Samenvatting Molecular Biology of The Cell 6e editie: Hoofdstuk 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20 en 22
18 views 2 purchases
Course
Cellen En Weefsels (BB2CWMLS&BB3CEWE)
Institution
Universiteit Utrecht (UU)
Book
Molecular Biology of the Cell
Deze samenvatting hoort bij het boek Molecular Biology of The Cell 6e editie. De samenvatting bevat veel afbeeldingen uit het boek. Een paar afbeeldingen zijn van internet. Het boek is in het Engels maar de samenvatting is geschreven in het Nederlands (met soms wat Engelse begrippen). De samenvatti...
Unlock Success with the [Molecular Biology of the Cell,Alberts,6e] 2023-2024 Test Bank
Hoofdstuk 9 samenvatting (college+boek)(Molecular Biology of the Cell)
Hoofdstuk 7 samenvatting (college+boek)(Molecular Biology of the Cell)
All for this textbook (36)
Written for
Universiteit Utrecht (UU)
Moleculaire Levenswetenschappen
Cellen En Weefsels (BB2CWMLS&BB3CEWE)
All documents for this subject (8)
Seller
Follow
estherkoelewijn99
Reviews received
Content preview
Molecular Biology of the Cell (sixth edition) – Alberts – Deeltoets 2 (H12, H13, H15, H17, H18, H19, H20 & H22)
Chapter 12 – Intracellular Compartments and Protein Sorting
Eukaryote cel is i.t.t. een prokaryote cel opgedeeld in verschillende membraan-ingesloten compartimenten. Elk
compartiment = organel, heeft eigen set enzymen en gespecialiseerde enzymen. Eiwitten kunnen ook dienen als
organel-specifieke oppervlaktemarkers. Cytosol = cytoplasma buiten de membraan-ingesloten cellen. (Cytoplasma =
cytosol + cytoplasma in organellen) Naast dat meer membraan oppervlakte zorgt voor meer ruimte om biochemische
reacties uit te voeren, zorgen intracellulaire membraansystemen ook voor afgesloten compartimenten die hun eigen
functie uitvoeren. In deze ruimtes worden sommige eiwitten geconcentreerd om reacties te optimaliseren. Membranen
van organellen moeten ook transporteiwitten bevatten, waardoor de meeste hydrofiele moleculen doorheen kunnen
gaan. Belangrijkste onderdelen van cel:
- Nucleus: bevat genoom, algemene plek voor DNA en RNA synthese
- Cytosol: meeste eiwitsynthese en eiwitafbraak vindt hier plaats. Maar ook meeste
intermediary metabolism: reacties die sommige kleine moleculen afbreken en andere
synthetiseren, als bouwstenen voor macromoleculen.
- Endoplasmatisch reticulum: “labyrint”, terwijl eiwitten worden gesynthetiseerd,
worden eiwitten in het ER getransporteerd. Produceert ook meeste lipiden voor
de rest van de cel en is opslag voor Ca2+.
- Rough ER: ribosomen gebonden aan cytosoloppervlakte
- Smooth ER: geen ribosomen gebonden → steroïd hormoon synthese.
- Golgi apparaat: georganiseerde stapel van schijven genaamd Golgi cisternae. Krijgt lipiden en
eiwitten van ER en verzendt deze verder naar verschillende bestemmingen. Meestal worden ze
onderweg covalent gemodificeerd.
- Mitochondriën & chloroplasten: genereren meeste ATP wat cel gebruikt. Chloroplasten gespecialiseerde plastide
(andere soorten: opslag voedsel (amyloplast), pigment (chromoplast))
- Lysosoom: bevatten afbrekende enzymen, die “overleden” organellen/macromoleculen/deeltjes van endocytose
afbreken. Voordat deze deeltjes lysosoom bereiken komen ze eerst in endosoom.
- Peroxisoom: kleine vesculaire compartimenten die speciale enzymen bevatten gebruikt in verschillende oxidatieve
reacties.
In verschillende celtypen komt het ene organel vaker voor dan in een ander celtypen. Daarnaast worden organellen
vaak gevonden in karakteristieke posities in het cytoplasma. Netwerk van ER strekt zich uit van de kern door het hele
cytosol en Golgi ligt dicht bij de celkern. Deze distributie is afhankelijk van interactie tussen organel en celskelet.
