durvafelszínű-durvafelszínű-EndoplazmatikEndoplazmatikus Retikulumus RetikulumdERdER

ProteinekProteinekszintézise szintézise

és és válogatásaválogatása

Dr. habil. KŐHIDAI László egyetemi docens

Semmelweis Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

2014. október 2.2014. október 2.

Endoplamatikus = sejten belüli; retikulum = hálózatEndoplamatikus = sejten belüli; retikulum = hálózat

• kiterjedt membrán-rendszerkiterjedt membrán-rendszer• a sejt membránjának kb. 50%-át teszi kia sejt membránjának kb. 50%-át teszi ki• csöves + lemezes = ciszternákcsöves + lemezes = ciszternák• a sejtmagmembrán külső lemezének folytatásaa sejtmagmembrán külső lemezének folytatása• két típus: két típus: durva felszínű ER (riboszómák)durva felszínű ER (riboszómák)

sima felszínű ERsima felszínű ER

rERrER

s-ER s-ER (sima felszínű ER)(sima felszínű ER)

szerkezet: csövesszerkezet: csöves

funkció:funkció:• szintézis: phospholipidek, cholesterin,szintézis: phospholipidek, cholesterin,

ceramidceramid• szintézis: szteroidokszintézis: szteroidok• CaCa2+2+ tárolása és szabályozás tárolása és szabályozás • méregtelenítés – cyt P450méregtelenítés – cyt P450

A dER felszínéhez kapcsolódó A dER felszínéhez kapcsolódó riboszómák pancreas exocrin riboszómák pancreas exocrin

sejtjében (TEM)sejtjében (TEM)

Palade, G.E.

1974

mRNSmRNS

peptidpeptidpoliriboszómapoliriboszóma

Riboszóma – mRNS – PoliriboszómaRiboszóma – mRNS – Poliriboszóma

A riboszóma molekuláris A riboszóma molekuláris felépítésefelépítése

60S rRNS + peptidek60S rRNS + peptidek rRNSrRNS

Riboszóma alegységekRiboszóma alegységek(prokaryota)(prokaryota)

Prokaryota és eukaryota Prokaryota és eukaryota riboszómák összehasonlítása riboszómák összehasonlítása

(1)(1)

Prokaryota és eukaryota Prokaryota és eukaryota riboszómák összehasonlítása (2)riboszómák összehasonlítása (2)

A riboszóma valódi A riboszóma valódi szerkezeteszerkezete ??

t-RNSt-RNS

aminosavaminosavaktiváló aktiváló enzimenzim

riboszómariboszóma

antikodonantikodon

kodonkodon

A tRNS identitását meghatározó A tRNS identitását meghatározó elemekelemek

IniciációIniciáció

ElongációElongáció

Khorana, H.G. Nirenberg, M.W.

1968

A peptid kötés kialakításaA peptid kötés kialakítása

peptidyl transferase

peptide bond

TerminációTermináció

Peptidek internalizálódása a Peptidek internalizálódása a dER-bedER-be

Szekréciós proteinek Szekréciós proteinek szintézise a dER-enszintézise a dER-en

Az SFR (SRP) szerkezeteAz SFR (SRP) szerkezete

• általánosáltalános• 300 bázisnyi RNS 300 bázisnyi RNS • 6 protein6 protein• P54 - szignál peptidP54 - szignál peptid• P9, P14 – riboszómaP9, P14 – riboszóma kötéskötés• P68, P72 – peptidP68, P72 – peptid mozgatásamozgatása

Szekréciós proteinek Szekréciós proteinek szintézise a dER-enszintézise a dER-en

A transzlocon-csatorna A transzlocon-csatorna elektron mikroszkópos képeelektron mikroszkópos képe

Riboszóma-translocon-ER membrán Riboszóma-translocon-ER membrán kapcsolódásakapcsolódása

Translocon komplexTranslocon komplex• TRAMTRAM – (= translocating chain-associated – (= translocating chain-associated

membrane membrane protein) köti a szignál protein) köti a szignál szekvenciátszekvenciát

• Sec61pSec61p – a translocon csatorna fő összetevője; – a translocon csatorna fő összetevője; a gyűrű-alakú struktúra felépítőjea gyűrű-alakú struktúra felépítője• Sec 61 Sec 61 és Sec 61 és Sec 61 kötődik a Sec 61p-hez kötődik a Sec 61p-hez

és így alakul ki a Sec 61 komplexés így alakul ki a Sec 61 komplex• A A Sec 61 komplexSec 61 komplex kötődik a riboszómához, kötődik a riboszómához,

részt vesz a transzmembrane részt vesz a transzmembrane transzferbentranszferben

A GDP/GTP ciklus és a GTP A GDP/GTP ciklus és a GTP hidrolízise – A szerkretorikus protein hidrolízise – A szerkretorikus protein

kapcsolódása a transloconhozkapcsolódása a transloconhoz

A dER-en szintetizálódó, A dER-en szintetizálódó, integrans membránproteinek integrans membránproteinek

elhelyezkedése a membránbanelhelyezkedése a membránban

Az inzulin receptor szintézise és Az inzulin receptor szintézise és inzerciója az ER membránbainzerciója az ER membránba

