Kυτταρική Bιολογία ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ, ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΑ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑ & ΔΙΑΛΟΓΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΔIAΛEΞΕΙΣ 4 & 5 (3/3 & 6/3/2017)

Transcript

1 Kυτταρική Bιολογία ΔIAΛEΞΕΙΣ 4 & 5 (3/3 & 6/3/2017) ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ, ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΑ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑ & ΔΙΑΛΟΓΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ

2 Οι λιπιδικές διπλοστιβάδες λειτουργούν ως φραγμοί Νερό Υδρόφιλες φωσφολιπιδικές κεφαλές Φωσφολιπιδική μεμβράνη Υδρόφοβες φωσφολιπιδικές ουρές Νερό Υδρόφιλες φωσφολιπιδικές κεφαλές κυτταρική μεμβράνη που περιβάλλει το κύτταρο μόρια έξω από το κύτταρο μόρια των κυτταρικών διαμερισμάτων μόρια του κυττάρου Εσωτερικές μεμβράνες περιβάλλουν τα οργανίδια

3 Η διαπερατότητα των μεμβρανών ΜΙΚΡΑ ΥΔΡΟΦΟΒΑ ΜΟΡΙΑ ΜΙΚΡΑ ΑΦΟΡΤΙΣΤΑ ΠΟΛΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΑ ΑΦΟΡΤΙΣΤΑ ΠΟΛΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΙΟΝΤΑ Συνθετική λιπιδική διπλοστιβάδα

4 Τα κυτταρικά διαμερίσματα οριοθετούνται από μεμβράνες μικρολάχνη μικροϊνίδια κεντρίδια πυρήνας ριβοσωμάτια Λείο ενδοπλασματικό δίκτυο μιτοχόνδριο αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο συσκευή Golgi λυσοσωμάτιο κυτταρική μεμβράνη

5 Οι μεμβράνες λειτουργούν ως αγκυροβόλια αλλά και ως «φυλακές» Αγκυροβόλιο Φυλακή Μόρια «φυλακισμένα» μέσα σε μεβρανικό κυστίδιο Ριβοσωμάτια αγκυροβολημένα στις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου

6 Η κυτταροπλασματική (πλασματική) μεμβράνη

7 Μερικές ακόμη λειτουργίες των κυτταρικών μεμβρανών Λήψη πληροφοριών Συμμετοχή στη κίνηση & δυνατότητα επέκτασης Είσοδος και έξοδος μορίων

8 Η πλασματική μεμβράνη είναι πολωμένη Σχεδία (raft) ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟΣ ΧΩΡΟΣ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Οι δύοπλευρές της κυτταρικής μεμβράνης έχουν διαφορετική χημική σύσταση. Πόσομεγάλη βιολογική σημασία έχει η πόλωση;

9 Οι λιπιδικές σχεδίες Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

10 Η κυτταρική μεμβράνη είναι ρευστή και επιτρέπει την κίνηση των συστατικών της Περιορισμός από μεμβρανικό σκελετό Καθοδηγούμενη κίνηση Παροδικός περιορισμός Τυχαία διάχυση Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

11 Τρόποι σύνδεσης πρωτεϊνών με μεμβράνες Διαμεμβρανικές Προσδεδεμένες με λιπίδια Συνδεδεμένες με πρωτεΐνες Εξωκυττάριος χώρος Λιπιδική διπλοστιβάδα κυτταρόπλασμα

12 Είδη διαμεμβρανικών πρωτεϊνών

13 Η εξέλιξη των απόψεων για τη δομή και τη σύσταση των μεβρανών A ΝΕΡΟ Πολικές ομάδες Υδρογονάνθρακες ΝΕΡΟ B Πολικές ομάδες Αλυσίδες λιπαρών οξέων Επιφανειακή πρωτεΐνη Γ Αγκυροβολημένες πρωτεΐνες ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟΣ ΧΩΡΟΣ Ενσωματωμένες πρωτεΐνες ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Δ Δυναμική φωσφολιπιδική διπλοστιβάδα Πρωτεϊνικές δομές υψηλής ανάλυσης