Van de voorouder van eukaryote cel wordt gedacht dat deze lijkt op bacteriële cel → alleen plasmamembraan en geen
interne membranen. Dit plasmamembraan voorziet de cel van alle membraan-afhankelijke functies. Hedendaagse
cellen zijn 10-30 keer groter en 1000-10000 keer groter in volume dan typische bacterie. Hypothetisch schema → ER en
nucleus zijn gevormd door invaginatie en afknijping van plasmamembraan → membraan-ingesloten organellen met
interieur = lumen → topologisch gelijk aan exterieur van de cel. Hetzelfde geldt voor alle organellen betrokken bij
secretory en endocytic paden (ER, Golgi, endosoom, lysosoom, peroxisoom). Interieurs communiceren met elkaar en
buiten de cel via transport vesicles → knijpt af van een organel en fuseert met een andere.
De aard van genomen van mitochondriën en plastiden, de grote gelijkenis tussen
de eiwitten en het feit dat ze een dubbelmembraan hebben, suggereert sterk dat
deze organellen zijn geëvolueerd uit bacteriën die zijn opgenomen door andere
cellen, waarna ze in symbiose leefden.
Dus intracellulaire compartimenten in eukaryoten in 4 verschillende families:
- Nucleus en cytosol (communiceren via nuclear pore complexen)
- Alle organellen die functioneren in secretoire en endocytische paden
- Mitochondriën
- Plastiden (alleen in planten)
Synthese van bijna alle eiwitten op ribosomen in cytosol. Bestemming is afhankelijk van de
aminozuursequentie → kan sorting signal bevatten. Sommige hebben die niet en blijven
in het cytosol. Sorting signals kunnen ook transport vanaf ER naar andere bestemmingen
regelen. 3 verschillende manieren hoe eiwitten worden verplaatst:
- Gated transport: eiwitten en RNA beweegt tussen cytosol en nucleus door
nuclear pore complexen in nuclear envelope → selectieve poorten, die zorgen
voor actief transport (maar ook diffusie van kleine moleculen). Topologisch
gelijke ruimtes.
- Protein translocation: eiwit translocatoren regelen transport van specifieke
eiwitten over een membraan van cytosol naar ruimte die topologisch
verschillend is. Eiwit moet daar meestal voor ontvouwen. Vb van dit transport: van cytosol naar mitochondrie of ER.
- Vesicular transport (chapter 13): membraan-ingesloten transport tussenproducten vervoeren eiwitten van
topologisch equivalent compartiment naar de ander. Bevatten cargo moleculen. “Bud/pinch off” en fuseren. ER → Golgi.
Transport eiwitten gaan geen membraan over → kan alleen tussen topologisch equivalent.
,Molecular Biology of the Cell (sixth edition) – Alberts – Deeltoets 2 (H12, H13, H15, H17, H18, H19, H20 & H22)
Sorting signals worden herkend door sorting receptoren. Sorting signals van
transmembraan transport zitten meestal aan N-terminus. In de meeste
gevallen wordt signaal sequentie verwijderd, door signaal peptidasen, wanneer
sortering voltooid is. Signaal seq kan ook intern stuk zijn in eiwit. Sorting signals
kunnen ook bestaan uit meerdere interne aminozuur sequenties die een specifieke
3d arragement van atomen op eiwitoppervlakte vormen = signal patches
(soms gebruikt bij nucleair import & vesiculair transport).
Transport naar ER → bevat aan N-terminus 5-10 hydrofobe aminozuren.
De meeste daarna door naar golgi. Sommige blijven in het ER → hebben aan
C-terminus signaal sequentie om in ER te blijven (KDEL). Transport naar
mitochondrie → positief geladen en hydrofobe aminozuren wisselen elkaar af.
Transport naar peroxisoom → aan C-terminus signaal seq van 3 karakteristieke
aminozuren (SKL). Zie voor meer de tabel rechts.
Ook al kunnen de aminozuursequenties erg
verschillend zijn, signaalsequenties van eiwitten
met dezelfde bestemming zijn verwisselbaar.
Sorting receptoren herkennen klassen van eiwitten.
