Contenit al lecției
Introducere
Calea secretorie din celulele eucariote este folosită pentru a trimite proteine și lipide către membrana plasmatică și anumite organite legate de membrană și pentru a elibera material în afara celulei. Există două tipuri de secreție: constitutivă și reglată. Secreția constitutivă este calea implicită și este utilizată în principal pentru a reface materialul la nivelul membranei plasmatice și al anumitor organite legate de membrană. Secreția reglată se termină în vezicule secretorii care stochează materialul secretat până când un semnal declanșează fuziunea cu membrana plasmatică. Ambele tipuri de secreție utilizează aceeași cale, dar secvențele de semnal redirecționează proteinele către calea reglementată. Celulele recuperează, de asemenea, material din membrana plasmatică prin endocitoză. Acest material poate fi fie reciclat la membrana plasmatică, fie degradat în lizozom.
Principii ale căii secretorii
Proteinele și lipidele sunt sintetizate în ER și apoi transportate la Golgi. Proteinele sunt sortate în Golgi și trimise la membrana plasmatică, la lizozom sau la veziculele secretorii. Transportul proteinelor și lipidelor între compartimentele legate de membrană este mediat de vezicule care se desprind dintr-un compartiment și apoi fuzionează cu compartimentul următor. Rabii, legăturile și SNARE-urile cresc probabilitatea ca veziculele să fuzioneze cu membrana țintă corectă. Celulele mențin integritatea și funcționalitatea ER și Golgi prin inhibarea proteinelor rezidente de a intra în vezicule și prin recuperarea acelor proteine care evadează.
Glicozilarea
Glicozilarea este atașarea covalentă a zaharurilor la proteine, care se întâmplă la majoritatea proteinelor din ER. Glicozilarea ajută proteinele să se plieze, direcționează proteinele către organite specifice (de exemplu, lizozomul) și inhibă proteoliza. În plus, multe proteine de pe suprafața celulelor și din matricea extracelulară care înconjoară celulele sunt puternic glicozilate pentru o varietate de scopuri biologice.
Glicozilarea legată de N are loc în ER și implică adăugarea unui grup de 14 zaharuri la grupul amină al asparaginelor. Grupurile conțin un amestec de N-acetilglucozamină, mannoză și glucoză. Reziduurile de glucoză sunt îndepărtate în ER înainte ca proteina să fie transportată în Golgi. În Golgi, lanțurile laterale de zahăr pot fi modificate în continuare prin îndepărtarea și adăugarea de diferite zaharuri.
Glucozilarea legată de O este cea de-a doua formă și implică adăugarea de zaharuri la serine sau treonine. Glicozilarea legată de O începe probabil în Golgi prin adăugarea unui singur zahăr. Alte enzime adaugă zaharuri în grupuri de două, iar lanțurile laterale de zaharuri pot deveni extrem de lungi.
Complexul Golgi este un ansamblu de cisterne membranare cu compoziții biochimice unice. Cisternele sunt denumite, de obicei, rețea cis, medială, trans și trans-Golgi, proteinele intrând în cis dinspre ER și ieșind din TGN. Se pare că cisternele conțin un set unic de enzime care modifică lanțurile laterale de zahăr de pe proteine. De exemplu, mannoza este eliminată în principal în cisterna medială, în timp ce galactoza este adăugată în cisterna trans.
Transport vezicular
Transportul între compartimentele membranare este mediat de vezicule mici. Veziculele conțin un înveliș proteic care conduce formarea veziculelor și recrutează proteinele în vezicule. Veziculele sunt direcționate către compartimentul corect printr-o combinație de proteine Rab și SNAREs. Rabs sunt o familie mare de proteine mici de legare a GTP, iar fiecare compartiment membranar din calea secretorie pare să conțină o proteină Rab unică. SNARE-urile sunt proteine de pe vezicule și compartimente membranare care se împerechează pentru a media fuziunea. SNARE-urile cuprind o altă familie mare de proteine și este probabil ca diferite compartimente să conțină proteine SNARE unice.
Formarea veziculelor
Formarea veziculelor din ER este cel mai clar înțeleasă și va servi ca exemplu al modului de formare a veziculelor. Mecanismul este probabil similar pentru alte compartimente. Asamblarea unui înveliș proteic conduce la formare, iar asamblarea învelișului începe cu legarea proteinei Sar1 de legare a GTP-ului mic. Sar1-GTP se asociază cu ER și inserează o mică helixă în frunza exterioară a bicameralului membranei ER pentru a iniția curbura membranei. Sar1-GTP recrutează alte două seturi de proteine care alcătuiesc învelișul veziculei: complexul Sec23-Sec24 care se leagă de proteinele cargo și complexul Sec13-Sec31 care ajută la formarea veziculei. Selectarea încărcăturii pentru majoritatea proteinelor necesită o secvență de semnal care interacționează cu complexul Sec23-24. Proteinele solubile din lumenul ER se asociază cu receptorii de încărcătură care conțin o secvență de semnal care se leagă de Sec23-Sec24. Complexul de înveliș care înconjoară veziculele din ER se numește COP II.
