Cellbiologi:
Intracellulär sortering
och cellsignalering
Homira Behbahani
13/11 2009
Kl: 9-11a.m
[email protected]
Institutionen för neurobiologi, vårdvetenskap och samhälle (NVS)
Behbahani H
13 november 2009
2
Elektron
Mikroskopbild
av en lever cell
Schematisk karta över:
Intracellulär sortering av nytillverkade
proteiner
A
CP
Fria molekyler-1-2 min.
Behbahani H
B
ER
Vesikulär transport: 30-60 min.
13 november 2009
4
Proteiner kan förflyttas mellan cellernas olika organeller och
enheter….
1. Genom direkt transport över ett membran mha
transportprotein (ex protein transport från cytosol till ER
membranet).
2. Genom transport-vesikler (ex protein transport från ER till
Golgi).
Behbahani H
13 november 2009
5
Behbahani H
13 november 2009
6
Signalpeptider är proteinernas adresslappar
Signalpeptiderna för respektive målorganell har vissa karakteristika
• Till E.R.: signalpeptiden sitter i N-terminala delen av proteinet.
•Till mitokondrien: signalpeptid i ena ändan av proteinet med +laddade och
hydrofoba aminosyror varvat.
• Till kärnan: signalpeptid mitt i proteinet med +laddade aminosyror samt prolin.
•Till extracellulär rummet : signalpeptid saknas.
Kursboken s. 94
Behbahani H
Alberts et al. 2004
13 november 2009
7
A. 1. Sortering till kärnan
• Färdiga proteiner importeras direkt från
cytoplasman till kärnan (post-translationell
transport).
• “Adresslapp” till kärnan: signalpeptid mitt i
proteinet med +laddade aminosyror (lysin och
arginin) samt prolin.
• Kärnmembranet har porer. Molekyler mindre
än 5 kDa passerar in fritt medan övriga
transporteras in mha med särskilda
receptorer och aktiv transport genom sk
kärnpor-komplex. Då vidgas poren så
proteinet kan passera.
Behbahani H
13 november 2009
8
A. 2. Sortering till mitokondrien
• Färdiga proteiner importeras direkt från cytoplasman till mitokondrien
(post-translationell transport).
“Adresslapp” till mitokondrien: signalpeptid i den N-terminala delen av
proteinet med + -laddade och hydrofoba aminosyror varvat.
• Aktiv transport krävande både ATP och transportprotein.
• De proteiner som ska lokaliseras mellan membranen har 2
signalpeptider.
Behbahani H
13 november 2009
9
A. 3. Sortering till
peroxisomen
• Peroxisomen är ca 0.5µM i
diameter och innehåller
specialicerade enzymer såsom
oxidaser och katalaser, ssk i
lever och njurceller för
nedbrytning av för cellen
toxiska ämnen ex alkohol och
H2O2
•Adresslapp till peroxisomen är en kort signalpeptid
belägen C-terminalt.
•Transporten över
transportprotein
Behbahani H
membranet
medieras
mha
ett
13 november 2009
10
B. 1. Sortering till E.R.
och vidare till lysosomen, sekretoriska vesikler,
plasmamembranet samt extracellulär rummet
• Ribosomer med proteiner under bildning och med rätt adresslapp styrs in i
ER från cytoplasman genom sk co-translationell transport.
• Adresslapp till E.R.: signalpeptiden sitter i N-terminala delen av proteinet.
• Både receptor och transportprotein krävs.
• De proteiner som ska stanna I E.R. behåller sin signalpeptid, de övriga
klyvs av.
Behbahani H
13 november 2009
11
B. 2. Sortering från E.R till lysosomer,
sekretoriska vesikler och plasmamembran.
Behbahani H
13 november 2009
12
Lysosomal degradering
Innehåller ett 40-tal
Enzymer (sura hydrolaser):
Proteaser, Nukleaser,
lipaser,sulfataser.
-Verksamma vid pH=5
0.05-0.5µM
Behbahani H
13 november 2009
13
Vesikel-formation från membran
Sekretoriska vesikler
innehållande insulin
frisätts till extracellulär rummet
Behbahani H
13 november 2009
14
Cellsignalering
• Cellerna i en komplex organsim kommunicerar via olika signaler.
• Dessa signaler kan kemiskt vara peptider, aminosyror, fettsyror eller
steroid-derivat och utgöra sk tillväxtfaktorer, neurotransmittorer eller
hormoner som verkar via bindning till specifika receptorer.
• Mekanismen att överföra extracellulära signaler till intracellulära
signalkedjor kallas signaltransduktion.
• Bindningen mellan ligand och receptor leder därefter till att
intracellulära signalkedjor aktiveras som i sin tur påverkar olika
nyckelenzymer i cellen eller genreglerande proteiner i kärnan
Behbahani H
13 november 2009
15
Cellens signaler kan klassificeras beroende på var de verkar:
1.
Endokrina signaler/hormoner transporteras långväga från producerande cell
till målcellen via blodbanan ex insulin.
2.
Parakrina signaler verkar på celler i den nära omgivningen, ex
neurotransmittorer.
3.
