65. Kompartmentacja w komórce organicznej.

W przeciwieństwie do komórek prokariotycznych, komórki eukariotyczne składają się z wielu przedziałów zwanych organellami, oddzielone są od cytozolu systemem różnorodnych błon fosfolipidowych. Każdy typ organellum pełni w komórce ściśle określoną funkcję, a jego błona zawiera charakterystyczne zestaw białek. Organella komunikują się i wymieniają substancje z cytozolem i między sobą, a bierze w tym udział zarówno transport transbłonowy (małe cząsteczki) jak i pęcherzykowy (makromolekuły).

Jak bardzo istotna jest kompartmentacja i odpowiednia segregacja substancji może świadczyć fakt, ze te same związki podlegają różnym procesom w różnych organellach. Np. kwasy tłuszczowe w gładkim ER są używane do syntezy fosfolipidów, a w mitochondrium do produkcji ATP.

Niektóre organella przejawiają wewnętrzną kompartmentację. Widoczne jest to zwłaszcza w organellach pochodzenia endosymbiotycznego: mitochondriach i chloroplastach, które cechują się rozbudowanym systemem błon wewnętrznych. Błony te, podobnie jak błony różnych typów organelli mają specyficzne składy lipidowe i białkowe.

66. Biosynteza białek dla poszczególnych organelli.

Biosynteza białek odbywa się głównie na rybosomach w cytozolu i na szorstkiej siateczce śródplazmatycznej (w przypadku białek z sygnałem do ER). Tylko około połowa białek syntezowanych w komórce to rozpuszczalne białka cytozolu. Pozostałe muszą zostać posortowane do poszczególnych organelli. Odbywa się to dzięki tzw. sekwencjom sygnalnym, krótkim 20-25 aminokwasowym sekwencjom znajdującym się najczęściej na N-końcach białek. Każdy typ organellum (jądro, mitochondria, chloroplasty, peroksysomy, ER) ma odpowiadającą sobie sekwencję sygnalną. Jest ona rozpoznawana przez specyficzne receptory na powierzchni organelli, a białka wbudowywane są w błonę organellum lub wprowadzane są przez nią przez specjalne kanały błonowe zwane translokonami (z wyjątkiem jądra, tam transport odbywa się przez pory jądrowe). Po przybyciu białka na odpowiednie miejsce sekwencja sygnalna jest odcinana przez specyficzne proteazy (znów w przypadku jądra tak nie jest. NLS - nuclear localization signal nie musi być na N-końcu i nie jest odcinany). Białka sekrecyjne (wydzielane na zewnątrz komórki), błony komórkowej, błon ER i Golgiego, światła ER i Golgiego oraz enzymy lizosomalne kierowane są najpierw do światła ER, gdzie przechodzą modyfikacje potranslacyjne i są dalej sortowane za pomocą systemów transportu pęcherzykowego. Białka translokowane są do ER już podczas ich syntezy. Oczywiście, mitochondrialne i chloroplastowe białka kodowane przez genomy tych organelli są tam syntezowane i nie wymagają sortowania.

67. Sygnały informujące o przeznaczeniu nowo syntetyzowanych białek

A tu będę leniem i przeleję tabelkę z Lodisza. Tylko dopiszę poniżej o sekwencjach lokalizacji jądrowej, czyli NLS.

Sygnał lokalizacji jądrowej może być 6-7 aminokwasowym fragmentem zawierającym głównie zasadowe aminokwasy, ale niektóre białka mają inny. Nie jest on odcinany w jądrze, a jego lokalizacja w obrębie sekwencji białka nie jest ściśle ustalona. Mechanizm importu do jądra białek z zasadowym NLS przedstawia poniższy rysunek:

68. Retikulum endoplazmatyczne - izolacja, struktura i funkcja

Retikulum endoplazmatyczne do rozległy system obłonionych spłaszczonych cystern i kanalików, rozchodzących się w znacznej części cytozolu i ciągły z otoczką jądrową. Wyróżniamy szorstkie retikulum endoplazmatyczne - nazywane tak dlatego, że na powierzchni ma liczne rybosomy - i gładkie retikulum endoplazmatyczne - pozbawione rybosomów. Główną rolą retikulum endoplazmatycznego jest syntezę lipidów (gładkie) oraz białek błonowych i sekrecyjnych (szorstkie). Ponadto bierze też udział w dojrzewaniu i kontroli fałdowania syntezowanych białek, stanowi magazyn komórkowego Ca2+ oraz służy detoksykacji komórki. Większość komórek ma bardzo mało gładkiego retikulum, ale szczególnie dużo jest go w hepatocytach, bo odbywa się tam rozkład hydrofobowych toksyn. Szorstkiego retikulum jest szczególnie dużo w komórkach wydzielających białka na zewnątrz, jak np. komórki trzustki produkujące zymogeny albo insulinę (nie pamiętam jak się dokładnie nazywają).

