RYBOSOMY, SYNTEZA BIAŁEK I SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA

Rybosomy (80S)

Składają się z dwóch podjednostek:

Dużej - zbudowanej z białek L (do 50) oraz rRNA (28S, 5,8S i 5S (ten ostatni jest transkrybowany na euchromatynie pozająderkowej).

Małej - zbudowanej z białek S (ok. 33) oraz rRNA (18S).

Stosunek masy małej podjednostki do dużej wynosi 1:2.

Białka L i S (odpowiednio ponumerowane -według klucza rozkładu elektroforetycznego) można podzielić na strukturalne (są zasadowe, silnie łączą się z rRNA) i funkcjonalne (są to enzymy związane z syntezą łańcucha polipeptydowego), różniące się siłą wiązania białka z rRNA. Próbowano znaleść białka odpowiedzialne za dane funkcje metodą wiązania ze specyficznymi przeciwciałami, nie udało się jednak zlokalizować białek odpowiedzialnych za określone funkcje.

Rybosomy są miejscem spotkania się wszystkich rodzajów RNA. (rRNA istnieje tylko po to aby odpowiednie fragmenty tRNA i mRNA mogły się spotkać). Obie podjednostki przylegają do siebie tworząc kanał dla mRNA.

Można w rybosomie wyróżnić dwa miejsca: peptydylowe (P) - zawiera łańcuch tworzonego polipeptydu oraz akceptorowe (A)- miejsce gdzie przyłącza się tRNA. Postuluje się istnienie na zewnątrz rybosomu miejsca wstępnego wiązania tRNA. - Po przyłączeniu tRNA w tym miejscu konieczne jest jego przesunięcie w okolice miejsca A , w związku z czym tylko trwałość wstępnego wiązania gwarantuje możliwość takiego przemieszczenia.. Jest to jeden ze sposobów uniknięcia nieprawidłowości przy odczycie mRNA..

Rybosomy są otoczone chmurą dodatkowych białek - czynników translacyjnych.

Biosynteza białek

Stwierdzono, że pewne rejony cytoplazmy specjalizują się w produkcji pewnych białek (najwyraźniej widać to w komórkach zarodka). Sposobem realizacji może być wybiórczy transport odpowiednich mRNA przez odpowiednie pory w otoczce jądrowej. Z drugiej strony rybosomy dzięki różnym odcinkom sygnałowym syntetyzowanego peptydu mogą wykazywać powinowactwo jedynie do pewnych regionów RE

Początkowo wytwarzany jest kompleks inicjujący z kompleksu wejścia (mRNA, tRNAi, małej podjednostki i odpowiednich czynników translacyjnych). Do niego dołącza się duża podjednostka. Podczas biosyntezy, gdy jedna cząsteczka tRNA wydostaje się z rybosomu, a druga do niego dociera, dochodzi do lekkiego rozchylania się podjednostek. W obrębie dużej podjednostki znajduje się kanał dla nowopowstającego polipeptydu. Gdy łańcuch peptydowy przekracza długość ok. 40 aminokwasów zaczyna się wysuwać z rybosomu.

Peptyd prawie zaraz po wyjściu z rybosomu ulega fałdowaniom - osiąga w ten sposób strukturę drugorzędową w czasie milisekund, jeszcze w kanale rybosomu. Strukturę 3-cio rzędową osiąga w ciągu kilku minut w cytozolu lub RE. Zawsze odbywa się to przy pomocy dodatkowych białek enzymatycznych.