N-terminus az ER lumen felé N-terminus az ER lumen felé C-terminus a citoszól feléC-terminus a citoszól felé A szignál szekvencia levágódikA szignál szekvencia levágódik Stop-transzfer membrán-kihorgonyzó Stop-transzfer membrán-kihorgonyzó

szignálszignál

Asialoglikoprotein receptor szntézise és Asialoglikoprotein receptor szntézise és inzerciója az ER membránbainzerciója az ER membránba

C-terminus ER lumen C-terminus ER lumen feléfelé

N-terminus a citoszól N-terminus a citoszól feléfelé

Nincs N-terminális ER szignál szekvenciaNincs N-terminális ER szignál szekvencia

az el nem távolított integral szignál az el nem távolított integral szignál

membrán kihorgonyzóként működikmembrán kihorgonyzóként működik

A több transzmembrán, a-helikális A több transzmembrán, a-helikális szegmenttel rendelkező proteinek szegmenttel rendelkező proteinek

szintézise és inzerciójaszintézise és inzerciója

- El nem távolított szignál membrán kihorgonyzóként működik- El nem távolított szignál membrán kihorgonyzóként működik- Stop-transzfer membránkihorgonyzó szekvenciák- Stop-transzfer membránkihorgonyzó szekvenciák-El nem távolított szignál membrán kihorgonyzóként működikEl nem távolított szignál membrán kihorgonyzóként működik stb.stb.

Poszt-transzlációs Poszt-transzlációs modifikációkmodifikációk

• Proteolítikus bontásProteolítikus bontás• GlikozilációGlikoziláció

• AcilációAciláció• MetilációMetiláció• FoszforilációFoszforiláció• SzulfatálásSzulfatálás• PrenilációPreniláció• C-vitamin függő modifikációkC-vitamin függő modifikációk• K-vitamin függő modifikációkK-vitamin függő modifikációk• SzelenoproteinekSzelenoproteinek

Proteolítikus bontásProteolítikus bontás

• Szignál peptid eltávolítása Szignál peptid eltávolítása preproproteinekpreproproteinekpreproteinekpreproteinek

• Szignál peptidázSzignál peptidáz

A célbajuttató szignálszekvenciák jellemzői

Cél Cél organellumorganellum

Jellegzetes Jellegzetes hely a hely a

proteinenproteinen

Szignál Szignál eltávolítáeltávolítá

ss

A szignál jellegeA szignál jellege

dERdER N-terminalN-terminal ++ 6-126-12 főkéntfőként hidrofóbhidrofób aminosav, gyakran egy aminosav, gyakran egy

vagy több bázikus vagy több bázikus aminosav követiaminosav követi

MitochondriumMitochondrium N-terminal N-terminal ++ 3-53-5 nem egymásutánninem egymásutánni Arg vagy LysArg vagy Lys reziduumreziduum,,

gyakran gyakran Ser és ThrSer és Thr; ; sohasem Glu vagy Aspsohasem Glu vagy Asp

SzíntestSzíntest N-terminalN-terminal ++ Nincs általános motívuma, Nincs általános motívuma, gyakrangyakran gazdag Ser,Thr-gazdag Ser,Thr-banban, , kevés Glu és Aspkevés Glu és Asp

PeroxisomaPeroxisoma C-terminalC-terminal -- Ser-Lys-LeuSer-Lys-Leu

NucleusNucleus InternalInternal -- 5 bázisos aminosav 5 bázisos aminosav clustereclustere vagy két vagy két

rövidebb cluster melyet 10 rövidebb cluster melyet 10 aminosav választ elaminosav választ el

GlikoproteinekGlikoproteinekJellegzetes cukrok: Jellegzetes cukrok:

glukóz, galaktóz, mannóz, fukóz,glukóz, galaktóz, mannóz, fukóz, GalNAc, GlcNAc, NANAGalNAc, GlcNAc, NANA

O-glikozidos kötés – O-glikozidos kötés – Ser, Thr hidroxil csoportjai, hidr-LysSer, Thr hidroxil csoportjai, hidr-Lys

N-glickozidos kötés – konszenzus szekvencia N-glickozidos kötés – konszenzus szekvencia N-X-S(T)N-X-S(T)((DE nem PDE nem P))

Major N-kötött csoportok: Major N-kötött csoportok: magas mannóz tartalmú típus, magas mannóz tartalmú típus, hibrid típus, hibrid típus, komplex típus (szialsav)komplex típus (szialsav)

GlikozilációGlikoziláció

dERdERN-kötődés a GlcNAc-hozN-kötődés a GlcNAc-hoz

dERdER

O-kötődés a O-kötődés a GalNAc-hozGalNAc-hoz

O-kötött cukrok:O-kötött cukrok:Cukrok kötve - UDP, GDP (mannose), CMP (NANA) Cukrok kötve - UDP, GDP (mannose), CMP (NANA) glycosprotein glycosylttransferaseglycosprotein glycosylttransferase

