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.