14 Βιολογικές λειτουργίες των μεβρανικών πρωτεϊνών ΜΕΤΑΦΟΡΕΙΣ ΠΡΟΣΔΕΤΤΕΣ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΕΝΖΥΜΑ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟΣ ΧΩΡΟΣ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ

15 Οι δύο πλευρές της κυτταρικής μεμβράνης έχουν διαφορετική χημική σύσταση Εξωκυττάριο υγρό γλυκοπρωτεΐνη γλυκολιπίδιο υδατάνθρακες χοληστερόλη Διαμεμβρανική Πρωτεΐνη Περιφερική μεμβρανική πρωτεΐνη Ινίδια του κυτταροσκελετού κυτταρόπλασμα

16 Ο μεμβρανικός φλοιός προσδίδει μηχανική σταθερότητα στην κυτταρική μεμβράνη σπεκτρίνη κυτταροπλασματική πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης ακτίνη σπεκτρίνη πρωτεΐνες πρόσδεσης Ακτίνη σε σύμπλοκο σύνδεσης πρωτεΐνη πρόσδεση ς πρωτεΐνη πρόσδεσης διαμεμβρανικές πρωτεΐνες

17 Δομή και πρωτεΐνες του μεμβρανικού φλοιού

18 Ο γλυκοκάλυκας του ευκαρυωτικού κυττάρου διαμεμβρανική γλυκοπρωτεΐνη μονάδα σακχάρου προσκολλημένη γλυκοπρωτεΐνη διαμεμβρανική πρωτεογλυκάνη ΓΛΥΚΟΚΑΛΥΚΑΣ γλυκολιπίδιο ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟΣ ΧΩΡΟΣ λιπιδική διπλοστιβάδα ΓΛΥΚΟΚΑΛΥΚΑΣ

19 Ο ρόλος των υδατανθράκων της κυτταρικής επιφανείας στη μοριακή αναγνώριση Ειδικός ολιγοσακχαρίτης λεκτίνη ουδετερόφιλο αγγείο Ενδοθηλιακό κύτταρο ΤΟΠΟΣ ΜΟΛΥΝΣΗΣ

20 Ο ρόλος του γλυκοκάλυκα στην μοριακή αναγνώριση Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση Πρόσδεση σελεκτινών στους ολιγοσακχαρίτες του γλυκοκάλυκα. Η L-σελεκτίνη είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που εκφράζεται από τα λευκά αιμοσφαίρια και προσδένεται σε έναν ολιγοσακχαρίτη ο οποίος εκφράζεται στην επιφάνεια των ενδοθηλιακών κυττάρων

21 Γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών και σύνδεση με μεμβρανικά γλυκολιπίδια γλυκόζη μαννόζη Ν- ακετυλογλυκοζαμίνη κυτταρόπλασμα Πρωτεΐνη (Thy-1) Αυλός ΕΔ C-τελικό τμήμα Αιθανολαμίνη πολυπεπτιδική αλυσίδα σε διαδικασία σύνθεσης Ν- ακετυλογλυκοζαμίνη μαννόζη γλυκοζαμίνη ολιγοσακχαρίτης συνδεδεμένος σε λιπίδιο ενζυμική μεταφορά του ολιγοσακχαρίτη στην πρωτεΐνη ινοσιτόλη

22 Πως μεταφέρονται οι πρωτεΐνες στα μεμβρανικά οργανίδια; Μεταφορά μέσω πυρηνικών πόρων Μεταφορά διαμέσου μεμβρανών Μεταφορά με κυστίδια

23 Συν-μεταφραστική και μετα-μεταφραστική μεταφορά

24 Σηματοδοτικές αλληλουχίες κατευθύνουν τις πρωτεΐνες στα μεμβρανικά οργανίδια Κατά την μετα-μεταφραστική μεταφορά, οι πρωτεΐνες που συντίθενται στα ελεύθερα ριβοσωμάτια, μετά την απελευθέρωσή τους, κατευθύνονται προς τον ειδικό προορισμό τους χρησιμοποιώντας μικρού μήκους αμινοξικές αλληλουχίες ως σηματοδοτικά μοτίβα.

