11.6: Transport pęcherzykowy

oprócz przetwarzania białek, ER i Golgi zajmują się również niektórymi rodzajami transportu białek. Pęcherzyki (pęcherzyki związane z błoną, zasadniczo) odrywają się od ER, Golgiego i innych organelli błoniastych, niosąc ze sobą dowolne rozpuszczalne cząsteczki znajdujące się wewnątrz płynu, który został zamknięty, jak również wszelkie cząsteczki osadzone w tej części błony. Te pęcherzyki następnie złapać jazdę na silniku molekularnym, takim jak kinezyna lub miozyna, i podróżować wzdłuż cytoszkieletu aż do dokowania w odpowiednim miejscu docelowym i łączą się z błoną docelową lub organelle. Ogólnie rzecz biorąc, pęcherzyki przemieszczają się od ER do Golgi cis, od cis do Golgi przyśrodkowej, od przyśrodkowego do Golgi trans i od trans Golgi do błony plazmatycznej lub innych przedziałów. Chociaż większość ruchu odbywa się w tym kierunku, istnieją również pęcherzyki, które cofają się od Golgiego do ER, niosąc białka, które miały pozostać w ER (np. PDI)i zostały przypadkowo pobrane w pęcherzyku.

Rysunek \(\PageIndex{16}\). Pęcherzyki rozwijają się z retikulum endoplazmatycznego i łączą się tworząc ergiczne, które dojrzewa w Golgi cis, następnie Golgi przyśrodkowe i wreszcie Golgi trans. Pęcherzyki mogą również pączkować z któregokolwiek z tych innych przedziałów do innych organelli lub do błony plazmatycznej.

tworzenie pęcherzyków jest zależne od białek płaszcza, które w odpowiednich warunkach samoorganizują się w kuliste klatki. W połączeniu z białkami transbłonowymi mogą również pociągnąć dołączoną błonę wzdłuż w kulisty kształt. Głównymi rodzajami białek płaszczowych stosowanych w tworzeniu pęcherzyków są COPII, COPI i clathrin.

białka płaszcz COPII tworzą pęcherzyki, które przechodzą z ER do Golgi. Białka płaszcza Kopi są używane między częściami aparatu Golgiego, a także do tworzenia pęcherzyków przechodzących od Golgiego z powrotem do ER. W końcu klatrynę stosuje się do tworzenia pęcherzyków opuszczających Golgi do błony plazmatycznej, a także do pęcherzyków utworzonych z błony plazmatycznej do endocytozy.

Rysunek \(\PageIndex{17}\). Clathrin. A) klatryna wiąże się z białkami adapterowymi, które są związane z receptorami ładunku przezbłonowego, łącząc błonę z klatryną. B) pojedynczy klatryna triskelion składa się z trzech łańcuchów ciężkich i trzech łańcuchów lekkich. (C) triskeliony samoorganizują się w mniej więcej kulistą konstrukcję bez potrzeby użycia dodatkowej energii lub enzymów.

Clathrin (rysunek \(\PageIndex{17}\)) jest najlepiej opisany z trzech, a Płaszcze pęcherzykowe są wykonane z układów klathrin triskelions (z greckiego, co oznacza trójnożny). Każdy triskelion składa się z trzech ciężkich łańcuchów połączonych ze sobą na końcu C i trzech lekkich łańcuchów, po jednym związanym z każdym ciężkim łańcuchem. Ciężkie łańcuchy różnych triskelionów oddziałują na długość ich „nóg” ciężkich łańcuchów, tworząc bardzo solidną konstrukcję. Łańcuchy lekkie są niepotrzebne do tworzenia pęcherzyków i uważa się, że pomagają zapobiegać przypadkowym interakcjom cząsteczek klatryny w cytoplazmie.

istnieje znaczące podobieństwo między mechanizmami tworzenia pęcherzyków przy użyciu tych różnych białek płaszcza, począwszy od rekrutacji ARF1 (ARF oznacza czynnik rybozylacji ADP, który nie ma tutaj nic wspólnego z jego funkcją) do błony. Wymaga to ułatwionej przez ARNO wymiany GTP na GDP (ARNO to Otwieracz miejsca wiązania nukleotydów ARF). Po związaniu GTP przez ARF1, zmiana konformacyjna ujawnia N-końcową grupę miristoilową, która wkracza do błony. Zarówno Copi, jak i pęcherzyki pokryte klatryną używają ARF1 i ARNO, ale COPII używa podobnych białek zwanych Sar1p i Sec12p.

rysunek \(\PageIndex{18}\). Pęcherzyki pokryte COP

ARF1 (lub Sar1p) jest używany do rekrutacji białek adapterowych, które wiążą się z „ogonem” białek receptorowych związanych z błoną. Koniec biznesowy tych receptorów wiąże się z cząsteczkami car – go, które muszą być pakowane do pęcherzyka. Białka adaptera działają jako łącznik między błoną (poprzez receptory)a białkami płaszcza. W przypadku klatryny białkami adapterowymi są AP1 dla pęcherzyków pochodzących od Trans-Golgiego i AP2 dla pęcherzyków endocytarnych. W przypadku pęcherzyków COPI, przybliżone homologi to β-, γ-, δ – i ζ-COPs, podczas gdy system COPII używa Sec23p i Sec24p.

