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.
 A
ącznie 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.
 wymagajÄ… aktywacji i napietnowania ubikwitynÄ…
 proces ich rozkładu zachodzi w wyspecjalizowanej, niebłonowej strukturze  proteosomie
Białka ulegające degradacji w lizosomach.
 nie wymagajÄ… naznaczenia ubikwitynÄ…
 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 Estry fosforanowe
Arylosulfataza ² Estry siarczanowe
Ä… - Galaktozydyna Glikolipidy
² - Galaktozydyna Gangliozydy
Katepsyna L Białka
² - Glukuronidaza Mukopolisacharydy
Heksaminidaza Glikozoaminoglikan
Proteoliza lizosomowa jest mniej selektywna niż cytozolowa.
Białka ulegają degradacji ponieważ.
 jest to radzaj regulacji ich aktywności biologicznej
 ulegajÄ… odnowie
 sÄ… z
ródłem aminokwasów dla nowopowstających białek
Zaburzenia zwiÄ…zane z lizosomami.
 wynikajÄ…ce z braku enzymu (lizosomopatie)
 mukolipidoza II; brak enzymu odpowiadajÄ…cego za fosforylacjÄ™ mannozy
 choroba Huntera (mukopolisacharydoza typu II (MPS II))
 MPS I (zespół Hurler) - niedobór ą-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 O ; stąd pochodzi
2 2
nazwa tych organelli
 zaangazowane w procesy utleniania, stąd ich główny system enzymów tworzą
ksydoreduktazy flawinowe i katalaza
 produktem ubocznym aktywności peroksydazy jest toksyczny H O
2 2
 Jego rozkład (H O ) zapewnia katalaza bądz
peroksydaza
2 2
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 źm, otoczone jedną błoną, o kształcie
owalnym bÄ…dz
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 O.
2
RH + O oksydacja, elektrony R + H O
2 2 2 2
Droga rozkład katalitycznego:
2H O katalaza O + H O
2 2 2 2
Droga rozkład peroksydacyjnego:
RH + H O elektrony R + H O
2 2 2 2 2
Powstający w wyniku rozkładu H O przez peroksydaza tlen zostaje wykorzystany do utlenienia np.
2 2
alkoholi, azotanów, a energia powstała ulega rozproszeniu w postaci ciepła powstaje ATP.
²
- 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 
przenoszÄ…ce grupy aminowe z aminokwasów na að - ketokwasy. Peroksydazy biorÄ… udziaÅ‚ 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 C26-C38)
 ciężka kamica nerkowa
 adrenoleukodystrofia (choroba Siemerlinga-Creutzfeldta; Jest zwiÄ…zana z zaburzonÄ…
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 Katabolizm puryn
Oksydaza D-aminokwasów Utlenianie aminokwasów
Acetylo CoA Utlenianie kwasów tłuszczowych
Acetylotransferaza karnityny Transport kwasów tłuszczowych
Reduktaza 3-hydroksy-3-metyloglutaryulo-CoA 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 diaminobenzydynÄ…).
W reakcji DAB po utlenieniu diaminobenzydyny przez katalazÄ™ powstaje polimer Å‚Ä…czÄ…cy siÄ™ z
czterotlenkiem osmu.