Autokrina signaler produceras och verkar i samma cell, ex. prostaglandiner
Kursboken s. 125
Behbahani H
Alberts et al., 2004
13 november 2009
16
Målcellen kan ha sin receptor i plasmamembranet eller
intracellulärt (i cytoplasman eller kärnan).
De signaler som är
vattenlösliga har i regel sina
receptorer i plasmamembranet medan övriga
har sina receptorer i
cytoplasman eller kärnan.
Behbahani H
13 november 2009
17
Extracellulära signaler kan agera
långsamt eller snabbt
•Vissa signaler kan verka
inom sekunder-då aktiveras i
regel ett redan färdigt men
inaktivt enzym (ex. glukosmobilisering vid fysisk
aktivitet).
• Andra signaler verkar över
timmar och involverar då
ofta genreglering som leder
till ex vis ökad produktion av
ett enzym.
Behbahani H
13 november 2009
18
Samma signalmolekyl kan leda till
olika effekt i olika målceller
Behbahani H
13 november 2009
19
En cell behöver
ofta ett flertal
samverkande
extracellulära
signaler för att
överleva,
dela sig och
differentiera.
Om signaler
uteblir dör cellen
Behbahani H
13 november 2009
20
Extracellulära
signaler kan
förändra aktiviteten
av intracellulära
proteiner och
därmed ändra
beteendet av en cell
Behbahani H
13 november 2009
21
En
extracellulär
signal kan ge
upphov till en
komplex
signalkaskad.
Behbahani H
13 november 2009
22
3 typer av
membranreceptorer
Metabotropa receptorer- är
kopplade till G-proteiner som
kan binda GTP som i sin tur
aktiverar den intracellulära
kedjan.
Behbahani H
13 november 2009
23
Jonotropa receptorer är kopplade till en jonkanal som
vid stimulering (bindning av ligand) konformationsändras
och släpper genom en typ av jon ex vis Na+-kanaler
öppnas vid acetylcholin-stimulering).
Behbahani H
13 november 2009
24
Enzymatiska receptorer har
katalytisk aktivitet ex
tillväxtfaktorstimulering av insulin.
IRS= insulin receptor subunit
Behbahani H
13 november 2009
25
Målcellen kan påverka signalsvaret genom
utvecklandet av resistens
1. Receptor-nedreglering: antalet receptorer minskas.
2. Desensitisering: receptormolekylen får ändrat utseende.
3. Postreceptor-förändring: den intracellulära signalkedjan
störs.
Behbahani H
13 november 2009
26
Intracellulära signalsystem (“second messengersystem”) utgörs av små molekyler såsom….
cAMP
cGMP
Diacylgrycerol
Dessa aktiverar olika
proteinkinaser som i sin
tur fosforylerar olika
målproteiner
Inositol-trifosfat
Kalciumjoner
Behbahani H
13 november 2009
27
Här följer en rad exempel på intracellulär signalering
Insulinets metabola effekt
Insulinets
tillväxtreglerande effekt
Behbahani H
13 november 2009
28
Adenylatcyklas omvandlar
ATP till cykliskt AMP som i
sin tur aktiverar
proteinkinas som vidare
aktiverar olika målenzym.
Behbahani H
13 november 2009
29
Proteinkinas A har både
metabol och tillväxtreglerande effekt
Proteinkinas C har ffa
tillväxt-reglerande effekt
Behbahani H
13 november 2009
30
Inositol-trifosfat och kalcium
IP3 binder i cytoplasman till ER varvid Ca2+ -kanaler
öppnas och Ca2+ strömmar ut i cytoplasman.
Ca2+ binder till olika proteiner och åstadkommer
konformationsändring hos dessa.
Behbahani H
13 november 2009
31
Hydrofoba hormoner
• Diffunderar genom plasmamembranet och binder till en
receptor inne i kärnan och påverkar transkritionen.
• Primära svar- primära genreglerande produkter som i
sin tur ger upphov till
• Sekundära svar-då sekundära gener slås på/av.
Behbahani H
13 november 2009
32
Crosstalk mellan olika
signalsystem kan leda
till samverkan eller
motverkan (resistens).
Insulinresistens leder till en
oförmåga i perifera celler att
ta upp glukos-->
åderförkalkning.
Behbahani H
13 november 2009
33
Om mutatiner uppstår i Ras-proteinet kan det
ständigt vara aktivt och leda till överdriven
celldelning--> Tumörväxt.
Behbahani H
13 november 2009
34
Instuderingsfrågor
Cell-sortering
1.
Vilka 2 huvudvägar kan proteiner
färdas på efter eller i samband
med sin bildning?
2.
Hur styrs sorteringen av proteiner
intracellulärt? Ge några exempel.
3.
Vad betyder uttrycken cotranslationell och posttranslationell transport?
Cell-signalering
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Behbahani H
Vad är signaltransduktion?
Vad är ett hormon?
Nämn de 3 huvudtyperna av
signaler (klassificering baserad
på lokalisation av producerande
cell och målcell).
Nämn 3 typer av
membranreceptorer.
Ge exempel på hur målcellen kan
påverka signalsvaret.
Vad är en sk second messenger?
Ge ex.
Ge exempel på ett intracellulärt
signaleringssystem.
Varför signalerar celler på detta
vis tror du?
13 november 2009
35
