aminokwasów: small uncharged – seryna, prolina, alanina; kation
charged – lizyna

Pozbawienie sygnału SKL pozostawia białko perosysomowe w cytozolu. Dołączenie do obcego
bialka – wprowadza je do peroksysomu (uniwersalizm SKL). Uniwersalizm dotyczy białek
pochodzących z innych organizmów. Jako przykład może służyć zlokalizowana w peroksysomach
lucyferaza. Jest ona do nich transportowana w komórkach świetlików i transgenicznych roślin
(tytoń).

Ważniejsze enzymy peroksysomów zwierzęcych.

Enzym

Proces

Oksydaza moczanowa
Oksydaza D-aminokwasów
Acetylo CoA
Acetylotransferaza karnityny
Reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutaryulo-CoA

Katabolizm puryn
Utlenianie aminokwasów
Utlenianie kwasów tłuszczowych
Transport kwasów tłuszczowych
Synteza cholesterolu

________________________________________________________________________________
Odkrywcą peroksysomów jest Christian de Duve.

Peroksysomy różnią się od lizosomów wrażliwością na inny detergent - digitoninę – 10 razy więcej
digitoniny trzeba aby wyzwolić katalazę niż kwasnę fosfatazę. Gdyby były zlokalizowane w tych
samych pęcherzykach – wyzwalałoby je to samo stężenie digitoniny.

Gdy zawierają rdzeń krystaliczny – łatwo je odróżnić na zdjęciach TEM. Gdy go nie ma stosuje się
test DAB (reakcja z diaminobenzydyną).

W reakcji DAB po utlenieniu diaminobenzydyny przez katalazę powstaje polimer łączący się z
czterotlenkiem osmu.