25 Απόδειξη του ρόλου των σηματοδοτικών αλληλουχιών στη διαλογή των πρωτεϊνών Κυτταροπλασματική πρωτεΐνη (χωρίς σηματοδοτική αλληλουχία) Πρωτεΐνη του ΕΔ από την οποία έχει αφαιρεθεί η σηματοδοτική της αλληλουχία Πρωτεΐνη του ΕΔ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΟ Σηματοδοτική αλληλουχία του ΕΔ Κυτταροπλασματική πρωτεΐνη με σηματοδοτική αλληλουχία του ΕΔ ΑΛΛΑΓΜΕΝΕΣ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ

26 Οι σηματοδοτικές αλληλουχίες εντοπισμού συχνά αποκόπτονται μετά τη μεταφορά

27 Σήματα πυρηνικού εντοπισμού ΠΡΟΣΟΧΗ: Τα σήματα πυρηνικού εντοπισμού δεν αποκόπτονται από τις πυρηνικές πρωτεΐνες μετά τη μεταφορά (σε αντίθεση με τις αλληλουχίες εντοπισμού σε άλλα μεμβρανικά οργανίδια όπως ΕΔ, μιτοχόνδρια κλπ)

28 Η είσοδος των πυρηνικών πρωτεϊνών απαιτεί πρωτεΐνες-μεταφορείς Πυρηνική πρωτεΐνη προς μεταφορά Υποδοχείς πυρηνικής μεταφοράς (Ιμπορτίνες) Ινίδια του πυρηνικού πόρου ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ ΠΥΡΗΝΑΣ

29 Οι πυρηνικοί πόροι Το σύμπλοκο του πυρηνικού πόρου διατρέχει ολόκληρο το πάχος του πυρηνικού φακέλου ως μία τριπλή δακτυλιοειδής δομή.

30 Οι εξωτερικές και εσωτερικές επιφάνεις του πυρήνα στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Η εξωτερική επιφάνεια με τους πυρηνικούς πόρους Η εσωτερική επιφάνεια με τον πυρηνικό υμένα (πυρηνική λάμινα) Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

31 Ο πυρηνικός πόρος και ο πυρηνικός υμένας (πυρηνική λάμινα) Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

32 Μοντέλο του συμπλόκου του πυρηνικού πόρου Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

33 Κυκλοφορία βιομορίων διαμέσου των πυρηνικών πόρων Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

34 Μεταφορά πρωτεϊνών μέσω των συμπλόκων των πυρηνικών πόρων Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

35 Εξαγωγή πρωτεϊνών από τον πυρήνα Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

36 Μεταφορά των snrna μεταξύ πυρήνα και κυτταροπλάσματος Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

37 Οι πυρηνικοί πόροι χρησιμοποιούνται τόσο στην εισαγωγή όσο και στην εξαγωγή βιομορίων από τον πυρήνα

38 Οι μιτοχονδριακές πρωτεΐνες εισέρχονται σε «ξεδιπλωμένη» μορφή Πολυπεπτιδική αλυσίδα Κυτταροπλασματική συνοδός πρωτεΐνη Μιτοχονδριακή συνοδός πρωτεΐνη Αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Μιτοχόνδριο

39 Συνοδοί-πρωτεΐνες βοηθούν τόσο στη μεταφορά όσο και στην επαναδιάταξη των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών Κυτταροπλασματική συνοδός πρωτεΐνη, 70 kda κυτταρόπλασμα Διαμεμβρανικός χώρος Μιτοχονδριακός αυλός Μιτοχονδριακές συνοδοί πρωτεΐνες, 70 kda

