Endocytose en afbraak
Definitie
• Cytosol (intracellulaire vloeistof): grondvloeistof van een
levende cel, waarin eiwitten, ionen en organische
moleculen zitten die nodig zijn voor de structuur en
fysiologie van de cel.
• Cytoplasma: volledige celinhoud (m.u.v. de celkern),
bestaande uit cytosol + celorganellen + andere inwendige
celcomponenten (bv. eiwitten); wordt begrensd door een
membraan, zodat de celinhoud niet naar buiten stroomt.
o Een levende cel bestaat dus uit de kern + het
cytoplasma.
• Buiten de cel: lichaamsvloeistof, cellulaire secreties, ECM
(Extra Cellulaire Matrix)
Kernactiviteiten van de cel
• Opname van voedingsstoffen
• Handhaven van het interne milieu (homeostase)
• Communicatie met andere cellen
• Opbouw en afbraak van macromoleculen
• Energiehuishouding
• Handhaving van de vorm, maar ook beweging
• Vorming van nieuwe cellen (deling à dochtercellen)
• Doodgaan (apoptose)
Endocytose en afbraak
Endocytose verzorgt
• Opname van voedingsstoffen.
• Maar ook cellulaire opname van virussen, bacteriën en toxines.
Proces van endocytose kun je zichtbaar maken met een microscoop.
• Eerst markeer je de plasmembranen (met ingebouwde fluoriderende
moleculen).
• Vervolgens geef je de cel de gelegenheid om de moleculen op te nemen.
• De moleculen zijn van de membraan rond de kern naar het lysosoom
verplaatst in de cel (in de buurt van de kern).
o Lysosomen: blaasjes in het cytoplasma, met lysomale enzymen
die afvalstoffen afbreken.
o
1
,Verschillende vormen van het opnameproces endocytose, dat begint op de membraan.
• Clathrin coated pit: membraanspecialisatie, met
clathrinemoleculen aan het binnenoppervlak van het
membraan. Dit is belangrijk voor het buigen van het
membraan + voor afsnoering van het clathrin coated
vesical.
• Non-clathrin coated pit: endocytose op membraandelen
waar geen clathrine aanwezig is.
• Caveola: een invaginatie van het plasmamembraan van een
cel die vooral betrokken is bij endocytose door het
afknellen en vormen van blaasjes in het cytoplasma.
• Membrane ruffles: een beweeglijk celoppervlak dat een
netwerk van nieuw gepolymeriseerde actinefilamenten bevat (betrokken bij de opname van
moleculen).
• Fagocytose: opname van grote deeltjes, zoals bacteriën.
Endocytose in beeld gebracht
• Transmissie-elektronenmicroscopie (links):
Door de cel heen kijken
• Scanning elektronenmicroscopie (rechts): je
kijkt naar de oppervlakte v/d hele cel.
o Oppervlakte bevat uitstulpingen
(microvili)
o De deeltjes worden opgenomen
door de cel à de cel maakt
uitstulpingen die de deeltjes volledig omsluiten en ze zo
opnemen.
Afbeelding proces van endocytose
1. Het ligand LDL (dat cholesterol bij zich draagt)
bindt aan een LDL-receptor in een coated pit.
Het plasmamembraan vouwt naar binnen (=
invaginatie). Het ingesloten LDL vormt door
‘afbudding’ een coated vesicle (= blaasje) à
wordt van de coat ontdaan (= uncoating). Het
ontstaande vesicle kan fuseren met een
endosoom.
2. Het LDL-receptorcomplex is afgeleverd in het
vroege endosoom. Door pH-verlaging scheiden
het ligand en de receptor van elkaar: het ligant in
het lumen van het vroege endosoom, en de receptor in de membraan. Er vindt specialisatie van het
vroege endosoom plaats, waar afsnoering van vesikels (blaasjes)kan plaatsvinden.
3. De vesicles worden afgesnoerd, met in de membraan de receptor van de LDL. Dit blaasje kan naar het
recycling-endosoom getransporteerd worden en daar de receptor afleveren. Via het recycling-
endosoom komt de receptor uiteindelijk weer terug op het oppervlak van de cel (= recycling).
2
, 4. Het ligand wordt afgeleverd aan de lysosomen, waar het LDL wordt afgebroken. In lysosomen zitten
hydrolytische enzymen, die liganden en andere opgenomen moleculen kunnen afbreken. Er ontstaat
onder andere vrij cholesterol dat, eenmaal in het cytoplasma, kan worden gebruikt voor diverse
celfuncties.