W czasie izolacji składników komórki retikulum ulega porwaniu na małe pęcherzyki zwane mikrosomami. Oddzielenie frakcji mikrosomów przy użyciu wirowania wymaga wcześniejszego odfiltrowania homogenatu od resztek nierozbitych komórek, tkanki łącznej itp., odwirowania przy kilkuset g w celu oddzielenia jąder, kilkunastu tysięcy g w celu oddzielenia mitochondriów, plastydów i lizosomów, a następnie ultrawirowania przy ok. 100k g. Pellet powinien zawierać mikrosomy, a jak nie zawiera, to peszek.

69. Funkcje gładkiej siateczki śródplazmatycznej.

Głowną funkcją gładkiego ER jest synteza fosfolipidów oraz, w niektórych komórkach, np. hepatocytach, neutralizowanie hydrofobowych toksyn przez zmienianie ich w bardziej hydrofilowe związki mogące zostać wydalone z moczem/kałem.

Synteza fosfolipidów odbywa się dzięki enzymom błony ER po jej cytoplazmatycznej stronie. Najpierw kompleks transesteraz produkuje kwas fosfatydowy z fosfoglicerolu i dwóch cząsteczek acylo-CoA, który sam wbudowuje się w błonę. Potem fosfataza usuwa resztę fosforanową tworząc diacyloglicerol, do którego dodawana jest odpowiednia główka polarna z pomocą odpowiedniej fosfotransferazy. Flipazy przerzucają część nowych fosfolipidów do drugiego listka błony tak, aby błona rosła równomiernie

70. Biosynteza błon.

Biosynteza błon jest złożonym procesem, ponieważ błony są tworami wieloskładnikowymi i niemal wszystkie składniki syntezowane są na różnych drogach. O syntezie białek błonowych będzie później, na razie o lipidach.

Kluczowa dla syntezy fosfolipidów i sfingolipidów jest obecność reszt kwasów tłuszczowych. Te mogą być syntetyzowane de novo z acetylo-CoA w cytozolu, pochodzić z bezpośrednio z pożywienia albo z hydrolizy triacylogrliceroli. Syntetaza nasyconych kwasów tłuszczowych do 16 atomów węgla przebiega w cytozolu, dłuższe łańcuchy syntetyzowane są w ER. Tam też znajdują się desaturazy - enzymy odpowiadające za tworzenie kwasów nienasyconych. Niektóre kwasy tłuszczowe nie mogą zostać zsyntetyzowane przez organizm człowieka i muszą być dostarczone w pożywieniu. Kwasy tłuszczowe są przenoszone w cytozolu przez białka FABP (fatty acids binding proteins), które zamykają je w hydrofobowej kieszeni zbudowanej ze struktur beta.

Fosfolipidy i sfingolipidy syntetyzowane są w gładkim retikulum endoplazmatycznym. O syntezie fosfolipidów było już w poprzednim zagadnieniu. Plazmalogeny, których dość znaczna ilość występuje w komórkach zwierzęcych syntetyzowane są na błonach peroksysomów. Sfingozyna powstaje w ER z palmitoilo-CoA i seryny. Tam też dołączona jest przez grupę amidową reszta kwasu tłuszczowego. Następnie taka N-acyl sfingozyna (ceramid) transportowana jest do aparatu Golgiego gdzie dołączana jest fosfocholina i tworzona sfingomielina. Tu również powstają glikosfingolipidy.

Sfingolipidy transportowane są do docelowych błon przez pęcherzyki takie jak już opisano. Natomiast fosfolipidy oraz cholesterol transportowane są przez bliżej nieznany mechanizm niezależny od aparatu Golgiego.

Cholesterol syntetyzowany jest jak na obrazku. Wyjściowymi substratami są acetylo-CoA i acetylacetylo-CoA. Pierwszy etap, oraz etapy od mewalonianu do skwalenu katalizowane są przez cytozolowe enzymy. Eap drugi, który jest etapem wyznaczającym szybkość całego procesu, oraz etapy od skwalenu do cholesterolu są katalizowane przez enzymy związane z błoną gładkiego ER.

71. Elementy definiujące szorstką siateczkę śródplazmatyczną.

Wydawać by się mogło, że elementem definiującym szorstką siateczkę śródplazmatyczną są lezące na niej rybosomy, tak jednak nie jest. Bo dlaczego rybosomy łączą się akurat w tych regionach ER a nie innych? Determinuje to obecność integralnego białka błony ER - receptora SRP. SRP jest rozpuszczalnym białkiem cytozolu, które odpowiada za właściwie kierowanie rybosomu produkującego właśnie białko posiadające sekwencję sygnalną ER do ER. Wiąże się jednocześnie z rybosomem, rosnącym łańcuchem białka i swoim receptorem w błonie ER. To właśnie obecność tych receptorów definiuje szorstką siateczkę śródplazmatyczną i determinuje do której części ER należy dany fragment błony.

---