wreszcie, Adaptery łączą się z rzeczywistymi białkami płaszcza: klatryną, α – lub ε-COP, Sec13p i Sec31p. wszystkie te białka mają wspólną cechę: spontanicznie (tj. bez konieczności wydatkowania energii), samoorganizują się w kuliste struktury przypominające klatkę. Pod mikroskopem elektronowym pęcherzyki pokryte klatryną są ostro zdefiniowane, a sześciokątne i pięciokątne kształty ograniczone podjednostkami klatryny nadają pęcherzykowi wygląd „piłki nożnej”. COP coatamer-pokryte pęcherzyki są znacznie bardziej puszyste w wyglądzie pod EM.

wszystkie trzy rodzaje białek powłoki pęcherzyków mają zdolność do samoistnego łączenia się w kulistą konstrukcję, ale tylko pęcherzyki pokryte COPI i COPII również samoistnie „uszczypną” błonę, aby uwolnić pęcherzyk z jej błony wyjściowej. Pęcherzyki pokryte klatryną wymagają zewnętrznego mechanizmu uwalniania pęcherzyka (rysunek \(\PageIndex{19}\)).

Rysunek \(\PageIndex{19}\). Monomery dynaminowe, z których każdy jest Gtpazą, polimeryzują wokół szyi pęcherzyka. Gdy GTP jest hydrolizowany, „pętla” dynaminy napina i ściąga pęcherzyk.

gdy pęcherzyk prawie się skończy, nadal istnieje niewielka łodyga lub szyjka błony, która łączy pęcherzyk z błoną. Wokół tej łodygi dynamiczne cząsteczki GTP łączą się w konstrukcję pierścieniową / spiralną. Cząsteczki dynaminy są globularnymi Gtpazami, które kurczą się po hydrolizie GTP. Kiedy łączą się wokół łodygi pęcherzyka, każde białko dynaminy kurczy się, z połączonym efektem zwężenia łodygi na tyle, że membrana ściska się razem, zamykając i uwalniając pęcherzyk z błony wyjściowej.

Rysunek \(\PageIndex{20}\). Glicerofosfolipidy wytwarzane są głównie w ER. Chociaż ER tworzy również prekursory ceramidów dla sfingolipidów, sfingolipidy są wytwarzane tylko w Golgach.

chociaż lipidy i błony zostały omówione w rozdziale 4, zaniedbaliśmy omówienie lokalizacji ich syntez u eukariotów. Jak pokazuje rysunek \(\PageIndex{20}\), synteza niektórych typów lipidów jest segregowana i wyłączna. Glicerofosfolipidy powstają głównie w retikulum endoplazmatycznym, chociaż powstają również w mitochondriach i peroksysomach. Natomiast sfingolipidy nie są wytwarzane w ER (choć ich prekursorami są ceramidy)u ssaków, niezbędne enzymy znajdują się w świetle cis i golgach przyśrodkowych. Istnieją dowody na ruch pęcherzyków przedtrzonowych i wstecznych między różnymi przedziałami Golgiego i ER, co teoretycznie wskazywałoby na redystrybucję typów lipidów. Jednak sfingolipidy mają tendencję do agregacji w tratwy lipidowe i wydają się być bardziej skoncentrowane w pęcherzykach poruszających się po przeszczepie.

białka płaszcza odpadają wkrótce po uwolnieniu pęcherzyków. W przypadku klatryny proces obejmuje Atpazę Hsc70. Jednakże w przypadku pęcherzyków powlekanych COPI lub COPII hydroliza GTP na ARF / Sar1p wydaje się osłabiać powinowactwo białka płaszcza do adapterów i inicjuje odklejanie. Aktywator GTPase jest szczeliną ARF (lub Sec23p) i jest integralną częścią powłoki COP I (lub II).

pęcherzyki przewożą dwie kategorie ładunków: białka rozpuszczalne i białka transbłonowe. Z rozpuszczalnych białek niektóre są pobierane w pęcherzyku z powodu wiązania się z receptorem. Inne białka po prostu się w pobliżu i są zbierane w miarę tworzenia pęcherzyków. Czasami pobiera się białko, które nie powinno być; na przykład PDI może być zamknięty w pęcherzyku tworzącym się z ER. Ma mało funkcji w Golgim i jest potrzebny na ostrym dyżurze, więc co się z nim dzieje? Na szczęście PDI i wiele innych białek ER ma C-końcową sekwencję sygnałową, KDEL (lizyna-kwas asparaginowy-kwas glutaminowy-leucyna), która krzyczy „należę do ER.”Sekwencja ta jest rozpoznawana przez receptory Kdel wewnątrz Golgiego, a wiązanie białek KDEL z receptorami wyzwala tworzenie pęcherzyków, aby wysłać je z powrotem do ER.