Wewnątrzkomórkowe szlaki syntetyzowanych białek:

Rybosomy
Błony RE	Cytozol
Szlak transportu błonowego do SER i otoczki jądrowej do aparatu Golgiego do endosomów do lizosomów do błony komórkowej oraz białka wydzielnicze enzymy lizosomowe	- jądro (sygnał NLS) - mitochondria - peroksysomy - białka cytoplazmy

W cytoplazmie oprócz białek cytozolu i białek przeznaczonych do w.wymienionych organelli, pozostają też białka pozbawione określonych sekwencji sygnałowych. lub nieprawidłowo pofałdowane. Białka z tych dwóch ostatnich grup rozkładane są przez system eliminacji białek.

proteasomy

Są to skupiska enzymów proteolicznych o kształcie walca (20S) na końcach którego nałożone są czapeczki (19S) tworząc w sumie strukturę o stałej sedymentacji 26S. Białka przeznaczone do strawienia są skierowywane do proteasomów dzięki procesowi ubikwitynacji, tj. przyłączania do nich ubikwityny . Jednym z czynników decydujących o przyłączaniu ubikwityny jest obecność określonych aminokwasów na końcu N białek (zasada końca N). Mogą to być aminokwasy stabilizujące (ochraniające przed proteolizą), lub destabilizujące (skierowujące na szlak proteolizy).

Przykładowo białka przeznaczone do RE, pozostające w cytozolu ( przy braku sekwencji sygnałowej) pozbawione są aminokwasów stabilizujących i szybko podlegają procesowi ubikwitynacji.

Normalne składniki białkowe cytozolu w miarę „zużywania się ”tracą aminokwasy zabezpieczające i również podlegają ubikwitynacji.

Przemiany bialek w cytozolu

Fałdowanie peptydów

W przestrzennym formowaniu białek w cytozolu uczestniczą - białka hsp Są to białka “szoku termicznego” (Heat Shock Proteins) stale obecne w komórce. Odgrywają istotną rolę w w tworzeniu prawidłowej konformacji białka. W przypadku stresu termicznego dochodzi do ekspozycji aminokwasów hydrofobowych w wielu białkach, co sprzyja ich wzajemnemu „sklejaniu się” i prowadzi do wytrącania się białek. Przeciwdziałają temu białka hsp.

Działają one na zasadzie zapobiegania sklejaniu się białek eksponowanymi częściami hydrofobowymi przez blokowanie ich, a równocześnie zapobiegają bliskim kontaktom samych białek. Białka hsp mogą być skuteczne jedynie w warunkach gdy wzajemne skupianie się białek nie zaszło na szeroką skalę.

Białka hsp 60,70,40 wspomagają inne białka w przyjmowaniu odpowiedniej konformacji przestrzennej . B. hsp 70 izolują polipeptyd od innych białek, b. hsp 60, uorganizowane w formę “beczek”, otaczają całkowicie te fałdowane białka aż do momentu gdy zostaną one właściwie pofałdowane.

Inne przemiany białek

W obrębie cytozolu zachodzi proces lipidyzacji białek, polegający na przyłączaniu kwasów tłuszczowych (palmitynowego, mirystynowego). To bezpośrednio pociąga za sobą zakotwiczenie takiego białka w błomie jako integralnego. Jeżeli wiązane jest za pomocą jednego kwasu wówczas jest słabo uwiązane. Jeżeli przyłączone jest dwoma kwasami tłuszczowymi wówczas wiązanie do błony jest bardzo silne. Przykładami tych białek są białko G i kinaza C.

skierowanie białek do re

Gdy białko jest preznaczone do RE wówczas na końcu N zawiera ono - odcinek sygnałowy, ( sekwencje sygnałową) składającą się z ok. 20 aa:

- początkowy odcinek jest hydrofilny - reaguje z fosfolipidami.

 środkowy odcinek jest hydrofobowy

 końcowy odcinek jest hydrofilny - sygnał dla odcięcia sekwencji sygnałowej

Odcinek sygnałowy jest rozpoznawany przez cząsteczkę rozpoznającą sygnał SRP, która zbudowana jest z 7S RNA i 6 peptydów.

rola cytozolowego srp

1 -rozpoznanie odcinka sygnałowego (podj. 54)

2.-zablokowanie translacji (podj. 9,4)

3.-skierowanie syntetyzowanego białka do błony siateczki (podj. 68, 72)

