BI 212- Protein Sorting - Kap. 17 Syntese og mål for mitokondrie- og kloroplast-proteiner (forts.)

Transkript

1 Syntese og mål for mitokondrie- og kloroplast-proteiner (forts.) Veiene for opptak fra cytosol av kloroplast-proteiner Opptak av proteiner fra cytosol til kloroplaster ligner mye på mitokondrie-importen (se Figure 17-1). Precursor for S-underenheter til rubisco produseres i cytosol, kobles til cytosoliske chaperoner (holdes ufoldet ) og har en stroma-importsekvens (Figure 17-7).Her deltar også Toc86 reseptorer i ytre kloroplastmembran, transportkanal dannet av Toc75, GTP bundet til Toc34 for konformasjonsendringer. I stroma bindes proteinet til Hsc70 og delvis folding skjer med avsnøring av stromaimport-sekvens (Figure 17-7, 2). Modent rubisco dannes i stroma ved kobling mellom 8 S-underenheter fra cytosol og 8 L-underenheter (bundet til chaperonin Hsc60) dannet i kloroplast-ribosomer. Figure 17-7

2 Syntese og mål for mitokondrie- og kloroplast-proteiner (forts.) Veiene for opptak fra cytosol av kloroplast-proteiner Proteiner målrettet for thylakoider må gjennom ytre og indre kloroplastmembran og stroma, før de kommer til thylakoidemembranen og evt. lumen i thylakoiden som for plastocyanin og metall-bindingsproteinet. Figure 17-8 For lumen kreves 2 målsekvenser. Fire thylakoide-importsystemer er påvist - to er vist i Figure Figuren må forståes og læres.

3 Syntese og mål for peroxisom -proteiner (Del 17.2) Målsekvenser for proteiner til peroxisom-matriks Alle proteiner til peroxisomene dannes fra kjerne-dna og syntetiseres på ribosomer i cytosol. Alle enzymer i peroxisomene bruker O 2 for å oksidere ulike substrater til H 2 O 2. Katalase nedbryter umiddelbart det toksiske H 2 O 2 Peroxisomale proteiner er foldet til endelig konfomasjon i cytosol før transporten inn i organellen. Transporten inn krever ATPhydrolyse men ingen elektrokjemisk gradient. Opptaks-mål-sekvensen i katalase er en Ser-Lys-Leu-sekvens (SKL) på C- terminus-enden. Forøvrig kreves det cytosoliske reseptor-proteinet PTS1R og reseptor-proteinet Pex14p i peroxisom-membranen. Syntesen og opptaket av katalase er vist i Figure og må læres. Figure 17-10

4 Syntese og mål for peroxisom -proteiner (Del 17.2) Visse sykdommer skyldes genetisk defekt ved opptak av peroxisomproteiner Autosomale ressesive mutasjoner som gir ikke-funksjonelle peroxisomer gir f.eks. Zellweger syndrom. Skyldes manglende import av de fleste proteiner i matrix i peroxisomet. Adrenoleukodystrofi (ALD) er en sykdom som skyldes manglende peroxisomal oksidasjon av lange fettsyre-kjeder - mangler fett-acyl CoA synthase. ALDgenet er ansvarlig for syntesen av ALD-protein som sikrer peroxisomal transport av fett-acyl CoA synthase fra cytosol.

5 Oversikt over de sekretoriske syntese- og transportveier (Del 17.3) Transportveien for sekretoriske proteiner Den sekretoriske syntesevei omfatter proteiner syntetisert på r-er og som blir videre modifisert i Golgi, lysosomer eller endosomer (se Figure 17-1). En oversikt over klasser av konstitutive og regulerte sekretoriske proteiner og syntesested er vist i Table 17-3.

6 Oversikt over de sekretoriske syntese- og transportveier (Del 17.3) Transportveien for sekretoriske proteiner Sekretoriske proteiner dannet i ER og bygget inn i transport-vesikler - beveger seg fra r-er eller fusjonerer til cis-golgi-nettverket (Figure 17-13). Fra cis-golgi vil noen proteiner vende tilbake (retrograde) til ER. Gjennom cisternal progresjon vil en cis- Golgi stabel med sitt innhold i lumen bevege seg fra cis mot trans-posisjonen - ved først å gjennomgå en medial funksjon. Samtidig vil det skje en retrograde transport hvor noen proteiner ved avsnøring av større vesikler vender tilbake fra senere (dvs. mer modne) til tidligere cisterner. Fra trans-golgi vil tilslutt sekretoriske vesikler transporteres til celleoverflaten som vist i den meget viktige oversiktsfigur - Figure

7 Oversikt over de sekretoriske syntese- og transportveier (Del 17.3) Transportveien for sekretoriske proteiner (forts.) Summarisk kan det sies at sentrale trekk i denne transporten er : Retrograde transport (tilbakeføring) skjer både fra Golgi til ER og mellom de ulike Golgi-deler (cis-, medial- og trans-golgi) Fra trans-golgi vil det enten skje en regulert eller konstitutiv (kontinuerlig) sekresjon til plasmamembranen (se Table 17-3) for sekresjon ved exocytose. Noen proteiner sorteres også til lysosomal aktivitet. Hele veien gjennom ER og Golgi bearbeides (modnes) proteinene til deres endelige funksjon.

