Proteosomy

Proteosomy – komplex enzymów proteolitycznych umożliwiający pozakomórkową degradacje
białek w cytozolu

Białka ulegające proteolizie w proteosomie:

−

wymagają aktywacji i napiętnowania ubikwityną

−

proces ich rozkładu zachodzi w wyspecjalizowanej nieobłonionej strukturze – proteosomie

Białka ulegające degradacji w lizosomach:

−

nie wymagają naznaczenia ubikwityną

−

trafiają do obłonionego przedziału – lizosomu drogą endocytozy

−

są hydrolizowane z udziałem kwaśnych proteaz rozpuszczonych w macierzy lizosomów

−

w lizosomach degradowane są również inne niż białka czasteczki

Dwa rodzaje proteosomów
a.) 20 S- nieaktywna podjednostka podstawowa
b.) 26 S- aktywny komplex enzymów degradujących białka skoniugowane z ubikwityną

Budowa proteosomu ( rysunek)

−

Proteosom- śmietnik magazynujący niepotrzebne białka

−

ma cząsteczkę wiążącą i wprowadzającą białka przeznaczone do degradacji zbudowane z kilku
podjednostek, rdzeń zbudowany jest przez proteazy ; diagramy wstążkowe

Głowne 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 ( może być przylączona w kilku miejscach do cząsteczek białka

przez wiązania kowalencyjne)

Lizosomy – końcowy szlak endocytarny stanowiący populacje obłonionych pęcherzyków
zawierających kwasne hydrolazy
-Obecność tych enzymów powoduje konieczność obłonienia lizosomów.
-W lizosomach zachodzą m.in. procesy degradacji białek, glikolipidów, sulfoglikolipidów, estrów
wysoko – i niskocząsteczkowych oraz oligosacharydów.
-Błony lizosomów muszą być zabezpieczone przed samostrawieniem dlatego ich powierzchnie są
glikolizowane.
-Białka lizosomów są produkowane przez ER , są oznaczane przy pomocy fosforylowanych reszt
mannozy
-Substraty mające ulec degradacji w lizosomach trafiają tam głównie na drodze endocytozy
klatrynozależnej
-Zdecydowaną większość enzymów hydrolitycznych stanowią białka rozpuszczalne obecne w
świetle lizosomów

Ważniejsze enzymy lizosomalne , nazwa enzymu – substrat :
a.) kwaśna fosfataza - estry fosforanowe
b.)Arylosulfataza B - estry siarczanowe
c.)A-galaktozydaza - glikolipidy
d.)B-galaktozydaza - gangliozydy
e.)Katepsyna L - białka

f.)B – glukoronidaza - mukopolisacharydy
g.)Heksaminidaza - glikozaminoglikan

Białka ulegają degradacji ponieważ:

−

jest to rodzaj regulacji ich aktywności biologicznej ; czas trwania, dostępność w komórce np.
białka budujące kości

−

są źle sfałdowane

−

ulegają odnowie

−

są źródłem aminokwasów dla nowo powstałych białek

Zaburzenia związane z lizosomami :

−

wynikające z braku enzymów ( lizosomopatie ) np. Mukolipidaza II, choroba Huntera

Mukolipidaza II- choroba dziedziczona, powstają proenzymy ale nie trafiają do lizosomów, brak
jest tu wielu enzymów lizosomalnych
Choroba Huntera – brak enzymu odpowiedzialnego za hydrolizę siarkowych-glikozo-
aminoglikanów, powstają niewłaściwe formy enzymów

−

spichrzowe – ch. Gauchera, Niemanna i Picka , Taycha i Sachsa, Fabry'ego, Wolmana,
Krabbego, Sandhoffa i Jatzkewitza , gangliozydaza GM1 , leukodystrofia metachromatyczna,
hipogranulomatoza Farbera , glikogenazy