Gdy odcinek sygnałowy zostanie rozpoznany przez SRP, nukleoproteid ten przyłącza się do miejsca akceptorowego rybosomu (miejsca A) blokując tym samym dostęp do niego tRNA i zatrzymuje w ten sposób translację. Gdy rybosom z SRP dryfując, zosta nie rozpoznany przez białko dokujące (receptor dla SRP - tzw. SRP-R), obecne w błonie RE, zostaje utworzona przejściowa struktura zwana translokonem -Składa się ona z :

 grupy białek Sec 61 (podjednostki α,β i χ) które wytwarzają kanał hydrofilny o średnicy 4-6 nm.

 białko TRAM (Transport Receptor Associated Molecule)

W skład zespołu translokonu wchodzą:

 peptydaza sygnałowa - odpowiedzialna za odcięcie odcinka sygnałowego który przerzucany jest do cytoplazmy i tam pełni funkcje regulatorowe,

 transferaza oligosacharydowa - katalizuje procesy glikozylacji, jej fragment stanowią białka ryboforyny,

 kalretikulina

Rybosom przylega szczelnie do zespołu translokacyjnego od strony zewnętrznej.. kanał translokonu jest również szczelnie zamknięty od wewnątrz. Dopiero po przyłączeniu rybosomu i rozpoczęciu przemieszczania odcinka sygnałowego dochodzi do otwarcia kanału.

Równocześnie dochodzi do wymiany GDP na GTP w kompleksie SRP- SRP-R, którego hydroliza umożliwia proces odłączenia cząstki SRP. W między czasie rybosom jest już przymocowany do RE za pomocą ryboforyn, a samo uwolnienie cząsteczki SRP doprowadza do ponownej aktywacji translacji. Syntetyzowany polipeptyd przedostaje się do RE w miarę postępowania translacji (translokacja współtranslacyjna)

białka transbłonowe - integralne:

Są syntetyzowane z prawie identycznym sygnałem jak białka na eksport, ale nie dochodzi do ich przejścia przez całą błonę dzięki obecności dodatkowego odcinka stop, który zawiera obszar hydrofobowy (pozostający w błonie) oraz silnie hydrofilny który pozostaje w cytoplazmie..

-typ I białek - są tak ułożone, że ich koniec C znajduje się po stronie cytoplazmatycznej, natomiast koniec N po stronie światła RE (to później będzie domeną zewnątrzkomórkową). Tak usytuowane jest prawie 80% białek

typ II białek - o ułożeniu odwrotnym, wówczas białko wisi na odcinku sygnałowym, który w tym przypadku nie zostaje odcięty. Takie ułożenie występuje wówczas gdy białko nie posiada fragmentu stop

.

Alternatywny transport peptydów do siateczki za pomocą

1.- pompy typu ABC (ATP binding casette) przy udziale białek czaperonowych

2.- za pomocą systemu TAPs (Transport associated with antigen presentation), wiązanie z cząsteczkami MHC I

Białka wbudowywane posttranslacyjnie

Niektóre białka mogą przebijać wielokrotnie błonę swoim odcinkiem hydrofobowym. Ich wbudowywanie polega na tym, że ponieważ w samym kanale istnieją fragmenty hydrofobowe, istnieje możliwość oddziaływania ich z fragmentami hydrofobowymi polipeptydu syntetyzowanego. To umożliwia przenoszenie tego fragmentu bezpośrednio do błony.

Takie białko zostaje ukształtowane przez hsp, nadające mu konformację odpowiednią dla przejścia przez błonę. Samo przejście dokonuje sie dzięki pompie białkowej, która działa na zasadzie agregacji białek, tworząc translokon postranslacyjny (może to być wspomagane przez białko typu Sec).

TAPs odpowiadają za wspomaganie transportu podczas procesów prezentacji antygenu - białka z wirusów są trawione przy pomocy proteasomów na łańcuchy polipeptydowe o długości ok. 30 aa. Następnie są one przenoszone do światła siateczki przy pomocy białka TAPs, po czym łączą się w kompleks ę z MHC I co ostatecznie umożliwia ekspozycję antygenu wirusowego na powierzchni błony komórki APC..

glikozylacja

Najpierw w cytoplazmie powstaje oligosacharyd złożony z dwóch cząsteczek N-acetyloglukozoaminy i 5 cząsteczek mannozy, następnie ten oligosacharyd przenoszony jest do wnętrza RE przy pomocyfosfolipidu dolicholu. Póxniej, już we wnętrzu siateczki dobudowywane są kolejne cukry: 4x mannoza i 3x glukoza. Ostatecznie cały oligosacharyd przenoszony jest na białko i przyłączany jest do Asp białka składowego translokonu (Asp może być zastąpione przez Tre i Ser).