Elektronenmicroscopische opnames
• Transmissie elektronenmicroscopie
o Elektronenmicroscopische foto’s van de eerste stap à het invagineren van het
plasmamembraan, en het afbudden van het coated vesicle.
o Opvallend: Je ziet materiaal in de extracellulaire ruimte, wat bindt aan het plasmamembraan
à materiaal wordt d.m.v. endocytose uiteindelijk opgenomen in het lumen van het coated
vesicle.
• Scanning elektronenmicroscopie
o Je ziet clathrinestructuren die zich op het oppervlak van de binnenkant
van het membraan bevinden à zeer regulaire structuur.
Afbraak
Afbraak van moleculen en structuren in cellen.
• Lysosoom: hier worden liganden, virusdeeltjes en andere moleculen afgebroken à afbraak van buiten
én van binnen.
o Endocytose: opname van moleculen
à transport via vroeg endosoom naar
laat endosoom à transport naar
lysosoom (= eindstation).
o Fagocytose: opname van grotere
deeltjes (zoals bacteriën) à belanden
in een fagosoom à kunnen ook
worden afgeleverd aan het lysosoom.
o Autofagie: een celeigen organel (bv. mitochondriën) wordt omgeven door een
nieuwgevormd membraan, waarna dit membraan fuseert met de membraan van het
lysosoom à het mitochondriën wordt afgeleverd aan het lumen van het lysosoom, en wordt
daar afgebroken (want is disfunctioneel geworden).
o Afbeelding B: voorbeeld van een lysosoom met twee organellen (mitochondriën en
peroxisoom) à zijn beide niet meer functioneel en worden dus afgebroken.
o Zure hydrolases verzorgen de afbraak in lysosomen
3
, § Er zit een waterstof-ATPase in de membraan van een
lysosoom, die H+ naar binnen pompt ten koste van
ATP. Hierdoor verzuurt het interne milieu van
lysosomen (van pH ~ 7,2 naar pH ~ 5,0). De zure
hydrolases worden bij deze lage pH actief, en breken
moleculen af.
¨ Nucleases (nucleotiden)
¨ Proteases (eiwitten)
¨ Glycosidases (suikers)
¨ Lipases (vetten)
¨ Phospatases (fosfaat)
¨ Sulfatases (sulfaat)
¨ Phospholipases (lipiden)
• Secretoire lysosomen:
o Lysosoom-gerelateerde organellen, die hun inhoud kunnen uitwerpen uit de cel.
§ Organel-inhoud bestaat o.a. uit enzymen die bij lage pH werken; deze worden
uitgescheiden (naar buiten de cel = extracellulair) in reacties op prikkels van buiten.
§ Dergelijke lysosoom-gerelateerde organellen zijn aanwezig in bv. ontstekingscellen +
cellen die botweefsel afbreken (osteoclasten).
• Proteasoom:
o Een structuur in het cytosol van een
cel (zonder membraam).
o Breekt eiwitten af, als ze niet meer
functioneren à bv. als ze verkeerd
gevouwen zijn, of als ze lange tijd
werkzaam waren en nu versleten zijn.
o De eiwitten die moeten worden
afgebroken worden voorzien van een label (ubiquitine), dat ze herkenbaar maakt voor het
proteasoom.
o Structuur proteasoom: tunnel met deksel erop waar eiwitten in kunnen en vervolgens
kunnen worden afgebroken.
• Peroxisoom:
o Veelzijdig, flexibel en onmisbaar voor de cel (anders
gaat hij dood)
o Epitheelcel: gespecialiseerde cel met apicale microfillie,
laterale membranen, en een basaal membraan.
o Twee theorieën à peroxisoom wordt gevormd door:
1. Afsplitsing: één peroxisoom deelt in twee
peroxisomen.
2. De novo uit ER: het ER snoert een organel af, wat het peroxisoom gaat worden.
o In de peroxisomen vinden we enzymen:
§ Oxidases:
¨ Zorgen voor oxidatie van toxische moleculen (worden gedetoxificeerd).
¨ Er ontstaan vrije radicalen die kunnen worden omgezet in H2O2.
§ Catalases:
¨ Kunnen waterstofperoxide omzetten in water en zuurstof
2 H2O2 à 2 H2O + O2
4
