Az endoplazmatikus membránrendszer Részei: DER /durva (szemcsés) endoplazmatikus retikulum/ SER /sima felszínű endoplazmatikus retikulum/ Golgi készülék Lizoszómák Peroxiszómák Szekréciós granulumok (váladékszemcsék) Maghártya DER (Felületén riboszómák találhatók) Feladata a biológiai fehérjeszintézis Riboszómák Egy kisebb és egy nagyobb részegységből álló ribonukleoprotein részecskék A transzlációban éppen részt nem vevő inaktív riboszómák disszociált állapotban vannak. A polipeptidlánc szintézisének iniciációjakor a két alegység egyesül,a szintézis végén pedig ismét szétválik (ismétlődő riboszómaciklus). Policisztronos, azaz több polipeptidlánc szerkezetére vonatkozó információt hordoz. Az információ az AUG kodonnal kezdődik Prokarióta mrns A STOP kodont követi a következő polipeptid START kodonja (AUG) Az AUG előtt egy nem kódoló szakasz van, a riboszómához kötődést segíti Az első polipeptidet kódoló szakasz a STOP kodonnal fejeződik be A kódszótár Egy-egy aminosavnak megfelelő nukleotidhármast nevezünk kodonnak. Az mrns-ben jelen lévő 4 bázis mindegyike a kodonban 3 lehetséges helyen fordulhat elő 64 különböző kodon jön létre (a fehérjékbe csak 20 aminosav épül be). Startkodon: AUG (Metionin) Stopkodonok: UGA, UAG, UAA Az olvasási keret a START kodontól A STOP kodonig tart 60 kodon oszlik meg 19 aminosav között Egy aminosavat egynél több kodon is meghatározhat (degenerált) Egy kodon azonban mindig csak egy aminosavnak felel meg (egyértelmű) A genetikai kód néhány kivételtől eltekintve univerzális 1
Adapter szerepét látja el. A trns A trns A komplementerek által létrehozott másodlagos szerkezetsíkban kivetítve lóhere alakot hoz létre. Jellegzetességei: HURKOK: I., II., III., IV. Dihidrouracil tartalmú nukleotid Timidin- Pszeudouridin- Citidin szekv. 3 OH végén CAA nukleotidsorrend (mozgékony) 5 vége foszforilálódott Térbeli szerkezete L alakú a hidrogénhidak 5 oldalon egy pirimidint tartalmazó nukleotid Nagysága változatos (variábilis) által kialakított szerkezet miatt Animáció Az antikodon hurokban az ANTIKODONT 3 bázis alkotja 3 oldalon egy módosított purint tartalmazó nukleotid Kodon-Antikodon lötyögés Azonos aminosavat jelző különböző kodonokat (ha azok csak a 3. betűjükben különböznek egymástól), gyakran ugyanaz a trns molekula ismeri fel. A kodon-antikodon kapcsolatban 3 bázispár alakul ki, a komplementerantiparalel nukleotidok kapcsolata nem olyan szigorú mint a DNS-ben. Kautikus redukció Az aminosavat szállító trns felismerését, maga az aminosav nem befolyásolja A kodon 3. helyen lévő bázisa és az antikodon 1. helyen lévő bázisa között jön létre a kodonantikodonkapcsolat A alanin beépült oda, ahová az alaninnak kellett volna. Kísérleti úton a ciszteint katalitikus hidrogénezéssel redukálták. A cisztein SH- oldalláncát metilcsoporttá, így a ciszteint alaninná alakították Aminoacil-tRNS szintetázok A trns molekula és a az aminosav közötti kapcsolat kialakításáért felelősek. Aminosav aktiválása Aminoacil-AMP képződik A sejt legnagyobb specifitású enzimei közé tartoznak. Pirofoszfát hasad le AMP hasad le Savanhidrid kötés Aktivált aminosav átvitele a specifikus trns-re Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa Iniciáció Az mrns a riboszóma kis alegységéhez kötődik Iniciációs komplex (30S) Az AUG kodonhoz az iniciátortrns antikodonja kapcsolódik GTP + iniciációs faktorok (IF1, IF2, IF3) szükségesek a kialakulásához Animáció A kezdő metionin formileződik, ezt szállítja az iniciátor trns (trns fmet ) 50S alegység 2
Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa Elongáció EF-TU Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa Elongáció A második aminosav aminocsoportja peptidkötést alkot a formil metionin karboxilcsoportjával A folyamatot az 50S alegység peptidil transzferáz enzime katalizálja EF-Ts Animáció Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa Elongáció-Transzlokáció Az AUG kodon és az üres iniciátor trns legördül a P helyről, ide a második aminosavnak megfelelő kodon és és a kéttagú peptidet hordozó trns kerül Polipeptidlánc szintézisének mechanizmusa Termináció Az A helyen megjelenik valamelyik a STOP kodonok közül Újabb trns molekulák helyett terminációs faktorok kötődnek (RF1, RF2) A folyamat GTP-t igényel, amiben a EF-G (transzlokáz), segédkezik Az A helyen megjelenik a lánc 3. tagját meghatározó kodon A riboszóma alegységeire esik A polipeptid-transzferáz lehasítja a polipeptid láncot az utolsó trns-ről (P hely) Animáció Miután az első riboszóma elhagyta az mrns leolvasása közben az első kb. 80 nukleotidnyi szakaszt, újabb riboszóma kezdi el a szintézist a láncon. Poliszóma Fehérjeszintézis a mitokondriumban Osztódással szaporodik Önálló genetikai rendszerrel rendelkezik (cirkuláris DNS) 2 rrns gén 13 fehérje gén Annyi amennyi elfér a láncon. A poliszómaszerkezet stabilizálja a láncot. Animáció Az mrns 5 végén nem jelenik meg a Cap, de a 3 végén megtalálható a Poli-A farok 22 trns gén Nem tökéletesen érvényes a genetikai kód univerzálissága UGA=Triptofán AGG=STOP kodon AUA=Metionin 3