Dupliceren van organellen gebeurt gewoonlijk door
nieuwe moleculen aan de bestaande organellen toe
te voegen (vergroten) en deze vervolgens te delen
en vervolgens overerven → belangrijk want cel
kan niet membranen vanaf niets maken. Informatie
nodig om organellen te construeren zit niet exclusief
in DNA van eiwitten van organel. Ook informatie
nodig van tenminste een verschillend eiwit dat al in
het organelmembraan bestaat → overgedragen van
ouder op dochtercel in vorm van het organel zelf.
Meeste organellen kunnen niet geconstrueerd worden De Novo.
Nuclear envelope definieert nuclear compartment. Envelop bestaat uit twee membranen gepenetreerd door nucleaire
poriecomplexen. Binnen nucleaire membraan bevat eiwitten die dienen als bindingsplaatsen voor chromosomen en
nuclear lamina (eiwit vlechtwerk die zorgt voor structureel support van envelope/ankerplaats voor chromosomen en
cytoplasmatisch cytoskelet). Binnenmembraan wordt omgeven door buiten nucleaire membraan, die continu is met
membraan van ER. Net als ER membraan bezaaid met ribosomen. Eiwitten gemaakt op deze ribosomen komen in
perinuclear space = ruimte tussen binnen en buiten membraan van envelop (continu met ER lumen).
Transport tussen cytosol en nucleus is bidirectioneel. Histonen, polymerasen, transcriptieregulatoren, RNA-
processing eiwitten moeten van cytosol (waar ze zijn gemaakt) naar nucleus (waar ze functioneren).
Tegelijkertijd moeten bijna alle RNAs (mRNA, rRNA, tRNA, miRNA & snRNA) van nucleus naar cytosol.
Import en export zijn beide selectief.
Nuclear pore complexen (NPC) bestaan uit nucleoporins. Nucleoporins bestaan uit repetitieve eiwit-
domeinen van maar een paar verschillende typen. Nuclear envelope van typische zoogdiercel bevat
3000-4000 NPCs (maar kan groot verschil in zitten). Elk NPC kan 1000 macromoleculen per seconde
transporteren en kan transporteren in beide richtingen op hetzelfde moment. Elk NPC bevat waterige
passage, waardoor kleine wateroplosbare moleculen vrij doorheen kunnen diffunderen (=passief).
Wateroplosbare eiwitten met gewicht van … Dalton:
<5000 → diffunderen zo snel, dat nuclear envelope volledig permeabel hiervoor is
<60.000 → kunnen binnenkomen met passieve diffusie (sloom)
>60.000 → moet actief worden getransporteerd (import/export)
De kanaal nucleoporins hebben uitgebreide ongestructureerde gebieden die een wanordelijke wirwar vormen die
diffusie van grote macromoleculen voorkomt, terwijl kleinere moleculen dat wel kunnen. Door deze beperking ontstaat
er een verschillende compositie van eiwitten tussen nucleus en cytosol. Grote moleculen binden aan receptoren die de
moleculen actief transporteren door NPCs.
Sorting signals genaamd nuclear localization signals (NLS) zijn verantwoordelijk voor selectiviteit van actieve nucleaire
import proces. In veel (niet allemaal dus!) bestaat dit signaal uit een of twee korte sequenties die rijk zijn aan positief
geladen aminozuren (Lys & Arg). NLS kunnen overal worden gevonden in de sequentie, vormen loops/patches op
oppervlakte (wordt gedacht). Als één subunit NLS bevat wordt heel het multicomponente complex naar de nucleus
getransporteerd. Macromolecuul transport door NPC verschilt erg van transport over membranen → bij NPC gebeurt
door grote, uitbreidbare, waterige porie i.p.v. door transporter die een of meerdere bilagen overgaat. Hierdoor hoeft
eiwit niet eerst te worden ontvouwen wanneer deze door NPC gaat. Eiwitten bij transport naar andere organellen
moeten in de meeste gevallen eerst worden ontvouwen.
