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 i peptydów

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,
oligosacharydów, kwasów nukleinowych.
–

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 ulegają

ce proteolizie w proteosomie.

–

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 lizosomu, 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

a - Galaktozydyna
 - Galaktozydyna
Katepsyna L
 - 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

–

są źle sfałdowane

–

ulegają odnowie

–

są źródłem aminokwasów dla nowopowstających białek

Zaburzenia związane z lizosomami.
–

wynikające z braku enzymu (lizosomopatie)

•

mukolipidoza II – choroba dziedziczna, brak enzymu odpowiadającego za fosforylację reszt
mannozy

–

wynikające z braku wielu enzymów:

•

choroba Huntera (mukopolisacharydoza typu II (MPS II)) – brak enzymów
odpowiedzialnych za hydrolizę siarkowych glikozaminoglikanów

•

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 – AR lipidoza, brak glukcerebrazy w komórkach żernych -> kumulacja
ceramidoglikozydów, widoczne w neuronach układu nerwowego w których następuję blok
przemiany...

•

choroba Niemanna i Picka– brak sfingomielidazy i gromadzenie sfingomieliny

•

choroba Taya i Sachsa – lipidoza, AR, brak heksaaminidazy i gromadzenie gangliozyny
GM2

•

choroba Fabry'ego – ciężko u mężczyzn; brak ceramido-3-heksodynazy, widoczne w kom.
śródbłonka

•

choroba Wolmana – brak kwaśnej lipazy i gromadzenie estrów glicerolu(albo cholesterolu

wyłap z nagrania =P) i trójglicerydów

•

choroba Krabbego – brak galaktocerebrozydazy, niedorozwó umysłowy

•

choroba Sandhoffa i Jatzkewitza – tak jak u Taya i Sachsa,

•

gangliozydaza GM1 → niedorozwój umysłowy, zaburzenia kosci

•

lipogranolomatoza Farbera – gromadzenie się ceramidu, brak kwaśnej ceramidazy,
hepatosplenomegalia i obrzęk stawów

•

leukodystrofie metachromatyczna – metachromazja nerwów

–

glikogenoza

–

glikogenetyczne(wg mnie Gigantyczne...) lizosomy – zmiany przy adaptacji komórek, jej

ostre i przewlekłe uszkodzenia, widoczne w nerce przy niedoborze potasu

Gromadzenie wewnątrzkomórkowe prowadzi do

ostrych i przewlekłych uszkodzeń

komórkowych.
–

atrocytoza – powstaje nadmiar ciałek resztkowych – w lizosomach zagęszczenie substancji

białkowych – lizosomy przypominają cebulę
–

autofagia – trawinie własnych struktur komórki; w warunkach fizjologicznych – zanik

gruczołu po laktacji
–

zanik pierwotny – brak energii w komórce – nie ma enzymów glikolitycznych(ja mam że

hydrolityczny...)
–

zanik brunatny(barwnikowy) – w lizosomach gromadzenie się wielonienasyconych lipidów,

białek, fosfolipidów z rozkładu cytoplazmy (przejaw wewnątrzkomórkowej martwicy)

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; występpują nielicznie w większości komórek eukariotycznych jako frakcja mikrociał.

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

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(plazmalogenów), chlesterolu

–

produkcja kwasów żólciowych

–

przemiana kwasu moczowego do alantoiny (oksydaza moczanowa)

–

metabolizm aminokwasów (alantoinian, gloksinian pierwszy)

Mikrociała:
–

organella komórkowa o średnicy 0,5 – 1,5 mikrometra

–

otoczone pojedynczą bloną białkowo-lipidową

–

wnętrze wypełnia jednorodna macierz

–

często zawierają inkluzje krystalicznego białka

–

peroksysomy to głównie frakcja mikrociał, w której zachodzi rozkład H2O2; stąd pochodzi

nazwa tych organelli
–

katalaza a nie peroksydaza jest ich enzymem markerowym

–

zaangazowane w procesy utleniania, stąd ich główny system enzymów tworzą

oksydoreduktazy flawinowe i katalaza

–

produktem ubocznym aktywności peroksysomów jest toksyczny H2O2

–

Jego rozkład (H2O2) zapewnia katalaza bądź peroksydaza

Metabolizm H2O.

RH2 + O2 →

oksydacja, elektrony R + H

2O2

Droga rozkład katalitycznego:
2H2O2 →

katalaza O

2 + H2O

Droga rozkład peroksydacyjnego:
RH2 + H2O2 →

elektrony R + H

2O2

Powstający w wyniku rozkładu H2O2 przez peroksydazę tlen zostaje wykorzystany do utlenienia
np. alkoholi, azotanów, a energia powstała ulega rozproszeniu w postaci ciepła NIE powstaje ATP.



- 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 lub rizgałęziających się łańcuchach (16-20 czy 24-26 węgli) również są

rozkładane w peroksysomach, a po skróceniu do 8 węglów w mitochondrium
–

wiele komórek zwierzęcych(prostaglandyny) zawiera części hydrofobowe w cząsteczkach i

zmienia aktywność poprzez skrócenie bocznych łańcuchów kwasów tłuszczowych. Peroksysomy
regulują więc ich aktywność

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

W metabolizmie związków azotowych są też zaangażowane inne enzymy peroksysomowe –
aminotransferazy – przenoszące grupy aminowe z aminokwasów na  - ketokwasy. W ten sposób
peroksysomy 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; rzadka

choroba

metaboliczna

spowodowana zaburzeniem funkcji

peroksysomów

co powoduje gromadzenie się w

mózgu wielonienasyconych kwasów tłuszczowych o długości łańcucha C26-C38)
–

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 hiperpipekolowa

•

adrenoleukodystrofia noworodkowa

•

choroba Zellwegera

–

zaburzenia z dysfunkcją kilku enzymów:

•

pozorny zespół Zellwegera,

•

punktowa dysplazja chrząstek,

•

karłowatość lizomieliczna

–

defekt jednego enzymu:

•

niedobór enzymu dwufunkcjonalnego,

•

rzekomy zespól Zellwegera, (niedobór tilazy 3-oksydo CoA)

•

a-katalaremia(brak katalazy)

•

brak oksydazy glutarylo CoA

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, arginina; L(hydrofobowy) – metionina, leucyna.

Pozbawienie sygnału SKL pozostawia białko perosysomowe w cytozolu. Dołączenie do obcego
bialka – wprowadza je do peroksysomu (uniwersalizm SKL). Uniwersalizm dotyczy nawet 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
Oksydaza acetylo CoA
Acetylotransferaza karnityny
Reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA

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

________________________________________________________________________________
Odkrywcą peroksysomów jest Christian de Duve, któy wydzielił je z frakcji lizosomalnej podając
zwierzętom doświadczalnym detergent Triton WR 1339 akumulujący się perferencyjnie w
lizosomach, zwiększając też ich ciężar.

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 peroksysomy 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.