Targerea veziculelor în compartimentul corect
Două seturi de proteine par să ajute veziculele să fuzioneze cu membrana țintă corectă. Un set implică legăturile care se localizează la compartimentele membranare țintă și interacționează cu componentele învelișului veziculelor. În celule au fost identificați câțiva conectori diferiți și fiecare pare să se localizeze la un compartiment distinct. Tetherii formează structuri care se extind de la membrana compartimentului în citosol. Acest lucru îi poate ajuta pe tetheri să interacționeze cu veziculele care sosesc din compartimentul membranar anterior.
Un al doilea set de proteine care ajută la direcționarea corectă a veziculelor către membrana corespunzătoare este reprezentat de SNAREs. SNAREs mediază, de asemenea, fuziunea între membrane. Veziculele conțin o proteină SNARE (vSNARE), iar compartimentele membranare conțin 2 sau 3 proteine SNARE (tSNARE). Proteinele SNARE de pe vezicule și compartimente membranare interacționează cu specificitate. Celulele animale exprimă 35 de proteine SNARE diferite, dar numai anumite seturi de SNARE interacționează între ele. Prin localizarea acelor SNARE care interacționează numai pe vezicule și pe membrana lor țintă, celulele se asigură că veziculele fuzionează pe membrana lor țintă corectă.
Fuziunea membranară
Proteinele SNARE mediază fuziunea dintre vezicule și compartimentul lor membranar țintă. Proteinele SNARE conțin regiuni lungi care formează structuri elicoidale. Domeniile elicoidale din vSNARE și tSNARE interacționează și par a se închide cu fermoar. Se crede că energia eliberată prin împerecherea completă a vSNARE-urilor și tSNARE-urilor determină fuziunea între membrana veziculelor și membrana compartimentului, deși mecanismul exact rămâne neclar.
Câteva vezicule se andochează pe membrana lor țintă, dar nu fuzionează. De exemplu, veziculele secretorii stochează proteine și alte molecule mici până când celula primește semnalul de a le elibera. Unele vezicule secretorii se andochează pe membrana plasmatică prin interacțiunea vSNARE-urilor și tSNARE-urilor, dar SNARE-urile sunt împiedicate să se împerecheze complet pentru a determina fuziunea membranară. Semnalele externe declanșează înlăturarea inhibiției de împerechere, permițând veziculelor să fuzioneze cu membrana plasmatică.
Sortarea proteinelor în rețeaua trans-Golgi
După ce ajung în rețeaua trans-Golgi, majoritatea proteinelor sunt direcționate către destinația lor finală. Calea implicită pare a fi transportul către membrana plasmatică, deoarece membrana plasmatică trebuie să înlocuiască continuu lipidele și proteinele. Alte proteine sunt sortate către lizozomi și vezicule secretorii. Semnalul pentru a trimite o proteină la lizozom implică lanțul lateral de zahăr. Majoritatea proteinelor lizozomale conțin mannoză 6-fosfat, care este adăugat în cis-Golgi. Receptorul care leagă mannoza 6-fosfat se află în rețeaua trans-Golgi și recrutează proteinele de acoperire în rețeaua trans-Golgi. Clatrina formează învelișul din jurul acestor vezicule, iar veziculele acumulează proteine lizozomiale înainte de a ieși din rețeaua trans-Golgi. Aceste vezicule fuzionează cu endosomii. Lumenul endosomilor are un pH scăzut, ceea ce determină disocierea receptorului de mannoză-6-fosfat de proteinele lizozomale. Receptorul mannoză-6-fosfat este returnat în rețeaua trans-Golgi, iar vezicula care conține proteinele lizozomale se maturizează într-un lizozom funcțional.
Câteva proteine sunt sortate în vezicule secretorii care stochează aceste proteine până când celula primește semnalul de a le elibera. Mecanismul prin care proteinele sunt sortate în vezicule secretorii, deoarece aceste proteine nu împărtășesc o secvență comună de semnal de sortare.
Endocitoza
Celele nu numai că eliberează material în mediul extern, ci și preiau material din afara membranei plasmatice prin endocitoză. Există mai multe forme de endocitoză.
Fagocitoza permite unor celule (macrofage, neutrofile) să înghită și să preia particule mari, cum ar fi microorganismele și celulele moarte. Fagocitoza implică proeminența membranei plasmatice în jurul particulei. Protruziunea este determinată de polimerizarea actinei. Membrana plasmatică înconjoară în cele din urmă particula și fuzionează pentru a o îngloba complet și a forma o veziculă endocitară mare.
Pinocitoza formează vezicule mult mai mici (~ 100 nm) și permite celulelor să preia cantități mici de lichid extracelular și porțiuni din membrana plasmatică. O formă de pinocitoză este endocitoza mediată de clatrină care permite celulelor să preia proteine specifice de la suprafața celulară.
Edocitoza mediată de clatrină începe cu formarea unei gropi în membrana plasmatică. Groapa este înconjurată pe partea citoplasmatică de proteine adaptoare care leagă clatrina de groapă. Adaptorii interacționează, de asemenea, cu proteinele din membrana plasmatică care sunt vizate pentru endocitoză. Groapa poate găzdui ~ 1000 de proteine. Polimerizarea clatrinei determină formarea unei vezicule care, în cele din urmă, se desprinde de membrana plasmatică. GTPaza dinamină catalizează reacția de separare. Veziculele acoperite de clatrină fuzionează cu endosomii, unde pH-ul scăzut disociază liganzii de receptori. Unele proteine sunt apoi returnate la membrana plasmatică, în timp ce altele sunt direcționate către lizozom, unde sunt degradate.
.