,Molecular Biology of the Cell (sixth edition) – Alberts – Deeltoets 2 (H12, H13, H15, H17, H18, H19, H20 & H22)
Nucleaire lokalisatiesignalen moeten worden herkend door
nuclear import receptors = importins. Nucleaire import
receptoren binden niet altijd direct aan nucleaire eiwit,
soms via adaptor protein. Import receptoren zijn
oplosbare cytosolische eiwitten die bindt aan NLS op
cargo molecuul en fenylalanine-glycine (FGJ) repeats in
de ongestructureerde domeinen van kanaal nucleoporins
in de centrale porie. FG-repeats interacteren zwak, wat
wirwar gelachtige kenmerken geeft die zorgen voor
permeabiliteit barrière voor grote macromoleculen. Ze
dienen daarnaast als aanlegplaatsen voor nucleair
import receptoren. Een model van nuclear transport denkt
dat receptor-cargo complex herhaaldelijk bindt,
dissocieert en her-bindt aan naastgelegen FG-repeats. Hierdoor zou het complex de FG-repeat interacties verstoren en
lokaal gelfase oplossen → doorgang bieden voor complex.
Transport van grote moleculen is afhankelijk van nuclear export signals op de
macromoleculen. Nuclear export receptoren (=exportins) binden aan export
signal en NPC eiwitten om cargo te vervoeren naar cytosol. Nuclear export en
import receptroen worden door dezelfde genfamilie gecodeerd van nuclear
transport receptoren (=karyopherins). Import receptoren worden weer naar
het cytosol teruggebracht en export receptoren naar de nucleus, om hergebruikt te worden.
Energie achter dit transport (orde gecreëerd) komt uit monomeer GTPase genaamd Ran. Deze kan in GTP-gebonden of
GDP-gebonden vorm zitten. Ran is moleculaire switch die bestaat in twee conformationele staten. Ran-specifieke
regulerende eiwitten triggeren conversie tussen deze twee staten:
- GTPase-activating protein (GAP): triggert GTP hydrolyse en zet Ran-GTP om in Ran-GDP
- Guanine exchange factor (GEF): stimuleert uitwisseling van GDP voor GTP en zet Ran-GDP om in Ran-GTP.
Ran-GAP zit in het cytosol en Ran-GEF in de nucleus (verankerd aan chromatine) → cytosol bevat grotendeels Ran-GDP
en de nucleus Ran-GTP.
Wanneer import receptor met cargo de nucleus binnenkomt (receptor kan ook zonder
cargo gebonden naar nucleus worden getransporteerd), bindt Ran-GTP aan het
complex, hierdoor laat de receptor het cargo los. Ran-GDP bindt niet aan het complex,
hierdoor vindt “unloading” alleen in nucleus plaats. Localisatie van Ran-GTP in kern zorgt
voor de richting van importproces.
De lege receptor met gebonden Ran-GTP wordt door NPC teruggebracht naar cytosol.
Hier triggert Ran-GAP, Ran-GTP te hydrolyseren in Ran-GDP, hierdoor dissocieert Ran
van de receptor. Receptor kan dan opnieuw worden gebruikt. Export gebeurt met
vergelijkbare mechanismen, alleen stimuleert Ran-GTP in de nucleus cargo binding aan
de export receptor i.p.v. dissociatie. Bij Ran-GAP
wordt GTP gehydrolyseerd, export receptor laat
cargo en Ran-GDP los in cytosol. De receptor wordt
vervolgens teruggebracht naar de celkern.
Sommige eiwitten hebben NLS en nuclear export
signalen, deze “shuttelt” steeds heen en weer van nucleus
naar cytosol → shuttling proteins: snelheden van import
en export bepaalt steady-state lokalisatie. Wanneer
deze snelheden worden aangepast kan lokalisatie
veranderen. Hun transport kan ook streng zijn gereguleerd.
In veel gevallen door NLS en export signalen uit of aan
te zetten (vaak) door fosforylatie van AZ dicht bij signaal
seq. Andere transcriptie regulatoren zijn gebonden
door remmende cytosolische eiwitten die ze ankeren in
cytosol of NLS afschermen. Geschikte stimulus zorgt dat
dit weg gaat.
Export van RNAs gebeurt op een gelijke manier. Alleen export van mRNA op verschillende manier. mRNA bevat ook heel
veel eiwitten → deze ribonucleoprotein complexen (mRNPs) leggen eerst aan bij nucleaire kant van NPC, waar ze
worden bewerkt. Ran-GTP is indirect betrokken omdat het eiwitten importeert die aan mRNA moleculen binden, maar
translocatie over NPC (wordt gedacht) is ATP hydrolyse voor nodig. Nucleaire eiwitten worden eraf gehaald aan de
cytosol kant, zodat het een richting op is. Deze nucleaire mRNP eiwitten worden snel teruggebracht naar de celkern.
