Przepływ błon w komórce
1. Przygotowanie pęcherzyka
W RE występują m.in. białka integralne - transbłonowe, które wyprodukowane wcześniej mają przedostać się do innych przedziałów błonowych (ap. Golgiego, bł. komórkowa, błony lizosomowe i przedziały endosomowe), integralne nietransbłonowe będą wbudowywane później. Dostają się one do swoich miejsc przeznaczenia na zasadzie ruchu pęcherzykowego. Analogicznie jest z białkami wydzieliny.
Białka przemieszczają się między błoną RE szorstką a gładką na zasadzie tzw. dyfuzji bocznej. Tak samo przedostają się do otoczki jądrowej, którą uważa się za wyspecjalizowany fragment RE szorstkiej - obydwie błony są ze sobą połączone.
W transporcie pęcherzykowym następuje selekcja i segregacja składników (można to obserwować przez ruchy składników cukrowych znakowanych radioaktywnie czy składniki błony znakowane immunocytochemicznie). Czas transportu wyznakowanych składnikow (w komórkach bardziej wyspecjalizowanych) z RE szorstkiego. do ap.Golgiego. wynosi ok. 30 min., przejście z bieguna cis do trans diktiosomu ok. 20 min. I po ok. 2 h białka zsyntetyzowane w RE trafiają do błony komórkowej. Wynika z tego, że przepływ błon jest ciągły. Ale pomimo to objętość i położenie przedziałów błonowych nie ulega zmianie! Jest to związane ze współistnieniem transportu anterogradowego i retrogradowego (wstecznego). Dwukierunkowy ruch pęcherzyków. na zasadzie promów łączy kolejne przedziały błonowe i gwarantuje ich stałą objętość. Równocześnie powoduje wysoce specyficzną selekcję składników, która jest konieczna gdyż każdy przedział różni się składem.
W obrębie przedziału RE zlokalizowana jest region przejściowy, który jest obszarem zaliczanym do Resz, lecz pozbawionym rybosomów. Jest on zauważalny szczególnie wyraźnie tylko w komórkach sekrecyjnych. Z tego obszaru wypączkowują pęcherzyki.
Pobieranie białek zarówno błonowych jak i wydzielniczych do pęcherzyka jest wysoce selektywne! Pobór białek dokonywany jest przy udziale białek eskortujących. Ta selekcja zachodzi na dwa sposoby:
pewne białka błonowe są zatrzymywanie w RE (sortowanie przez retencję) - na drodze różnych mechanizmów np.białka, które są razem skompleksowane trudno przedostają się do pęcherzyka (np. translokony). innym sposobem jest przywiązanie białka do cytoszkieletu.
inne białka mogą być selektywnie wciąganie do pęcherzyka, przy udziale cytoplazmatycznych odcinków tych białek
białka rozpuszczalne (stanowiące zawartość pęcherzyka), pobierane być mają za pośrednictwem receptorów błonowych. Uczestniczą w tym białka eskortujące (np. p58 lektyna dla mannozy). oraz czaperony sortujące.
2. Transport pęcherzykowy z RE
Formowaniet pęcherzyka w regionie przejściowym siateczki wymaga rekrutacji białek zespołu opłaszczającego z cytozolu (COP II + mała GTPaza).
W odniesieniu do pobóru zawartości pęcherzyków zachodzi tu kombinacja retencji (zatrzymania) z pobieraniem. Zatrzymanie białek znajdujących się w świetle siateczki dokonuje się przy udziale białek rezydujących siateczki (do momentu prawidłowego uformowania tych białek- kontrola jakości.)
Istnieją trzy zasady regulacji funkcjonowania szlaku sekretorycznego
potrzeba oddzielenia składników lokalnych (stałych) od wędrujących podczas wypączkowania pęcherzyków,
II. konieczność przepływu dwukierunkowego dla utrzymania stałego obszaru przedziałów błonowych,
III. kluczowa rola determinant sortujących w selekcji zawartości w kierunku do przodu i wstecz.
Transport retrogradowy
Zapobiega „zanikaniu” jednych i rozrostowi innych przedziałów. Ponadto służy się do zwotnu skladników pobranych „omyłkowo”
Przykladowo białka rezydujące siateczki posiadające sygnał retencji KDEL (HDEL), zostają rozpoznane jeżeli wypłyną za daleko i cofnięte z przedziału zlokalizowanego przed biegunem cis, (przedział dodatkowy - ratunkowy) W tym przedziale są skupione są receptory dla białek rezydujących siateczki.
Pęcherzyki powrotne w praktyce nie zawierają wydzieliny.
