Az endomembránrendszer Szerkesztette: Vizkievicz András Az eukarióta sejtek prokarióta sejtektől megkülönböztető egyik alapvető sajátságuk a belső membránrendszerük. A belső membránrendszer szerkezete megegyezik a unit membrán felépítésével. Az endomembránrendszer biztosítja a kompartmentalizációt, azaz lehetővé teszi az egyes anyagcsere-folyamatok térbeli elkülönülését. A sejten belüli membránrendszer a sejt működésében alapvető jelentőségű, összesített felülete többszörösen felülmúlja a sejthártya felszínét. Az endomembránrendszer részei. Az endoplazmatikus retikulum - ER o A durvafelszínű endoplazmatikus retikulum - DER o A simafelszínű endoplazmatikus retikulum - SER Golgi-készülék Lizoszómák Sejtmaghártya Az endoplazmatikus retikulum Óriási felületű membránrendszer, amely különböző alakú képződményeket alkot a citoplazmában. A felépítése és a feladatai alapján alapvetően két típusa van: a durvafelszínű endoplazmatikus retikulum - DER, a simafelszínű endoplazmatikus retikulum SER. A durvafelszínű endoplazmatikus retikulum DER A DER-t lapos zsákok bonyolult hálózata építi fel, amely kiterjedt kapcsolatban áll a sejtmaghártyával. Felületén riboszómák találhatók, amelytől felszíne szemcséssé válik. A DER a sejtből kikerülő ún. exportfehérjék, ill. a membránfehérjék keletkezésének a helye. Feladatából adódóan elsősorban intenzív fehérjeszintézist végző sejtekben található meg nagy mennyiségben, pl. mirigysejtekben. Szekréció elválasztás - alatt - a szteroid szekréciót kivéve - általában fehérje természetű anyagok termelését értjük. A fehérjék keletkezésének helyei a riboszómák. 1
Egy sejt riboszómái lapvetően két csoportba oszthatók. A szabad riboszómákon a citoplazmatikus fehérjék szintetizálódnak. A kötött riboszómákon - amelyek különféle belső membránok felületén helyezkednek el, mint pl. a sejtmaghártya, DER felületén - az exportra kerülő fehérjék és a sejthártya fehérjéi keletkeznek. A két csoport riboszómái között szerkezeti eltérés nincs. Az exportfehérjék szintézise Az elkészült mrns a poszttranszlációs módosításokat követően - sapka, farok, splicing - a citoplazmába kerül, ahol szabad riboszómákkal kapcsolódik. Az exportra kerülő fehérjék esetén a meginduló fehérje szintézisnek köszönhetően az N-terminálison először egy ún. szignál peptid jelenik meg. A szignál peptidet a citoplazmában található szignál felismerő részecske - SRP - azonosítja és komplementer szerkezete révén hozzákapcsolódik. A kötődés eredményeképpen a fehérje szintézis megáll, majd a SRP-polipeptid-riboszóma-mRNS komplex a DER-hez kötődik. Ezt követően a SRP leválik a szignál peptidről majd folytatódik a fehérje szintézis. Az így készülő fehérje már a DER üregébe kerül. A DER üregébe jutó fehérje további változásokon megy keresztül. A módosítások lényege, hogy bizonyos aminosavakhoz különféle oligoszacharidok kapcsolódnak. A fenti folyamatsorozatban elkészült fehérje a Golgi-készülékbe kerül, ahol újabb átalakuláson megy keresztül. A Golgi-készülék A Golgi-hálózat egymással párhuzamosan rendeződött lapos zsákokból áll, amelyek széléről folyamatosan apró hólyagok ún. Golgi-hólyagok (vezikulák) fűződnek le. Az ún. cisz oldala vezikulatranszport révén a DER-al áll kapcsolatban. A transz oldala a sejthártya felé esik, az innen lefűződő hólyagok a Golgi-vezikulák. Golgi-apparátus feladata az ER-ben szintetizálódott váladék- és membránfehérjék, illetve -lipidek fogadása, posztszintetikus módosítása, válogatása és továbbítása rendeltetési helyükre. A Golgi-készülékben történik: a szénhidráttartalmú összetett fehérjék módosítása (szénhidrátok fehérjékhez történő kapcsolódása). A membránfehérjék transzportja. Mirigysejtekben az elválasztásra kerülő fehérjék becsomagolása. 2
Lizoszómák előállítása. Bizonyos poliszacharidok - kitin - előállítása. A SER-en szintetizálódott membránlipidek foszfolipidek - továbbítása. A simafelszínű endoplazmatikus retikulum - SER A SER kevésbé általános, mint a DER. A sima felszínű ER mint egymásba fonódó csövek rendszere gyakran a citoplazma szélén helyezkedik el. A SER elsősorban azokra a sejtekre jellemző, amelyek speciális funkciót fejtenek ki. Szerepét tekintve igen szerteágazó működéseket végez. Membránlipideket termelnek. A membránlipidek többsége a SER-on szintetizálódik, majd a Golgi-készülékbe kerülnek. Az izomsejtekben az üregek Ca-raktárként működnek. A májsejtekben itt zajlik az egyes méreganyagok, gyógyszerek lebontása. Egyes belső elválasztású mirigyekben a szteroid hormon szintézis színhelye. A glikogén szintézisének első lépése a SER-ban történik, majd a folyamat további része a citoplazmában játszódik le. A sejten belüli emésztés A sejt belsejébe membránba burkoltan érkező, a fagoszómákban