ch.Gauchera- lipidoza autosomalna recesywna, w neuronach OUN
Niemanna i Picka- gromadzi się sfingomielina, zmiany widoczne są w komórkach żernych i
mózgu
Taya i Sachsa – brakuje enzymu heksaminidazy dochodzi do nagromadzenia gangliozydu GM2,
lipidoza autosomalna dominująca
Fabry'ego – podłoże dziedziczne, ostry przebieg u mężczyzn, brakuje ceramidotrójheksozydazy
gromadzi się ceramidotrójheksozyd szczególnie w miocytach i komórkach naczyń krwionośnych
Wolmana – niedobór kwaśnej lipazy odpowiedzialnej za degradację estrów cholesterolu ,
nagromadzenie trójglicerydów i estrów cholesterolu w różnych miejscach w komórce
Krabbego – leukodystrofia globoidowa, brak galaktocerebrozydazy , opoźnienie umysłowe ,
niedobór mieliny
Sandhoffa i Jatzkewitza – brak heksozoaminidazy A i B ,nagromadzenia gangliozydazy GM2
Gangliozydaza GM1 – niedorozwój umysłowy, hepatomegalia, zaburzenia wzrostu kości
Leukodystrofia – brak amylosulfatazy A, nagropmadzenie siarczanów, niedorozwój umysłowy
hipogranulomatoza Farbera – obrzęk stawów, brak kwaśnej ceramidazy nagromadzenie
ceramidu, hepatomegalia
Glikogenozy – nagromadzenie glikogenu w jądrach a także w lizosomach

−

gigantyczne lizosomy niezdolne do fagocytozy, zmiany przy adaptacji komórki jej ostre i
przewlekłe uszkodzenia ( choroba Hediaka i Higaschiego)
Zmiany przy adaptacji tworzenia wakuol przez lizosomy , może to spowodować nacisk na jądro
, przemieszczanie jądra, zmiany w komórce, jej ostre i przewlekłe uszkodzenia

Klasy zaburzeń związanych z lizosomami :
a.) Atrocytoza – powstawanie ciałek resztkowych, gromadzenie i zagęszczanie w
lizosomach substancji białkowych i lipidowych, przypominają cebulkę

b.) Autofagia – trawienie własnych struktur komórki, zjawisko patologiczne np. zamknięcie
przewodu Bottala
c.) Zanik pierwotny – brak energetyczny w komórce, nie powstają enzymy które
posiadają lizosomy pierwotne
d.) Zanik brunatny – gromadzenie w lizosomach wielonienasyconych (?) lipidów białek
oraz fospolipidów powstających z rozkładu cytoplazmy , wewnątrzkomórkowa martwica

b-oksydacja kwasów tłuszczowych:

-Produktem jest acetylo-coA
-W komórkach zwierzęcych dochodzi do skrócenia łańcuchów tłuszczowych do 8 atomów węgla
-Wiele hormonów zwierzęcych np. prostaglandyny zawiera części hydrofobowe w cząsteczce
zmienia aktywność poprzez skrócenie bocznych łańcuchów kwasów tłuszczowych, peryksosomy
regulują ich aktywność → moje ulubione zdanie :P

Peroksysomy – pierwotne utleniacze
-Pęcherzyki otoczone błoną pojedyńczą o średnicy 0,5 mikroM – 1,5 mikroM. Występują w :

−

komórki wątroby i nerek ssaków

−

w fotosyntetyzujących komórkach glonów i roślin lądowych

−

w tk. Spichrzowych kiełkujących nasion

−

występują nielicznie w większości komórek eukariotycznych jako frakcja mikrociał

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

Metabolizm związków azotu:
W metabolizmie związków azotowych są zaangażowane inne jeszcze enzymy peroksydazowe –
aminotransferazy przenoszące grupy aminowe z aminokwasów na alfa- ketokwasy. W ten sposób
peroksysomy biorą udział w biosyntezie i degradacji aminokwasów.

Metabolizowanie substancji niezwykłych np. D-amino kwasów albo ksenobiotyków ( alkany )
Oksydaza D-aminokwasowa jest być może dowodem na to , że peroksysomy są najstarszymi
endosymbiontami.

Urikaza- oksydaza moczanowa , przeprowadza w peroksysomach oksydację produktów przemiany
kwasów nukleinowych ( puruny) i niektórych białek.
W metaboliźmie związków azotu są zaangazowane jeszcze inne enzymy peroksydowe-
aminotransferazy.