Nadmiar nie przyłączonych oligosacharydów wydostaje się z powrotem z siateczki i podlega rozłożeniu w cytozolu, oraz lizosomach.]

Białka rezydujące siateczki

Białko następnie podlega fałdowaniu do struktury trzeciorzędowej przy pomocy białek rezydujących siateczki - cz. wewnętrznej i przesyłane dalej. Istnieje pewna grupa białek, które nigdy nie wydostają się poza biegun cis aparatu Golgiego

Białka takie jak kallretikulina i kalneksyna wiążą jony wapnia Ca2+ które pośredniczą w wiązaniu z innymi białkami tworza sieć we wnętrzu siateczki. Są to białka rezydujące. Jeżeli uwolnią się z tej sieci i we wnetrzu pęcherzyków dotrą do dalszych przedziałów, zostają rozpoznany i skierowane z powrotem - dzięki własnej sekwencji KDEL -

Białka rezydujące siateczki śródplazmatycznej:. (We wnętrzu światła)

BIP homologiczne z hsp 70 )wiąże się czasowo z obszarami hydrofobowymi peptydów zapobiegając ich agregacji i uczestniczy we “wciąganiu” peptydu)

PDI katalizuje przemieszczanie się wiązań dwusiarczkowych

GRP 94 (homologiczne z hsp 90)

Z tymi białkami współpracują niektóre białka związane z błoną siateczki;

kalneksyna (p 88), uczestniczy w formowaniu się receptora antygenowego komórek T związanych z błoną Ig antygenów MHC I.

System kontroli jakości białka wychodzącego z RE - każde białko źle pofałdowane zostaje zatrzymane i nie przedostaje się do pęcherzyków

Istnieje możliwość sygnalizacji pomiędzy siateczką a jądrem odnośnie zapotrzebowania na białka rezydujące, jak również enzymy ziwazane z synteza steroli. .

Tab.1 Główne procesy metaboliczne zachodzące w siateczce śródplazmatycznej i przykłady enzymów z nimi związanych

Rodzaj przemian metabolicznych	Przykłady enzymów
I. Przemiana białek:l- odcięcie odcinka sygnałowego - N-glikozylacja peptydów - modyfikacjałańcuchów oligosacharydowych peptydów	- endopeptydaza sygnałowa - transferazy glukozylowe - glukozydaza I - mannozydaza I
II. Przemiana lipidów: - synteza triglicerydów - synteza fosfolipidów - synteza sfingolipidów - synteza cholesterolu - modyfikacja kwasów tłuszczowych	- syntetaza kwasów tłuszczowych -fosfotransferaza fosfatydylocholiny - metylotransferaza fosfatydyloetanolaminy - acetylotransferaza sfingozyny - reduktaza 3 hydroksy-3-metylo-glutarylo-CoA - transacylazy - reduktazy wiązań podwójnych nienasyconych kwasów tłuszczowych
III. Utlenianie-redukcja: - hydroksylacja węglowodorów -utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych - przemiany steroidów	oksydazy mikrosomowe - NADPH2-cyt. c reduktaza cyt. P450 - NADPH2-cyt. c reduktaza cyt. b5
IV. Transport do wnętrza siateczki: - transport Ca2+ - transport glukozy
V. Odtruwanie: - utlenianie - przyłączanie glikuronianu - przyłączanie siarczanu - przyłączanie grup metylowych - acetylacja	- oksydazy mikrosomowe - transferaza glikuronianowa - transferaza siarczanowa - transferaza metylowa - acetylazy

---