A citoszol szolubilis fehérjéi. A citoplazma matrix (citoszol) Caspase /Kaszpáz/ 1. Enzimek. - Organellumok nélküli citoplazma

Átírás

1 A citoplazma matrix (citoszol) A citoszol szolubilis fehérjéi 1. Enzimek - Organellumok nélküli citoplazma -A sejt fejlődéstani szempontból legősibb része (a sejthártyával együtt) Glikolízis teljes enzimrendszere Glükoneogenézis enzimeinek többsége Aminosav aktiválás enzimei Fehérje degradáló enzimek: Kaszpáz, Kalpain Caspase /Kaszpáz/ A caspase a cysteine fehérjék egyik csoportja, amely más fehérjéket hasít. A caspase (kaszpáz) elnevezés a cysteineasparatic-acid-proteases elnevezésből ered. Az 1990-es évek közepén fedezték fel. Két fajtája van: - iniciátor (kezdeményező) caspase - effector caspase Az emberi szervezetben 9 féle caspase-t azonosítottak. Az ún. iniciátor kaszpáz enzimeket különböző hatások aktiválják. Az exogén indukáló hatások között szerepel pl. a növekedési faktor (NF) hiány, vagy a halál szignálok, mint a tumor nekrózis faktor (TNF) megjelenése. Ezek specifikus sejtfelszíni receptorok közvetítésével aktiválják a kaszpáz rendszert. Az endogén aktivátorok között alapvető a mitokondriumok sérülése következtében a citoszólba jutó citokróm-c. Az iniciátorok az effektor kaszpáz enzimeket aktiválják. Ezek szubsztrátjai különböző citoszkeletális, szignál transzdukciós fehérjék, számos sejtmag fehérje, stb A halál szignálok hatására a kaszpáz rendszer tagjai egymást láncreakciószerűen aktiválják és végül a kaszpáz kaszkád a sejt létfontosságú struktúráinak lebontásával ún. programozott sejthalálhoz (apoptózis) vezethet. Az aktivált kaszpáz rendszer elkezdi a sejt fehérjéinek lebontását, majd aktiválódnak a sejtmag endonukleáz enzimei is, amelyek a sejtmag DNS molekuláit feldarabolják. Ezek az enzimatikus folyamatok végül a sejt morfológiai változásain át a sejt pusztulásához vezetnek. 1

2 A p53-protein A sejtciklus leállításában és az apoptózis megindításában van szerepe. Leállítja a sejtciklust a DNS replikáció előtt, míg a hibát ki nem javítja a sejt. Ha a hibajavítás elmarad, apoptozis következik be. A p53 szupresszorgén mutációja esetén nem termel a sejt p53-proteint és rosszindulatú daganatok alakulhatnak ki. A rákos sejtek közel felében kimutatható a p53 gén mutációja. Calpain (Kalpain) Inaktív procalpainként van jelen a citoszólban, Ca 2+ hatására aktiválódik. Fő szubsztrátjaik egyes citoszkeletális, szignál transzdukciós, valamint nuclearis fehérjék. Gátlójuk a kalpasztatin. Szerepük a sejtregulációs folyamatokban, illetve a sejt nekrotikus elpusztulásában van. 2. Stressz fehérjék (molekuláris chaperonok, dajkafehérjék) Metallothioneinek (kis molekulatömegű cisztein tartalmú fehérjék) szerepük: - esszenciális fémek (Cu, Zn) homeosztázisa - toxikus nehézfémek megkötése Hősokk fehérjék (konzervatív szerkezetű, általánosan elterjedt fehérjék) szerepük: - a riboszómákon szintetizáló fehérjék védelme (folding) - a fehérjekomplexek kialakulásának segítése (pl. szteroid hormonreceptorok, aril-hidrokarbon receptorok védelme) - a fehérjék sejten belüli transzportjának biztosítása (unfolding) - a magas hő és egyéb stresszhatások elleni védelem A stresszfehérjék részletes bemutatása -A stresszfehérjék olyan fehérjék,amelyek megszabják az adott fehérje sorsát a sejten belül. -Sejten belüli mennyisége a környezeti stresszek hatására növekedni szokott vagy a fehérjék károsodása is bekövetkezik. -A stresszfehérjék családjaira pl.: hősokkfehérjékre, glükózregulált fehérjékre azért van szükség, hogy a stressz hatására károsodott fehérjék helyretekerésében nagyobb mértékben tudjanak közreműködni. -A stresszfehérjék a sejten belüli védekezési mechanizmus elemei. Hogyan tekerednek a fehérjék? -Egymást illetve magukat tekerik -Segítik a többi fehérje tekeredését, de számos fehérje tekeredéséhez nem nélkülözhetetlen. A stresszfehérjék segítenek: 1. citoplazma rendjének kialakításában 2. jelátvitelben 3. sejten belüli fehérjetranszportban 4. fehérjelebontásban 5. sejtciklus szabályozásában 2