Rola peroksysomu :

−

detoksykacja komórek przez utlenianie metabolitów i ksenobiotyków

−

rozkład nadtelnku wodoru ( katalaza, peroksydaza)

−

oksydacja średnio – i długołańcuchowa kwasów tłuszczowych do cząsteczek 8- węglowych,
dalsze etapy zachodzą w mitochondrium, enzymy : sytetaza acetylo co-A

Znaczenie :

−

biosynteza estrerolipidów, cholesterolu, produkcja kwasów żółciowych

−

Przemiana kwasu moczowego do alantoiny ( oksydaza moczanowa )

−

Metabolizm aminokwasów , szczególnie alaniny i glioksylanu pierwszego

Mikrociała - okreslono jako organelle komórkowe o średnicy 0,2 mikroM – 1 mikroM. , otoczone
pojedyńczą błoną białkowo – lipidową.

−

Wnętrze mikrociał wypełnia jed norodna macierz często zawierająca inkluzję krystalicznego
białka

−

Peroksysomy to główna frakcja mikrociał w której zachodzi rozkład nadtlenku wodoru skąd
pochodzi nazwa tych organelli

−

Katalaza a nie peroksydaza jest enzymem markerowym, katalaza 15 % udziału białkowego

−

Są one zaangażowane w procesu utleniania stąd ich główny system enzymów tworzą:
oksydoreduktazy flawinowe i katalaza.

−

Produktem ubocznym aktywności peroksysomów jest nadtlenek wodoru. Jego rozkład
zapewniea katalaza bądź peroksydaza.

METABOLIZM H202 :

DROGA ROZKŁADU KATALATYCZNEGO :

DROGA ROZKŁADU PEROKSYDAZY :

Powstający przez rozkład H2OS przez peroksydazę tlen zostaje wykorzystany do utlenienia np.
alkoholi, azotanów a energia nie jest magazynowana np. w postaci ATP lecz wydzielana jako ciepło.

Procesy patologiczne związane z zaburzeniami funkcji peroksysomów :

−

Chroba Zellwegera ( letalny zespół mózgowo-watrobowo- nerkowy)

−

ciężka kamica nerkowa

−

adrenotenhydystrofia

−

genetyczne zaburzenia biosyntezy peryksosomów

czyli,
Grupa 1 – dysfunkcje dziedziczne, zaburzenia biogenezy peryksosomów , nie prawidłowa ich
biosynteza, peryksosomy nie powstający
Grupa 2 – zaburzenia z dysfunkcją kilku enzymów, peroksysom powstaje , pozorny zespól
Zellwegera, punktowa dysplazja chrząstek , karłowatość rizomeliczna
Grupa 3 – defekt jednego enzymu , peroksysomy powstają, niedobór enzymu dwufunkcjowalnego
(?) , rzekomy zespół Zellwegera , akatalazemia
Hipotezy powstania peryksosomów :

−

Pączkowanie błon gładkiej ER

−

podział istniejących peroksysomów , bardziej prawdopodobna hipoteza , białka peroksysomów
są produkowane na polirybosomach cytozolowych i pakowane do mikrociała

Sekwencja SKL – tryliterowy sygnał targetu, zbudowana z 3 aminokwasów :

−

small uncharged – seryna, alanina, prolina

−

lipidlike – metionina, leucyna

−

kation charged – lizyna, arginina
S- mały nienaładowany
K- naładowany dodatnio
L-hydrofobowy

Pozbawienie sygnału SKL pozostawia białko peroksysomowe w cytozolu . Dołączenie do obcego
białka wprowadza je do peroksysomu ( uniersalizm SKL ) Uniwersalizm też dotyczy białek
pochodzących z innych organizmów. Jako przykład w peroksysomach jest lucyferaza( sprawdza czy
proces zakończył się sukcesem )

Ważniejsze enzymy

a.)oksydaza moczanowa

- katabolizm puryn

b.)oksydaza D-aminokwasowa

- utlenianie aminokwasów

c.)oksydaza acetylo-coA

-utlenianie kwasów tłuszczowych

d.)acylotransferaza karnityny -transport kw. Tłuszczowych
e.) reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-coA - synteza cholesterolu

Odkrywcą peroksysomów jest Christian de Duve, który wydzielił je z frakcji za pomocą Nitron
WR-1339 . Peroksysomy różnia się od lizosomów wrażliwością na inny detergent digitoninę – 10
razy więcej digitoniny trzeba aby wyzwolić katalazę niż kwaśną fosfatazę .
Gdy peroksysomu zawierają rdzeń łatwo je rozróżnić na zdjęciach TEM , gdy go nie ma stosuje się
test DAB.