Zespół opłaszczający (coautomer)
Ruch do przodu i wsteczny są mediowane przez różne rodzaje okrywy (gdyż chodzi o rozpoznanie innych białek). Funkcją okrywy są : receptoryczne pobranie białek (segregacja) oraz mechaniczne formowana pęcherzyka, czy też zabezpieczenie przed fuzją. Gdy białka okrywy zaczną się gromadzić na pow. błony., łącząc się z białkami transbłonowymi i między sobą tworzą siateczkę od strony cytoplazmy, która uwypukla błonę. Następnie taki uwypuklony pęcherzyk,zostaje odcięty przez inne białka w miejscu przewężenia (szyjki), co powoduje oderwanie pęcherzyka.
Każdy pęcherzyk musi posiadać jakieś białka adresujące -SNARE(s). Nie wiadomo czy pęcherzyk musi zawierać jakąś treść.
COP I :
Związany jest głównie z transportem retrogradowym a także między kolejnymi cysternami diktiosomu.
Pierwszym białkiem, które przyłącza się do pęcherzyka, i ma w zasadzie rozpoznawać odcinki. cytoplazmatyczne białek nadających się do pobrania to ARF (ADP-rbosylation factor - małe białko wiążące GTP). Ma ono właściwość GTPazowe, a równocześnie przyłącza GTP (co stymuluje pączkowanie pęcherzyka), a po hydrolizie do GDP dochodzi do odpadania okrywy od pęcherzyka, co sprzyja fuzji z błoną docelową. Zdolność ARF do wiązania się z błoną jest związana z obecnością kw. tłuszczowego związanego z nim kowalencyjnie. W formie nieaktywnej ten kwas tłuszczowy schowany jest w białku, natomiast po zamianie GDP na GTP kwas tłuszczowy zostanie wyeksponowany na zewnątrz i ARF nabiera zdolności do reagowania z błoną (osiada na błonie). Na cząsteczkach ARF odkładają się pzostale składniki zespołu opłaszczające i tworzy się okrywa (płaszcz).
Drugim elementem okrywy sa białka tworzące coautomer w skład którego wchodzi 7 podjednostek, , które lokują się na ARF. Ten coautomer rozpoznaje i grupuje receptory - SNAREs (SNA-receptors, SNA-małe białka cytozolu). SNAREs to białka - receptory ułatwiające fuzję z następnym przedziałem, są adresem do bł. docelowej.
Formowanie okrywy
Białko ARF po aktywacji (zamianie GDP na GTP przy współpracy innych białek) przyłącza się do błony, co pociąga za sobą aktywację fosfokinazy D, która powoduje zmiany w lipidach - rozkład fosfatydylocholiny do kw. cholinowego i kw. fosfatylowego, co pociąga zmianę ładunku w lipidach i te ujemne grupy wykazują powinowactwo do skladników coautomeru, co w efekcie prowadzi do uwypuklanie się błon.
COP II :
Związany z transportem anterogradowym tylko w RE w rejonie przejściowym
Tutaj także występuje białko wiążące GTP o charakterze GTPazy ( białko Sar 1). Innym białkiem tego zespołu jest kompleks Sec 23 złożony z dwóch białek Sec 23 i Sec 24, który rozpoznaje receptory. Drugim jest kompleks Sec 13 złożony z dwóch białek Sec 13 i Sec 31, który grupuje receptory SNARE Rolę którą w COP I spełnia coautomer tutaj realizują kompleksy Sec 23 i 13.
Podczas formowania okrywy jedne białka kompleksu nakładają się na inne, ale przyłączenie się białek jest uwarunkowane obecnością białek integralnych RE - , zlokalizowanych tylko w tym rejonie przejściowym. Dlatego zespół COP II powstaje tylko w siateczce.
Innym składnikami zespołu opłaszczającego mogą być białka Rab(s) Są to białka pokrewne Ras, które wiążą GTP. I tak analogiczne do ARF kompleks Rab-GTP faworyzuje powstawanie pęcherzyka natomiast Rab-GDP ułatwia fuzje pęcherzyka z błoną docelową. Te białka skierowują pęcherzyk do określonego układu błonowego - stanowią drugą po SNAREs część adresu.
Odłączenie okrywy jest niezbędnym elementem do wystąpienia fuzji błon.
ASPEKT MEDYCZNY:
W wyniki defektu syntezy receptora dla mannozy (białka ERGIC 53) dochodzi do obniżenia poziomu czyynnikow krzepniecia V i VII w surowicy i intensywnych krwawień.
Adres docelowy - aparat Golgiego
Zbudowany jest z dwóch biegunów - cis (w zasadzie wypukły i zwrócony do jądra) i trans (w zasadzie wklęsły i zwrócony do bł. kom.), posiadają także systemy rurek. Istnieje także przedział pośredni - medialny (między cis i trans - rozróżnialne w wirowaniu różnicującym).