3 STRESSZFEHÉRJÉK CSALÁDJAI Miért kell ennyiféle hősokkfehérje? -A kismértékű hősokkfehérjék nem tudják a károsodott fehérjéket helyreállítani, azonban át tudják adni őket a Hsp 70 család tagjainak, melyek képesek a károsodott fehérjék visszatekerésére. -A kismértékű hősokkfehérjék a stressz alatt addig őrzik az elrontott fehérjéket, amíg a stresszfehérjék szabaddá nem válnak. HSP 90 -A citoplazma 1-3 %-át is kiteheti -Peptideket, RNS-t és nukleotiddarabkákat is köt. -A károsodott fehérjéket addig tartogatja amíg Hsp 70-nek vagy Hsp 60-nak át nem tudja adni. -A fehérje szerkezetét az ábra mutatja. HSP 60 -A legkorábban megismert stresszfehérjék egyike. -Komplex, pohárszerű szerkezete azért fontos, mert a tekerendő fehérjét a külvilág elől el tudja rejteni. 3

4 -Az elrontott fehérje a Hsp 60 üregének belső falához köt.(1) -Amikor a Hsp 60 üreget a Hsp -10 befedi(2). - Hidrolízis közben a Hsp60 duplapohár alsó végének szerkezete megváltozik(3) -Ha alul újabb szubsztrát köt hozzá(4) a Hsp10 sapkát és a felső szubsztrátot kilöki az üregből. Hsp 70 MEMBRÁNFOLTOZÁS - Szerepe van a jelátvitelben - A membránfehérjék betekeredéséhez is nélkülözhetetlen - Legfontosabb feladata az ionkoncentrációval, redukáltsági fokkal és fehérjekészlettel rendelkező sejtterek elválasztása. - Semleges Ph-n negatív töltésekkel rendelkeznek. - Egy ilyen molekula a hidrofób membránon nem halad át magától, ezért egy lyukat kell ütni a membrán falán. - A lyuknak kicsinek kell lennie, mert ha nagy, az ionok és más molekulák koncentrációja is kiegyenlítődik a membrán két oldalán. STRESSZFEHÉRJÉK ÉS A DNS KETTŐZŐDÉSE -Az eukarióta örökítőanyag a sejtmag vázába ágyazódik be hisztonfehérjékkel körülbástyázva. -Segítségre van szükség ahhoz, hogy a hisztonok szokásos DNS-hez kötődő csomagokba rendezett szerkezete kialakulhasson. -Ezt a nukleoplazin biztosítja. -Ez felelős, hogy a spermium protaminba csomagolt DNSét a petesejt megtermékenyülése után hisztonokba csomagolja át. -A nukleoplazin kötődését a hisztonokhoz vagy a protaminhoz egy egymás után 20 negatív töltésű glutaminsavat tartalmazó fehérjerészlete biztosítja. Jelátvitel a stressz idején -Speciális stresszkinázok aktivációja figyelhető meg, melyek számos fehérjét foszforilálnak, ezáltal aktiválnak a védekezési folyamatban. -A stresszkinázok aktivációja hozzájárul ahhoz, hogy károsodások után a sejtben meginduljon a programozott sejthalál folyamata. STRESSZFEHÉRJÉK AZ ORVOSTUDOMÁNYBAN 4

5 Alzheimer-kór -Az agy bizonyos részein megcsappan az idegsejtek száma. -Az idegsejtek egy része acetilkolin nevű ingerületátvívő anyaggal működik melyet az acetil-kolin-eszteráz enzim bont le. -Az agy bizonyos területein fehérjezárványok, amiloidplakkok találhatóak, amelyek a β-amiloid fehérje szabályos szerkezetű sejten kívüli aggregátumai. - Az idegsejten kívül a β-amiloid okoz bajt, melynek érése során az első 40 aminosav lehasítására is sor kerülhet, ilyenkor az aggregátumok a Golgi-rendszerben keletkeznek. Egy egészséges és egy Alzheimerkóros agya Parkinson-kór - A Parkinson-kór esetében is fehérjeaggregációs zavarok lépnek fel. - Az aggregátumok többsége α-szinuklein, mely az aggregációra hajlamos α-hélix helyett β-redős lemezt képző, mutáns formában fordul elő. PRIONOK - A selejtes fehérjék feldúsulnak mert olyan szerkezetű fehérje áll elő, amely még a teljesen ép fehérjelebontó mechanizmusoknak is ellenáll. Pl.: szivacsos agylágyulás - Normális α-hélixet tartalmazó állapotában mindenki agyában megtalálható. - Ahol egészséges prionfehérjék vannak, α- hélix-ből β-redős lemez lesz. - A beteg prionokat a bélcsatorna proteáz enzimei nem tudják lebontani. - Az emberi prionbetegség egyike a kuru, ami a kannibalizmus következménye. -Stanly Prusiner derítette ki, hogy a fehérje jelen van az egészséges állatokban is, csak a térszerkezete más. -A prion átalakítja az egészséges fehérjét fertőzővé. -Így a fehérjék eléggé hasonlóak. - A bekerült fehérjék megváltoztatják az emberi fehérjék térszerkezetét, ami az agyszövet pusztulásához vezet. A prion egészséges(balra) és beteg(jobbra) formája. 5