, Molecular Biology of the Cell (sixth edition) – Alberts – Deeltoets 2 (H12, H13, H15, H17, H18, H19, H20 & H22)
Nuclear lamina is vlechtwerk van nuclear lamins → polymeriseren in 2d rasterwerk/traliewerk. Lamina zit verankerd aan
nuclear envelope door koppeling aan NPCs en transmembrane eiwitten in binnenmembraan. Uit elkaar gaan van
celkern tijdens mitose wordt deels veroorzaakt door fosforylatie van nucleoporins en lamins door Cdk, die wordt
geactiveerd tijdens mitose. Dynein (motor eiwit) zorgt voor “scheuren” van nuclear envelope van het chromatine.
Ran GTPase dient als een positionele marker voor chromatine tijdens celdeling. Aangezien Ran-GEF gebonden blijft aan
chromatine, zijn Ran moleculen dicht bij chromatine in GTP -gebonden staat. Ran moleculen verder weg in GDP staat,
door grote kans om Ran-GAP tegen te komen.
Ook al bevatten mitochondriën en chloroplasten
hun eigen DNA, zijn de meeste eiwitten gecodeerd
in de nucleus en worden ze geïmporteerd vanuit het
cytosol. Mitochondrie heeft matrix ruimte en
intermembrane ruimte → gevormd door binnen- en
buitenmembraan. Binnenmembraan omgeeft matrix en
vormt invaginaties genaamd cristae. Chloroplasten
hebben ook een binnen- en buitenmembraan.
Die intermembrane ruimte en stroma insluiten.
Daarnaast ook thylakoïd ruimte, omgeven door
thylakoïd membraan. Protein translocation:
proces van bewegen van een eiwit over
membranen.
Mitochondrie eiwitten worden eerst volledig gesynthetiseerd
als mitochondrial precursor proteins in het cytosol en
vervolgens translocated in mitochondriën door post-translationeel
mechanisme (bij ER tijdens translatie gebeurd). Een of meerdere
signaal sequenties zorgen dat precursor eiwitten naar geschikte mitochondrieel
subcompartiment wordt geleid. Signaalsequentie van precursor eiwitten naar
matrix vormen amfifiele α helix, waar geladen residuen aan een klant klusteren
en hydrofobe (ongeladen) residuen op de andere kant klusteren. Receptoren die
translocatie initiëren herkennen deze configuratie eerder dan de precieze
aminozuursequentie van signaal sequentie.
Protein translocators:
- TOM complex: eiwitoverdracht over buitenmembraan. Import van alle celkern-coderende mitochondriële eiwitten,
transporteert naar intermembraanruimte en helpt transmembrane eiwitten in buitenmembraan inserteren.
- TIM complex: 2 complexen (TIM23 en TIM22), eiwitoverdracht over binnenmembraan, TIM23 transporteert
sommige oplosbare eiwitten in matrix en helpt transmembrane eiwitten in binnenmembraan inserteren. TIM22
zorgt voor insertie van subklassen binnenmembraan eiwitten (transporter die ADP, ATP en fosfaat naar binnen en
buiten beweegt).
- SAM complex: in buitenmembraan, β-barrel eiwitten worden naar SAM translocator geleid, deze helpt ze goed
vouwen in buitenmembraan.
- OXA complex: in binnenmembraan, zorgt voor insertie van binnenmembraan eiwitten die zijn
gesynthetiseerd in mitochondrie en helpt met inserteren van binnenmembraan
eiwitten die initieel zijn getransporteerd in matrix door andere complexen.
Mitochondrial precursor eiwitten vouwen niet op in natieve structuur na
ze zijn gesynthetiseerd, blijven ongevouwen in cytosol door interacties met
andere eiwitten → o.a. chaperone eiwitten (hsp70 familie). Dit zorgt ervoor
dat ze niet gaan aggregeren/vouwen. Import receptoren van TOM complexen
binden signaal sequentie → interacterende eiwitten weg. Eiwit kan naar
matrix door twee membranen tegelijk over te steken, of een per keer.
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller estherkoelewijn99. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $7.01. You're not tied to anything after your purchase.