40 Τα σήματα μιτοχονδριακού εντοπισμού βρίσκονται στο Ν-τελικό άκρο των πρωτεϊνών & αποκόπτονται μετά τη μεταφορά

41 Υποδοχείς της εξωτερικής και της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης

42 Οι πρωτεΐνες του ενδοπλασματικού δικτύου συντίθενται στα ριβοσωμάτια του αδρού ΕΔ Εσωτερική πυρηνική μεμβράνη Μεμβράνη ΕΔ πυρήνας Εξωτερική πυρηνική μεμβράνη πολυριβοσωμάτιο Οι πρωτεΐνες μπορούν να εισέλθουν στο μονοπάτι ΕΔ-Golgi μόνο εάν συνδεθούν με το ΕΔ κατά τη διάρκεια της σύνθεσής τους.

43 Η είσοδος των πρωτεϊνών στο ΕΔ γίνεται ταυτόχρονα με τη μετάφραση σηματοδοτική αλληλουχία Σωματίδιο αναγνώρισης σήματος (ΣΑΣ) κυτταρόπλασμα αυλός του ΕΔ Υποδοχέας του ΣΑΣ σύμπλοκο μεταφοράς Sec61 (=κανάλι μετατόπισης) σηματοδοτική πεπτιδάση 2000 by Geoffrey M. Cooper

44 Το σωματίδιο αναγνώρισης σήματος καθοδηγεί τις πρωτεΐνες στο ΕΔ Ριβoσωμάτιο Το ΣΑΣ απομακρύνεται και επακυκλώνεται Σωματίδιο αναγνώρισης σήματος (ΣΑΣ) ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Σηματοδοτική αλληλουχία του ΕΔ Υποδοχέας ΣΑΣ στη μεμβράνη του ΕΔ Κανάλι μετατόπισης ΑΥΛΟΣ ΤΟΥ ΕΔ

45 Το σωματίδιο αναγνώρισης σήματος είναι νουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο Οι δύο επικράτειες του 7S RNA του σωματίου SRP ορίζονται βάσει της συγγένειάς τους με την αλληλουχία Alu. Οι πέντε από τις έξι πρωτεΐνες προσδένονται άμεσα στο 7S RNA. Κάθε λειτουργία του SRP συνδέεται με μία ή περισσότερες συγκεκριμένες πρωτεΐνες.

46 Είσοδος πρωτεϊνών στον αυλό του ΕΔ Σηματοδοτική αλληλουχία Πολυπεπτιδική αλυσίδα ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ ΑΥΛΟΣ ΤΟΥ ΕΔ κανάλι μεταφοράς σηματοδοτική πεπτιδάση

47 Συνοδοί-πρωτεΐνες αναδιπλώνουν αλλά και συγκρατούν τις πρωτεΐνες στον αυλό του ΕΔ Αυλός του ΕΔ 2000 by Geoffrey M. Cooper

48 Συνοδοί-πρωτεΐνες εμπλέκονται στον ποιοτικό έλεγχο των πρωτεϊνών του ΕΔ EΔ Κυστική ίνωση Λάθος αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Σωστά αναδιπλωμένη πρωτεΐνη Συνοδός πρωτεΐνη Eκβλαστάνον κυστίδιο μεταφοράς Μοντέλο της πρωτεΐνης CFTR. Ακαδηµαϊκές Εκδόσεις 2011 Το κύτταρο-μια Μοριακή Προσέγγιση

49 Ενσωμάτωση διαμεμβρανικών πρωτεϊνών στις μεμβράνες του ΕΔ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ ΑΥΛΟΣ ΤΟΥ ΕΔ ΑΥΛΟΣ ΕΔ

50 Σας Ευχαριστώ για την Προσοχή σας