Vezikuláris transzport A DER-ben termelt fehérjék transzport vezikulumok Golgi ciszternák lizoszóma szekréciós granulumok exocitózis A transzport vezikulumok (burkolt vezikulumok) típusai: - A klatrin nevű fehérjék a sejthártyáról és a Golgi transz- lemezeiről lefűződő vezikulák transzportját segítik - A nem klatrin típusú fehérjék (coatomerek) a DER és a Golgi cisz-lemezei és a Golgilemezek közti vezikuláris transzportot segítik 4
5
6
Golgi-készülék Felépítése: - 3-8 egymás mellett párhuzamosan álló membránnal fedett lapos üreg - Az üregek fala a Golgi lamella - Az üregek a Golgi ciszternák: cisz mediális transz ciszternák, melyek tányér (v. palacsinta) szerűen fekszenek egymáson Feladata: Fehérjék osztályozása és továbbítása szénhidráttal való jelölés révén 7
8
Lizoszómák 1. Primér lizoszómák - a Golgi készülékben szintetizálódott savas hidroláz enzimeket tartalmazzák - Funkciói: extracelluláris emésztés intracelluláris emésztés autolízis 2. Prélizoszómák (fagoszómák) - Heterofagoszómák (a sejt környezetéből felvett fagocitált anyagokat tartalmazzák) - Autofagoszómák (a sejt sérült, elöregedett vagy feleslegessé vált anyagait tartalmazzák) 9
3. Szekunder lizoszómák A primer lizoszómák és a fagoszómák fúziójával keletkeznek Sejten belüli emésztés 4. Posztlizoszómák (reziduális testek) - Autokatalitikus, autooxidációs folyamatok játszódnak le - A lipidek oxidációja és polimerizációja során lipofuscin pigmentek halmozódnak fel (sárgásbarna színűek) - A tirozin és adrenalin származékokból melanin keletkezik (fekete színűek) 10
Sima felszínű endoplazmatikus retikulum Funkciói: 1. Lipidszintézis Szteroidok szintézise (koleszterin, hormonok, epesavak) Zsírsavak szintézise Foszfatidok szintézise 2. Poliszacharidok szintézise glikogénképzés cellulózképzés 3. Kationok akkumulációja és mobilizálása a; tengeri madarak sómirigyeiben NaCl felhalmozása b; a szarkoplazmatikos retikulumban Ca akkumulálás (A kalcium az izommembrán depolarizációjának hatására szabadul fel izom összehúzódás) 4. Detoxifikációs folyamatok A testidegen anyagokat xenobiotikumoknak nevezzük (pl. lipofil szennyező anyagok, nehézfémek) A xenobiotikumok átalakítása a biotranszformáció Az élőlények többsége nem passzív befogadója az őket érő hatásoknak: rendelkeznek védelmi rendszerekkel, melyek a toxikus anyagok semlegesítését, kiválasztását végzik. Ha a felvétel és akkumuláció sebessége meghaladja a biotranszformáció és kiválasztás sebességét az akkumulálódott anyagok toxikussá válhatnak. Ahhoz, hogy egy vegyület a vizelettel vagy az epével távozzon a szervezetből, ezeket az anyagokat hidrofillé kell alakítani. Ezt a feladatot látja el a SER. A biotranszformáció A biotranszformáció alapja olyan oxidációs enzimrendszer, mely számos lipofil vegyület (poliaromás szénhidrogének, peszticidek, gyógyszerek, stb.) metabolizálására képes. Szervei: a máj, vese, bél, halak kopoltyúja, stb. A folyamat két fő fázisból áll. I. Oxidációs, redukciós vagy hidrolitikus folyamatok játszódnak le a citokróm P 450 függő monooxigenáz (MFO) enzimrendszer segítségével Az enzimrendszer a xenobiotikumra egy oxigén atomot köt, míg az O 2 másik atomját a NADPH segítségével vízzé redukálja. A molekulába kerülő reakcióképes csoport (pl. hidroxil, amino, szulfidril) miatt polárosabb és toxikusabb köztes termék keletkezik. II. Konjugációs lépés Más enzimek reakcióképes csoporton keresztül hidrofil csoportot (glükuronsav, kénsav, glicin, glutation) konjugálnak a vegyületekhez (metabolithoz) kevéske toxikus, vízoldékony termékek keletkeznek epe ill. vizelet útján ürülnek A metallothioneinek génexpressziója A P4501A1 gén indukciója 11
Peroxiszómák (mikrotestek, microbody) Felépítésük: Morfológiailag a lizoszómákhoz hasonló sejtorganellumok (membránnal határolt, többnyire gömbölyű testecskék) Eredetük: Ősi eukarióta sejt méregtelenítő organellumai lehettek Működésük: Oxidatív folyamatokat katalizáló enzimeket tartalmaznak (peroxidáz, kataláz) H 2 O 2 kataláz 2H 2 O + O 2 H 2 O 2 + AH 2 peroxidáz 2H 2 O + A Spontán dizmutáció: Antioxidáció Enzimatikus elimináció: 12