8 Oversikt over de sekretoriske syntese- og transportveier (Del 17.3 forts.) Modningsprosesser i Golgi avgjør transportretninger Mens man tidligere trodde at sekreterte proteiner beveget seg fra cis-, medial- til trans-golgi via små transport-vesikler, mener man idag - som nevnt før - at det er cis-stabelen som utvikles/modnes progressivt fra cis- til transfasen. Bevegelse via vesikler skjer fra senere til tidligere faser (retrograde) - derved vil enzymer som skal til for å modifisere sekretoriske proteiner, først modnes før de transporteres via vesiklene til sitt arbeidsted. Glykoproteiner i plasma-membraner - sml. med sekretoriske proteiner Den modningen som finner sted i de kontinuerlig sekreterte proteiner skjer også i plasma-membran glyko-proteiner. Dette gjelder glycophorin i erytrocytter, Na/K-ATPaser i plasma-membranen og cellulose-produserende enzymer i plante- plasma-membranen.

9 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) I DEN PÅFØLGENDE DELEN AV KAP. 17 BLIR DET PRESENTERT UTVALGTE DETALJER MED UTGANGSPUNKT I FIGURE Betydningen av signalsekvenser Sentrale spørsmål i den sekretoriske transportvei er ; Hvilke målsekvenser benyttes i transporten? Hvordan vil de sekretoriske proteiner krysse membranen? Hvilke energiformer brukes til transporten over membranen?

10 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) Signalsekvenser og ER-membranen Sekretoriske proteiner syntetiseres på ribosomer som knyttes til ER pga en signalaminosyre-sekvens som også har en hydrofobisk kjerne (Table 17-4). Sekvensen gjør også at proteinet kan krysse ER membranen og proteinet kommer inn i lumen hvor signalsekvensen fjernes av signal-peptidaser.

11 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) Signalsekvenser og ER-membranen Arbeid med mikrosom-fraksjoner (fragmenter av r-er) har gitt kunnskap om ER-signalsekvenser. Forsøk i Figure viser at i celle-frie systemer vil proteiner med signalsekvenser beveges inn i mikrosomer ( dvs. lumen av ER) når disse er tilstede med ribosomer under syntesen av proteinet. Dette viser at transporten av de fleste og større sekretoriske proteiner inn i ER-lumen skjer under translasjonen av proteinet - kalles cotranslasjonell-transport. Noen små sekretoriske proteiner bindes ufoldet til chaperoner (sml. mitokondrier) og gjennomgår posttranslasjonell-transport etter ankomst i ER-lumen. Figure 17-15

12 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) (forts.) Via transmembran-proteiner til ER lumen Sekretoriske proteiner som skal syntetiseres på ribosomer festet til ERmembranen, finner membranen pga en cytosolisk signal-gjenkjennelses-partikkel (SRP) og en SRP-reseptor (Figure 17-16). Alle detaljer i Figure må læres. Figure 17-16

13 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) (forts.) Via transmembran-proteiner til ER lumen SRP er isolert og renset fra mikrosom-fraksjoner og strukturen klarlagt ; 300 nukleotid RNA pluss seks proteiner (Figure 17-17; inkl. P54 med methioninrester med hydrofobiske sidekjeder som bindes til den hydrofobiske kjernen i ER- signalsekvensen). Komplekset av SRP, peptid-kjeden og ribosomet bindes til SRP-reseptoren (to underenheter α og β ) på ER-membranen. Figure Strukturen til signal-gjennkjennelses- Partikkel (SRP)

14 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) (forts.) Via transmembran-proteiner til ER lumen En samling av kanaltransmembranproteiner inkl. proteinet TRAM (translocating-chainassociated membrane) og Sec61-komplekset, sikrer translokasjonen av proteinet.det hele kalles translocon (se Figure 17-18). Etter å ha kommet inn i ER-lumen i en ufoldet tilstand skjer foldingen av proteinet hvor chaperonet Hsc70 og ATP deltar. Figure 17-18

15 Transport av sekretoriske proteiner over ER-membranen (Del 17.4) (forts.) GTP-hydrolyse av betydning for protein-transport til ER Bindingen til og frigjøringen fra SRP-reseptoren krever energi i form av GTP og dens hydrolyse (Figure 17-20). Figure 17-20