(4-10-2019)
H12, intracellular compartments and protein sorting
Compartimentalisatie, is het grootste verschil tussen
pro- en eukaryoten. Dit heeft eukaryoten in staat gesteld
verschillende processen te kunnen scheiden en een
groter membraanoppervlak te creëren. Zo heeft de
celkern 2 membranen en hebben mitochondriën een
binnen- en buitenmembraan, terwijl het
plasmamembraan en ER een enkele bilaag bevatten.
Rechts zie je een paar membraanstructuren in een EM
plaatje.
Liquid phase seperation, is een vorm van
compartimentalisatie zonder membranen. Denk
bijvoorbeeld aan het nucleosoom in de kern.
Ontstaan, de celkern en het ER zijn waarschijnlijk
ontstaan door membraaninvaginaties, terwijl
mitochondriën en chloroplasten ontstaan zijn doordat cellen bacteriën opgenomen hebben waarmee
ze in symbiose leefden. Dat verklaart het dubbele membraan en eigen genoom.
Transport, links zie je een overzicht van de typen transport in eukaryote cellen
in, naar en tussen organellen:
1. Molecular/gated transport, hiertoe behoort:
o Diffusie in het membraan
o Diffusie in het cytosol
o Gating tussen het cytosol en de kern
2. Eiwit translocatie
3. Vesiculair transport, je hebt:
o Passief (diffusie)
o Actief (cytoskelet)
De secretiepathway (groen) zal in het volgende college aan bod komen. Nu
worden de eerste 2 soorten transport behandeld.
De novo synthese, celkernen, mitochondriën, chloroplasten, het ER en
peroxisomen kunnen niet zomaar uit het niets gevormd worden. Bij celdeling
moeten de organellen verdeeld worden waarna ze zullen groeien. Wat wel de
novo kan ontstaan is het vesiculaire transport dat in het groen is aangegeven.
Peroxisomen zijn een uitzondering, zoals straks nog aan bod komt.
Signaal sequenties, als je cargo op een specifieke plek wil krijgen, heeft het
een signaal sequentie nodig die hem daar naartoe stuurt. Zo zijn er specifieke
signaalsequenties die een eiwit naar het ER, een peroxisoom of de kern sturen. In tabel 12-3 van het
boek kan je alle bekende sequenties zien (onderaan de samenvatting toegevoegd).
Kerntransport, rechts zie je in de schematische weergave dat de kernporiën vrij groot
zijn. Hier moet mRNA doorheen, maar ook grote eiwitten zoals ribosomen en
polymerases worden hierdoor getransporteerd.
Daarnaast is duidelijk te zien hoe het
kernmembraan overloopt in het ER.
Kernporie, links zie je kernporiën weergegeven.
Je ziet duidelijk een soort netje aan de
binnenkant van de kern en aan de buitenzijde heb
je nog uitstekende fibrillen. Aan de binnenkant
zie je scaffold en channel nucleoporines die in
staat zijn membranen te buigen. Verder zie je ook
een netwerk aan slierten in de porie zitten.
, (4-10-2019)
NPC, nuclear pore complex, de kernporiën bevatten grote moleculaire assemblages die ook wel NPCs
genoemd worden. 1 NPC bevat duizenden eiwitten (nucleoporins) en 1 celkern bevat maarliefst
3000-4000 van dit soort poriën. Moleculen die kleiner zijn dan 5 kDa kunnen hier snel doorheen
diffunderen. Verder kunnen eiwitten die kleiner zijn dan 60 kDa er ook vrij doorheen middels
passieve diffusie, maar dit gaat wel een stuk slomer (basket en fibrillen blokkeren de boel een
beetje). Eiwitten die groter zijn dan 60 kDa moeten actief getransporteerd worden. Dit transport is
bidirectioneel en moet dus erg dynamisch zijn.
NLS, nuclear localization signal, is vaak positief geladen
en kan overal in het eiwit gelokaliseerd zijn, maar moet
aan het oppervlakte zitten. In een experiment is bij een
bekend NLS een mutatie van 1 aminozuur aangebracht en
dat resulteerde er al in dat het eiwit niet meer de kern in
ging. Verder is voor kern import geen eiwit ontvouwing
nodig (i.t.t. andere vormen van transport). Een multi-
subunit complex kan in zijn geheel geïmporteerd worden.
NES, nuclear export signal, naast import signalen, zijn er ook export signalen voor de kern.
Importins, voor het actieve kerntransport zijn bepaalde eiwitten
nodig die dit proces reguleren: importines. Verschillende cargo
wordt door verschillende nucleaire import receptoren gebonden.
Deze binding kan direct of indirect zijn middels een kern import
adaptor eiwit. Importines binden aan de NLS en aan FG repeats in
nucleoporins. Deze FG repeats vind je met name in de fibrillen die
vanuit een NPC in het cytoplasma zweven. De importine-cargo
interactie heeft een vrij lage affiniteit en de concentratie is hier dus erg belangrijk.
Regulatie bidirectioneel transport, een gradiënt van actief versus
inactief Ran creëert richting. In het cytosol is sprake van een hoge
concentratie Ran-GDP en een lage concentratie Ran-GTP. In de kern is
dit precies andersom en dat is mogelijk doordat het cytosol Ran-GAPs
bevat die Ran-GTP omzetten naar Ran-GDP, terwijl het kernplasma
Ran-GEF bevat wat GDP omwisselt voor GDP. Dit gradiënt reguleert
actief transport. Met deze truc wordt zowel import als export
gemedieerd.
Ran, is een klein GTPase. Dat houdt in dat het geactiveerd kan worden
door zijn GDP om te ruilen voor GTP (m.b.v. een guanine exchange
factor (GEF)).
Im- & export, rechts zie je
schematisch de kernimport en
export weergegeven. Het verschil
zit hem in de binding van Ran-GTP.
Waar een kernimportin enkel Ran-
GTP bindt, bindt een kernexportin
zowel zijn cargo als Ran-GTP. Voor
de import zie je dat het importin
zijn cargo bindt in het cytosol en
vervolgens ook de FG repeats,
waardoor het geheel geïmporteerd
wordt. In de kern zorgt binding van
Ran-GTP dat het cargo losgelaten
wordt en het importin weer terug
het cytosol in gaat. Eenmaal in het
cytosol zorgt Ran-GAP dat Ran-GDP loslaat van de importin.
