Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia


Fehérjeszintézis DER-hez kötött riboszómán

Az előzőekben láttuk, hogyan történik a fehérjeszintézis a szabad riboszómákon. Így készül a citoplazma, a mag, a mitokondrium, a peroxiszóma, valamint a növényekben a színtest fehérjéinek a többsége.
Ha azonban az mRNS 5’ vége olyan nukleotid szekvenciát tartalmaz, ami egy rövid hidrofób aminosavakból álló peptidet, a szignál szekvenciát kódolja, a fehérje szintézise az endoplazmás retikulum membránján lévő riboszómákon fog folytatódni és befejeződni. Ebben szerepet játszik a szignál felismerő részecske, az angol kifejezésből – signal recognition particle – alkotott betűszóval, az SRP. Az SRP hat proteinből és egy 7S RNS molekulából álló komplex. Az SRP felismeri a szignálszekvenciát (szignál peptidet), hozzá és a riboszómához kapcsolódik. Amíg a szignál peptidet, a riboszómát és az mRNS-t az endoplazmás retikulumhoz viszi, félbe marad a fehérjeszintézis. Az SRP az endoplazmás retikulum membrán SRP receptorához köti a fenti komplexet. Ezután az SRP leválik, a fehérje szintézise pedig folytatódik tovább. A riboszóma, a nagyobbik alegységén keresztül kötődik az endoplazmás retikulum ún. riboszóma receptorához (IV.11. ábra).
 
IV.11. ábra. Fehérjeszintézis a DER felszínén.
Az SRP felismeri a szabad riboszómán képződő szignál szekvenciát, hozzá, valamint a riboszómához kötődik, ami felfüggeszti a transzlációt. Ezután a DER membránjának SRP receptorához kapcsolódik a komplex. Az SRP leválik. A DER több komponensű transzlokációs apparátusa (szignál szekvencia csatorna) a szignál szekvenciát, majd annak a folytatásában képződő fehérjét áthelyezi a membránon (kotranszlációs inszerció). Szekréciós protein esetében a szignál szekvencia levágódik, folytatódik a szintézis, egyidejűleg a glikoziláció (oligoszacharid láncok elhelyezése a fehérjékre), majd végül a protein a DER üregébe kerül. Végül a riboszóma alegységeire esik szét
 
A szignálpeptid és a szintetizálódó fehérje egy még nem teljesen tisztázott módon transzlokálódik az ún. transzlokonon (más néven szignál szekvencia csatorna) keresztül az endoplazmás retikulum lumenébe. Ezt a folyamatot kotranszlációs inszerciónak (membránba való beépülés a szintézis közben)
A transzlokonokról kimutatták, hogy lényegében hidrofil pórusok, igen dinamikus struktúrák, a fehérjeszintézis végén, a riboszómák leválása után bezáródnak vagy szétszerelődnek. Mivel mind az SRP, mind a SRP receptor GTP-GDP kötőhelyekkel, illetve GTPáz aktivitással rendelkezik, feltételezik, hogy GTP kötéséből és hidrolíziséből adódó konformációs változások játszhatnak szerepet az SRP ciklusában, és a fehérjék membránon keresztüli transzlokációjában is. A modell szerint a következőképpen. A szabad SRP GDP-t köt, azonban a riboszómán képződő szignálpeptidhez való kapcsolódása után, térszerkezetének megváltozása miatt GTP-t fog kötni. Az így aktiválódott SRP, és az ER felszínén található SRP receptor, amely szintén GTP-t köt, felismerik egymást és összekapcsolódnak. Ugyanakkor a riboszóma is specifikusan kötődik az ER riboszóma receptorához. Az SRP leválik a szignálpeptidről és a riboszómáról, majd a GTP hidrolízise után a receptoráról is. Ezután a szignálpeptid a transzlokonon keresztül, bekerül az endoplazmás retikulum lumenébe.
A vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a fehérjeszintézis előrehaladtával a riboszóma és a membrán közötti kapcsolat fokozatosan gyengül, végül a szintézis végén a riboszóma leválik a membránról és szétesik alegységeire. Tehát a riboszómák csak időlegesen vannak a membránon, és többek között ezért sem indokolt a sima és a durva felszínű endoplazmás retikulum merev szétválasztása.
A DER üregébe került fehérjék sorsa háromféle lehet: a lumenben maradnak, beépülnek a membránba vagy vezikulumokkal a Golgiba szállítódnak. A transzlokáció és a szintézis befejeztével, amennyiben a fehérje nem membránfehérje, a szignálpeptid a szignál peptidáz hatására levágódik, és a protein a lumenbe kerül. A DER üregébe jutott fehérjék egy kisebb része ott is marad. A C terminális végen négy aminosavból álló szignál (retenciós vagy visszatartó szignál) a jele az ER lumenben maradó fehérjéknek. Ezek nagy része olyan, amely az újonnan szintetizált proteinek térszerkezetének kialakítását, vagy a rosszul hajtogatottaknak a kijavítását végzi (lásd később).
Természetesen vannak olyan proteinek, amelyek a DER membránjának alkotói, ezek szintén itt maradnak. Az integráns fehérjék sokféleképpen helyezkedhetnek el a membránban (IV.12. ábra).
 