elhelyezkedő anyag megemésztését a lizoszómák végzik. A lizoszómák a Golgi-készülékből lefűződéssel keletkeznek. Első lépésben ún. primer lizoszómák keletkeznek. Ezek hidrolitikus, bontó enzimeket tartalmaznak. A fagoszóma a sejtbe kerülve kapcsolatba lép a pr. lizoszómákkal, és létre hozza a szekunder lizoszómát. Ilyenkor a membránok fúzionálnak, tartalmuk összekeveredik, és megkezdődhet az emésztés. A makromolekulák addig emésztődnek, amíg a keletkezett anyagok olyan méretűvé válnak, amelyek már az ismert transzportfolyamatokkal képesek átjutni a membránon. Az emésztési folyamat következtében a lizoszómában már csak az emészthetetlen anyagok maradnak vissza. Ekkor már tercier lizoszómáról beszélünk. Ez előbb vagy utóbb a plazmamembránhoz vándorol, és exocitózis révén tartalmát a sejten kívüli térbe juttatja. Az autofágia Az élőre folyamatos pusztulás és újraképződés jellemző, sejtalkotók pusztulnak és megújulnak. Az elöregedett sejtalkotókat ugyanaz a rendszer dolgozza fel, mint a sejtbe kívülről bejutott idegen anyagokat. A jelenség az autofágia. 3
Az elöregedett sejtalkotók - mitokondrium, ER, Golgi - membránba burkolódznak, amely az ER-ból vagy a Golgi-ból származik. Az így létrejött képződmények az autofág vakuolumok. Az autofág vakuólumokkal lizoszómák egyesülnek. A kialakuló szekunder, majd tercier lizoszómákból az anyagok teljes mértékben lebomlanak, majd felszívódnak. Programozott és nem programozott sejthalál Nekrózis A szövetek sejtjeit amennyiben káros hatás éri, nem tudják fenntartani szerkezetüket, elveszítik ion- és vízháztartásuk egyensúlyát, hirtelen szétesnek, kipukkadnak, passzív módon elhalnak. A beltartalom a környezetbe áramlik, miközben a sejtszervecskék - így a sejtmag - is sérülnek. A szétesés következtében a környezetbe olyan anyagok kerülnek, amelyek gyulladásos folyamatot indukálnak. Ilyen pl. a szívinfarktus, amikor a szívizom vérellátása és ezzel oxigénellátása megszűnik, a szívizomsejtek nekrózissal elhalnak, ill. bármilyen fizikai kémiai károsító hatás következtében kialakuló sejthalál. Apoptózis A programozott sejthalál esetében a sejtek nem véletlenszerűen, hanem mindig ugyanazon a helyen és időben, genetikailag meghatározott program szerint halnak el. Az apoptózis igen fontos a nem megfelelően differenciálódott, vagy feleslegben lévő sejtek eltávolításában. Sejtjeink a felnőtt szervezet minden szövetében folyamatosan halnak el és pótlódnak. Ennek a folyamatnak a során leválnak környezetükről, zsugorodnak, a sejt gömbölyödik, felszínén hólyagok jelennek meg (zeiosis /blebbing), a DNS lebomlik és a sejttesttel együtt feldarabolódik. A sejtdarabokat a környező sejtek igen gyorsan bekebelezik és újrahasznosítják. A folyamat fő végrehajtói az ún. kaszpázok (Cysteinil Aspartate Specific Protease), amelyek fehérjebontó hidrolítikus enzimek. Szemben a nekrózissal az apoptózist nem kíséri gyulladás. Az apoptózis beindításáért ún. sejthalál-gének felelősek. A sejthalál kivégző fehérjéi visszafordíthatatlan biokémiai reakciókat (fehérjebontás, DNS-bontás) katalizálnak, bekapcsolásuk igen szigorúan szabályozott. 4
Példák: Többrétegű elszarusodó hám szarusodási folyamata. Vírusok által megtámadott sejtek öngyilkossága, a fertőzés megakadályozása végett. A hibásan képződött sejtek programozott pusztulása. Az embrionális fejlődés során pl. a szükségesnél jóval több agysejt születik, és csak 10-20%-ukat éltetjük túl válogatva a bőséges kínálatban. Az embrionális fejlődés során a felesleges szövetrészek eltávolítása, ilyen pl. az ujjak elkülönülése. A csontvelőben is nagy feleslegben képezünk vérsejteket, amik néhány órán belül elhalnak, amennyiben nincs rájuk szükség; ha viszont hirtelen vérveszteség vagy gyulladás történik, azonnal rendelkezésre állnak, hiszen csak túl kell őket éltetni. A hibás immunsejtek a saját anyagokkal kapcsolatba lépő sejtek pusztulása. Létrejött tumorsejtek öngyilkossága. Az apoptózis rendkívül összetett folyamat. Részfolyamatainak tér és időbeli rendezettsége hierarchikus és egymáshoz kapcsolódásuk szigorúan szervezett. Az összehangolásban fellépő bármilyen zavar, ami akár lassítja, akár felpörgeti az egyes részfolyamatok intenzitását, betegségek megjelenéséhez vezet. A jelenség kimutatható daganatok kialakulása és fennmaradása, tartós virális fertőzések, autoimmun folyamatok, neurodegeneratív betegségek esetében Alzheimer-kór. Ha pl. tehát nem hal el annyi sejt, mint amennyi születik, mert az apoptózis valamelyik génje károsodik, akkor az egyensúly eltolódik, az adott szövetben, szervben egyre több lesz a sejt, így daganat, tumor keletkezik. A daganatképződés hátterében legtöbbször a sejthalál-gének mutációja, így az apoptózis hiánya van. Képgaléria 5
6