N-kötött cukrok:N-kötött cukrok:Egy lipid összekötőt (Egy lipid összekötőt (dolichol phosphate)dolichol phosphate) feltételezfeltételez

N-GlikozilációN-Glikoziláció

Glikozilfoszfatidil inozitol (GPI) –Glikozilfoszfatidil inozitol (GPI) –által kihorgonyzott peptidekáltal kihorgonyzott peptidek

A GPI-kihorgonyzottA GPI-kihorgonyzottpeptidek a felszínipeptidek a felszínimembrán külsőmembrán külsőoldalára kerülnekoldalára kerülnek

Protein hajtogatódás (folding): Protein hajtogatódás (folding): Protein Disulphide Isomerase Protein Disulphide Isomerase

(PDI)(PDI)• A nem megfelelőenA nem megfelelően kialakított diszulfidkialakított diszulfid kötések felbontása kötések felbontása

• Segít elérni a Segít elérni a legstabilabb szerkezetetlegstabilabb szerkezetet

Protein folding: BipProtein folding: Bip• Bip = binding protein = Hsc70 Bip = binding protein = Hsc70 • a Hsp-70 család tagja (chaperonok)a Hsp-70 család tagja (chaperonok)• az ER lumenében találhatóaz ER lumenében található• reverzibilisen kötődik a transloconhozreverzibilisen kötődik a transloconhoz

Szerepe:Szerepe:- elősegíti a helyes szerkezet kialakulását- elősegíti a helyes szerkezet kialakulását a naszcens peptidbena naszcens peptidben (Bip-ATP Bip-ADP)(Bip-ATP Bip-ADP)- szükséges a translocon-on való átjutáshoz- szükséges a translocon-on való átjutáshoz- megelőzi a prteinek aggregálódását és a - megelőzi a prteinek aggregálódását és a helytelen hajtogatódásthelytelen hajtogatódást- segít lezárni a translocon pórusát- segít lezárni a translocon pórusát

Protein folding:Protein folding:Peptidyl-prolyl isomerase:Peptidyl-prolyl isomerase:

a peptidyl-prolyl kötések körüli elfordulásta peptidyl-prolyl kötések körüli elfordulást segíti elősegíti elő

Oligosaccharide protein transferase:Oligosaccharide protein transferase: szénhidrát láncokat juttat az új peptidreszénhidrát láncokat juttat az új peptidreamint azok belépnek az ER lumenébeamint azok belépnek az ER lumenébe

Calnexin, calreticulin: Calnexin, calreticulin: a glikoproteinek CHO csoportjaival lépa glikoproteinek CHO csoportjaival lépkapcsolatbakapcsolatba

Protein szignálok:Protein szignálok:

• Az ER és a Golgi integráns, szolubilis proteinjeinekAz ER és a Golgi integráns, szolubilis proteinjeinek helyben tartását a helyben tartását a KDEL-receptorokKDEL-receptorok segítik elő. segítik elő. Ezek felismerik a Ezek felismerik a KDELKDEL szignált szignált (Lys-Asp-Glu-Leu - C-terminus).(Lys-Asp-Glu-Leu - C-terminus).

• ER membrán proteinek - ER membrán proteinek - KKXXKKXX (dilysin motívum) (dilysin motívum) a C-terminuson.a C-terminuson.

• Egyéb ER membrán proteineken Egyéb ER membrán proteineken di-arginindi-arginin motívum van az N-terminuson.motívum van az N-terminuson.

Chase-pulse technikaChase-pulse technika

AntibiotikumokAntibiotikumokA protein szintézis különböző lépéseit gátoljákA protein szintézis különböző lépéseit gátolják

• Actinomycin DActinomycin D - transzkripció (komplex DNS-sel)- transzkripció (komplex DNS-sel)• RifamycinRifamycin - transzkripció (RNS polymerase)- transzkripció (RNS polymerase)• AmanitinAmanitin - transzkripció (RNS polymerase II)- transzkripció (RNS polymerase II)• StreptomycinStreptomycin - iniciáció- iniciáció• TetracyclineTetracycline - aminoacyl-tRNS - A lókusz- aminoacyl-tRNS - A lókusz• ErythromycinErythromycin - tRNA transzlokációja az A-ról a P lókuszra- tRNA transzlokációja az A-ról a P lókuszra• CycloheximideCycloheximide - - “ (csak eukaryotákban)“ (csak eukaryotákban)• ChloramphenicolChloramphenicol - peptid kötés- peptid kötés• PuromycinPuromycin - termináció- termináció

Penicillins és Cephalosporinok Penicillins és Cephalosporinok - a bakt. sejtfal szintézise- a bakt. sejtfal szintézise (proteoglycan-ok)(proteoglycan-ok)

actinomycinactinomycinrifamycinrifamycinamanitinamanitin streptomycinstreptomycin

A

tetracyclintetracyclin

chloramphenicolchloramphenicol

AP

erythromycin, cycloheximideerythromycin, cycloheximide

A

puromycinpuromycin