Transport między cysternami cis i trans może zachodzić na trzy sposoby :
transport pęcherzykowy przy udziale COP I,
transport między elementami rurek scalających te cysterny diktiosomu (2-20) a także scala cały ap. Golgiego,
przepływanie całych cystern )
Istnienie tych trzech przedziałów (cis, medialny, trans) umożliwia destylację - grupowanie składników - zmianę proporcji składników lipidowych (przybywa cholesterolu, ubywa fosfolipidów), zwiększa się grubość błony - staje się trójwarstwowa, zmniejsza się ilość białek.
Inne różnice między przedziałami diktiosomu - patrz tabela w podręczniku „Podstawy Cytofizjologii”.
Pojawianie się nie zauważanych wcześniej białek enzymatycznych wiąże się z tym, że możemyje zidentyfikowac dopiero po uaktywnieniu ich funkcji biologicznej , co wiąże się z przebudową błony. Białka- nie są syntetyzowane w ap. Golgiego. Zagęszczenie określonego białka może zwiększyć się 1000 krotnie podczas jednego obrotu pęcherzyków. Zmiany aktywności enzymu mogą być wynikiem np. wyeksponowania centrum aktywnego - będącego efektem przebudowy błony! Np. po stronie cis działa mannozydaza I (strzyże cukry), w przedziale medialnym mannozydaza II (powstają oligosacharydy złożone i tutaj mannozy zostają z dalej eliminowane pozostawieniem tylko 3 reszt. . w biegunie trans działają inne enzymy, które będą bardziej komplikować budowę oligosacharydów (mogą powstawać nawet proteoglikany) - ale na końcu zawsze będzie grupa sialowa. Cukry będą transportowane przez błonę bez udziału dolicholu.
Istnieje następujące sposoby umożliwiające przenoszenie tłuszczów pomiędzy różnymi przedziałami błonowymi : transport pęcherzykowy, specjalne białka przenoszące lipidy, spontaniczna dyfuzja (jedynie jeżeli błony się stykają - są między sobą bardzo blisko).
TGN - Trans Golgi Network - ma grubsze błony, są sztywne, tworzy kanaliki sieci oktagonalnej, która w częściach bocznych zaczyna tworzyć kanaliki. Stanowi także obszar segregacji. Sortowanie odbywa się na dwóch poziomach:
Sortowanie w TGN |
Możliwe kierunki segregacji: |
zawartości pęcherzyków |
1. do pęcherzyków transportujących (COP) |
|
2. do pęcherzyków hydrolazowych (klatryna) |
|
3. do wakuoli zagęszczającej |
składników błonowych |
- do powierzchni przyszczytowej |
|
- do powierzchni przypodstawno-bocznej |
W TGN powstają trzy rodzaje pęcherzyków :
Transportujące - idące do błony kom. Okryte są COP I. Te pęcherzyki niosą materiał do wbudowywania do błony (białka integralne i odp. lipidy). Jeżeli komórka. jest niespolaryzowana, pęcherzyki mogą wędrować w dowolnym kierunku, a jeżeli komórka. jest spolaryzowana (występują połączenia ścisłe) transport może być w dwóch kierunkach :
do pow. przyszczytowej - np. SGLT
do pow. przypodstawno-bocznej - Na+-K+-ATPaza
Transport skladników do błony może być bezpośredni -Część pęcherzyków idzie od razy do błony - odpowiadają za to białka związane z GPI (glukozylo-fosfatydylo-inozytol), które położone są na błonie i może im towarzyszyć sfingomielina. Transport taki może też być pośredni - najpierw do pow. przypodstawno-bocznej, a z niej do przyszczytowej. Ten transport jest wysoce specyficzny. Te pęcherzyki raczej nie są puste, zawierają najczęściej składowe przestrzeni międzykomórkowej. Wydzielina może się zabierać także przypadkowo.
Hydrolazowe - idące do późnego przedziału endosomowego. Powstaję przy udziale klatryny. Wydzielina tutaj pobierana jest w sposób wysoce specyficzny. (Ten sposób selekcji poznano jako pierwszy.)
Makropęcherzyki (pęcherzyki wydzielnicze, wakuole) - idące także do błony komórkowej ale tylko w komórkach. wydzielniczych. W tych wakuolach następuje zagęszczenie i dojrzewanie wydzieliny. Te makropęchrzyki biorą udział w egzocytozie regulowanej. Wyrazem dojrzewania wakuoli jest zmiana jej konformacji (tutaj współdziała TGE 40, 48). Podczas dojrzewania wakuola otoczona jest okrywą.
ASPEKT MEDYCZNY:
Zaburzenia N-glikozylacji (wrodzone zaburzenia glikozylacji - CDG - Congenital Disorders of Glycosylation) skutkują całym szeregiem objawow patologicznych, zktorych niektóre mogą być letalne w okresie embrionalnym, lub prowadzić do śmierci później (udary mózgowe, defekty wielonarządowe).
SNARE - błonowy receptor dla SNAP(s).
Cytobiologia Medyczna 20002/3