pęcherzyki wydzielnicze mają szczególny problem z rozpuszczalnym ładunkiem. Gdyby pęcherzyk polegał po prostu na zamykaniu w nim białek podczas procesu tworzenia, trudno byłoby uzyskać wysokie stężenia tych białek. Wiele wydzielanych białek jest potrzebnych organizmowi szybko i w znacznych ilościach, dlatego w transgatoriach istnieje mechanizm agregacji białek wydzielniczych. Mechanizm wykorzystuje agregujące białka, takie jak secretogranin II i chromogranin B, które łączą białka docelowe w dużych skoncentrowanych granulkach. Te graniny działają najlepiej w środowisku transgenicznym o niskim pH i wysokim Ca2+, więc gdy pęcherzyk uwalnia swoją zawartość poza komórkę, wyższe pH i niższy Ca2+ rozpadają Agregaty, uwalniając poszczególne białka.

podczas dojrzewania Golgiego następuje stała zmiana pH, tak że gdy przechodzimy z ER do Golgiego, każdy przedział ma stopniowo niższe (bardziej kwaśne) pH lumenalu.

wreszcie jest kwestia ukierunkowania pęcherzyków. Pęcherzyki są znacznie mniej użyteczne, jeśli są rzucane na pociąg towarowy i wyrzucane losowo. Dlatego istnieje mechanizm dokowania, który wymaga dopasowania białka V-SNARE na powierzchni cytoplazmatycznej pęcherzyka i T-SNARE na powierzchni cytoplazmatycznej błony docelowej. Fuzja pęcherzyka z błoną przebiega tylko wtedy, gdy jest dopasowanie. W przeciwnym razie pęcherzyk nie może się połączyć i przyczepić do innego silnika molekularnego, aby udać się do innego, miejmy nadzieję poprawnego, miejsca docelowego. Proces ten jest wspomagany przez wiązanie białek, które początkowo kontaktują się z przychodzącym pęcherzykiem i przyciągają go wystarczająco blisko celu, aby przetestować interakcję z białkiem werbla. Inne białka na pęcherzyku i błonie docelowej następnie oddziałują i jeśli sidła dopasować, może pomóc „wciągnąć” pęcherzyka do błony docelowej, po czym membrany bezpiecznik. Ważną zasadą zrozumienia fuzji pęcherzykowej, a także kierunkowości białek błonowych i lipidów, jest to, że cytoplazmatyczna strona błony zawsze będzie skierowana do cytoplazmy. W związku z tym białko, które ostatecznie znajduje się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej, zostanie wprowadzone do powierzchni lumenalnej błony ER, aby rozpocząć.

Rysunek \(\PageIndex{21}\). Pęcherzyki najpierw wchodzą w interakcję z białkami wiążącymi (a), które pomagają zamknąć pęcherzyki i błony docelowe. Sidła mogą wtedy oddziaływać na siebie, a jeśli się dopasują, zaczną się obracać wokół siebie, zapadając dwie membrany bliżej, Gdy się skręcają.

dokładniej, gdy pęcherzyk zbliża się do błony docelowej, wiązanie białka Rab-GTP, które jest połączone z błoną docelową za pomocą podwójnego ogona lipidowego geranylgeranylu, luźno łączy się z pęcherzykiem i utrzymuje go w pobliżu błony docelowej, aby dać siłom szansę na działanie. V-SNAREs i T-SNAREs mają teraz możliwość interakcji i przetestowania meczu. Ostatnio Werble zostały przemianowane odpowiednio na R-Werble i Q-Werble, w oparciu o zachowane pozostałości argininy i glutaminy. Oprócz tych dwóch pierwotnych werbli, co najmniej jeden inny werbel jest zaangażowany, razem tworząc wiązkę czterech α-Helis (cztery, Nie trzy, ponieważ przynajmniej w najlepiej zbadanym przykładzie, jeden z werbli jest wygięty wokół tak, że dwie z jego Alfa-helikalnych domen uczestniczą w interakcji. Cztery helisy owijają się wokół siebie i uważa się, że w ten sposób ciągną pęcherzyki i błonę docelową razem.

Toksyna tężca, tetanospasmina, która jest uwalniana przez bakterie Clostridium tetani, powoduje skurcze, działając na komórki nerwowe i zapobiegając uwalnianiu neuroprzekaźników. Mechanizm tego polega na tym, że rozszczepia synaptobrew, białko werbla, Tak że pęcherzyki synaptyczne nie mogą łączyć się z błoną komórkową. Toksyna botulinowa, z Clostridium botulinum, działa również na sidła, aby zapobiec fuzji pęcherzyków i uwalnianiu neuroprzekaźników, chociaż atakuje różne neurony, a więc ma odwrotny efekt: tężec jest spowodowany zapobieganiem uwalnianiu neuroprzekaźników hamujących, podczas gdy botulizm jest spowodowany zapobieganiem uwalnianiu pobudzających neuroprzekaźników.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Previous post Słowniczek
Next post 3 Przepisy na koktajle z mleka kokosowego