IV.12. ábra. Az integráns membrán fehérjék elhelyezkedése a membránban
 
Ha egy protein csak egyszer éri át a membránt, akkor is két lehetőség áll fenn, aszerint, hogy az N (ezen a végén van az -NH2 csoport) és a C (itt található a -COOH csoport) terminális vége a membrán melyik oldalára néz. Ha az N terminális végnek intracellulárisan (citoszol felé) kell elhelyezkedni, a szignálpeptid nem vágódik ki, hanem ez, mint egy start-transzfer szignál (a jelentése: ettől a szekvenciától kezdődjön el a membránba való beépülés) beágyazódik a membránba. Ha éppen fordítva, a protein C terminálisa kell, hogy a citoplazma felé helyezkedjen el, akkor kicsit komplikáltabb a helyzet. Ekkor a start-transzfer szignál után egy szintén hidrofób stop-transzfer szignálnak kell következnie a fehérjében, aminek az lesz a funkciója, hogy a membránba való beépülés végét jelezze. Ez után az N terminális vég start-transzfer vége levágódik, és a megfelelő további szakasz a membránban marad. A membránt többször átérő proteinekben egymást váltva több start és stop-transzfer szekvencia található, amely biztosítja a fehérjének a membránban a megfelelő elhelyezkedését (lásd a IV.12. ábrát). Természetesen a fehérjék membránt átérő része vagy részei hidrofób aminosavakat tartalmaz.
A fehérjék szintézisén kívül a fehérjék glikozilálása (rövid szénhidrátláncokkal való ellátása) is az endoplazmás retikulumban, annak üregében történik. Az endoplazmás retikulum lumenében és membránjában maradó fehérjéktől eltekintve, a szintetizált proteinek vezikulumokba csomagolódva a Golgiba, onnan a lizoszómákba, szekréciós vezikulumokba, a plazmamembránba kerülnek, és ezek túlnyomó többsége glikozilálódik.
Pontosabban itt a DER-ben az ún. N-glikoziláció történik, azaz a fehérjék aszparagin aminosavainak aminocsoportjára kötődik egy 14 monoszaharidból álló oligoszacharid lánc. Ez a lépés a transzlációt és inszerciót követően azon nyomban elkezdődik. Az endoplazmás retikulum dolichol lipidjeihez nagy energiájú pirofoszfát kötéssel két N-acetilglükózaminból, kilenc mannózból és három glukózból álló oligoszacharid-lánc kapcsolódik. Ezt az oligoszacharid transzferáz helyezi rá a fehérjékre. Szinte azonnal megkezdődik a szénhidrátlánc átalakítása, három lépésben három glükóz és egy mannóz vágódik le róla. A további átalakításokra viszont már a Golgiban kerül sor.
A Golgiba azonban, csak a megfelelő térszerkezetű lumen és membránfehérjék juthatnak át, és ennek érdekében az DER-ben, ún. minőség ellenőrzés történik. Ebben számos ún. csaperon, a térszerkezetet kialakító, illetve hajtogató enzim molekula segédkezik. A protein diszulfid izomeráz (PDI), pl. a szabad –SH csoportokhoz kapcsolódik, és diszulfid kötéseket alakít ki. A BiP (binding protein) a hidrofób területeket (a fehérje belsejében kellene lenniük) ismeri fel a proteinek felületén. A kalnexin és a kalretikulin a már glikozilált fehérjékhez kötődik. A fenti és ezeken kívűl még számos protein nem csupán felismeri a hibákat a fehérje szerkezetében, de azt megpróbálja ki is javítani. Amennyiben ez nem sikerül, a rosszul hajtogatott, nem megfelelő térszerkezetű fehérje nem mehet tovább a Golgiba, hanem feltehetőleg a transzlokonon át a citoszolba jut, ahol a proteaszómában (lásd később) lebomlik. A fehérjék minőség ellenőrzése, mint a fenti példákon láttuk, kizárólag a szerkezeten alapul, ami természetesen nagyon fontos a fehérje működése szempontjából, de előfordulhat az is, hogy ugyan hibás szerkezetű a fehérje, de a funkciója megfelelő lenne. Az ilyen fehérjéket az ER minőség ellenőrző rendszere kivonja a forgalomból. Több példája is van ennek a „túlbuzgóságnak”. A cisztás fibrózis, autoszomális recesszíven öröklődő betegség, amelynek a leggyakoribb oka az, hogy a hibás szerkezetű, de megfelelő működésű plazmamembrán Cl-ioncsatornát az ER nem engedi továbbszállítani a Golgiba, hanem mint hibás molekulát kiszállítja a citoszolba. Hasonló az oka az α1-antitripszin-hiány okozta emphysemának is.
 

Sejtbiológia

Tartalomjegyzék


Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave