Endoszimbionta sejtorganellumok II A peroxiszma a centrilum s

Endoszimbionta sejtorganellumok II. A peroxiszóma, a centriólum és a színtest. 2011. November 14. Dr. Tóth Sára Egyetemi docens Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet

Endoszimbionták = sejtorganellumok Membrán nélkül - Centriólum Membránnal – Mitokondrium – Peroxiszóma – Kloroplasztisz

A peroxiszóma jellemzői • Egyszeres membrán (egy lipid • • • bilayer) Szelektív fehérje import Nincs DNS-e (genomja) Jellemző enzimjei: kataláz, húgysav-oxidáz (krisztalloid)

A peroxiszóma szerkezete

Peroxiszóma növényi sejtben Peroxiszóma Krisztalloid Kloroplasztisz

Peroxiszóma állati sejtben Krisztalloid Mátrix

Különböző fajok peroxiszómái

Peroxiszóma állati sejtben Immuncitokémia

Funkciói • Számos biokémiai folyamatban: RH 2 + O 2 = R + H 2 O 2 • Kataláz: H 2 O 2 + R’H 2 = R’ + 2 H 2 O (méregtelenítés májban, vesében pl. metanol, fenolok) • Zsírsav oxidáció (mint a mitokondriumokban, de növényekben és gombákban csak a peroxiszómákban)

A peroxiszóma funkciói Különböző anyagok szintézise Oxidációs folyamatok glicerolipidek - -Hosszú és nagyon hosszú szénláncú zsírsavak = LFA és oxidációja (növényekben kizárólag a peroxi-VLCFA plasmalogen (a myelin ~80 %-át alkotó szómákban) foszfolipid) - purin metabolizmus - koleszterin - „d” aminosavak oxidációja - epesavak - A fenti folyamatokban melléktermékként H 2 O 2 keletkezik. - A KATALÁZ enzim eliminálja a H 2 O 2 -t (méregtelenítés) 2 H 2 O 2 = 2 H 2 O + O 2

Zsírsav oxidáció a peroxiszómában • A közepes láncú zsírsavak (10 -20 C) a peroxiszómákban és a mitokondriumokban is lebomolhatnak. • A oxidáció itt is 4 -lépéses folyamat, de a FAD és a NAD által összegyűjtött elektronok közvetlenül az O 2 hez jutnak, káros H 2 O 2 keletkezik, amely a kataláz enzim által rögtön H 2 O-vá és O 2 -é alakul át. • Az energia hő formájában szabadul fel, nem tárolódik ATP formájában.

A mitokondriális és peroxiszómális folyamatok összehasonlítása ! ! !

• Az állati sejtek peroxiszómáiban termelt acetil-Co. A a citoszolba kerül, ahol a koleszterin és más metabolitok szintéziséhez használódik fel. • A mitokondrium és a peroxiszóma -oxidációs enzimjei eltérő módon szerveződnek: különálló enzimek a mitokondriumokban (mint a Gram-pozitív baktériumokban) és egy komplexet alkotnak a peroxiszómákban (minta Gram-negatív baktériumokban), ahol legalább két enzim van egy polipeptid láncban.

Peroxiszómákban és Gram-negatív baktériumokban Mitokondriumokban és Gram-pozitív baktériumokban A mitokondrium és a peroxiszóma -oxidációs enzimjei eltérő módon szerveződnek

Peroxiszómális poszt-transzlációs transzmembrán transzport A fehérje import hajtóereje az ATP hidrolízis.

A peroxiszóma membrán körülveszi az üres peroxiszóma mátrixot Peroxiszóma membránfehérjéi beépülnek a membránba A membránon keresztül újabb fehérjék importálódnak a mátrixba

Peroxiszómális szignál szekvencia PTS = Peroxisomal targeting signals PTS 1 = 3 -aminosav hosszú; SKL (Ser-Lys-Leu)

A peroxiszóma mátrix fehérjéinek transzportja Pex-ek = peroxinok = peroxiszóma biogenezis faktorok. A peroxiszómák felszínén mint citoszol receptorok vagy dokkoló fehérjék működnek

Kataláz transzport a peroxiszómába Az importálandó fehérjék nem tekerednek le. Így bizonyos oligomer fehérjék egy csoportként importálódnak. PTS 1 R = Pex 5

A peroxiszóma biogenezis és osztódás modellje PMP = peroxisomal membrane protein Alberts és mtsai: Molecular Biology of the Cell, 5. kiadás, 2008 nyomán

A peroxiszóma mátrix és membrán fehérjéi eltérő úton jutnak be a peroxiszómába

A peroxiszomális membránfehérjék (PMP-k) eredete A peroxiszómák osztódása: kettéhasadás Alberts és mtsai: Molecular Biology of the Cell, 5. kiadás, 2008 nyomán

A peroxiszómális fehérje import tisztázatlan kérdései

A peroxiszóma keletkezése

Élesztő (Yarrowia lipolytica) Ember

A peroxiszóma összeszerelődés lépései Élesztő (Yarrowia lipolytica) Ember

Az ER szerepe a peroxiszóma biogenezsisben

A Pex 19 alternatív szerepe a peroxiszómális membránfehérjék (PMP-k) membránba illesztésében

A peroxiszóma komponensek továbbilehetséges forrásai

Peroxiszómális fehérjék és a velük kapcsolatos emberi betegségek

Peroxiszómális betegségek Mendeli öröklődés Zellweger szindróma 1 hónapon belüli halál Üres peroxiszómák Mutáns Pex 5

Peroxiszóma nélküli Zellweger fibroblasztok Genetikailag módosított (Pex 5 transzfektált) fibroblasztok peroxiszómákkal

X-hez kötött újszülöttkori adrenoleukodystrophia (ALD) 16 hónapon belüli halál Abnormális oxidáció VLCFA felhalmozódás VLCFA = Very long chain fatty acid = nagyon hosszú láncú zsírsav ALDP = ALD protein = ABC transzporter (D 1 típusú)

Zsírsav lebontás a peroxiszómában

Lorenzo Odone (1978 -2008) 22 évvel élt tovább az orvosok által jósoltnál!!

Lorenzo olaja mellett az ex vivo génterápia is egy távlati lehetőség

A ZELLWEGER SZINDRÓMA-SZERŰ RENDELLENESSÉGEKKEL KAPCSOLATOS PEX MUTÁCIÓK MUTÁCIÓ GYAKORISÁG FUNKCIÓ % PEX 1 58 Peroxisome biogenezis és PTS receptor reciklizálás a citoszolba PEX 2 4 E 3 ligáz; PTS receptor ubiquitináció PEX 3 <1 PMP biogenezis és Pex 19 receptor PEX 5 2 A peroxiszómális mátrix protein import PTS 1 receptora PEX 6 16 Peroxiszóma biogenezis és PTS receptor reciklizálás a citoszolba PEX 10 3 E 3 ligáz; PTS receptor ubiquitináció PEX 12 9 E 3 ligáz; PTS receptor ubiquitináció PEX 13 1 Peroxiszóálisl mátrix protein import PEX 14 <1 A peroxiszómális mátrix protein import transzlokonjának egyik komponense PEX 16 1 PMP biogenezis PEX 19 <1 PMP biogenezis; pre-peroxiszómális vezikulumok lefűződése az ER- ról PEX 26 3 A Pex 6 peroxiszómális membrán receptora

Mitokondrium Peroxiszóma • Endoszimbionta • DNS és fehérje • Nincs DNS és fehérje szintézis (korlátozott) • Részleges lipid és fehérje import szintézis • Részleges lipid és teljes fehérje import • Oxidációs folyamatok • ATP termelés • Nincs H 2 O 2 termelés • A mt. DNS anyai öröklődése • Mendeli öröklődés

Endoszimbionták = sejtorganellumok Membrán nélkül - Ostor/Centriólum Membránnal – Mitokondrium – Peroxiszóma – Kloroplasztisz

Az eukaryota ostor eredete I.

Az eukaryota ostor eredete II.

Az eukaryota ostor eredete III.

Az ostor/csilló szerkezete

A centriólum és a bazális test szerkezete

Csillótípusok • Mozgékony monocilium (9+0 tengelyfonal = axonéma) a Hensencsomóban található, az ún. nodális áramlás létrehozásáért felelős. A jobb-bal testszimmetria létrehozásához nélkülözhetetlen. • Mozgékony csillók (9+2 tengelyfonalas szerkezet) az epitélium feletti extracelluláris folyadék továbbításában vesznek részt a petevezetőben, az agy ependymájában, illetve a légutakban. • A spermium ostora egy a mozgásra specializálódott mozgékony, megnyúlt (9+2) csilló. • Nem-mozgékony csillók (9+0 tengelyfonal) a legtöbb nem-mozgó sejt felszínéről kinyúlva olyan környezeti szignálokat érzékelnek, mint pl. a folyadékáramlás és a folyadékösszetétel. A vese tubulusok epitéliuma és az epevezeték, valamint a hasnyálmirigy vezeték epitéliuma jó példák a monociliumok előfordulására. A chondrocyta és osteocyta monociliumok valószínüleg a feszülés/torzulás mértékét érzékelik. A fotoreceptor sejtek specializált nem-mozgékony (9+0) csillói, amelyek a kül- és beltagot kötik össze. A belső fül nem mozgékony 9+2 csillói (kinocilium; stereocilium).

Csilló típusok és a szervezeten belüli előfordulásuk

Testszimmetria és a monociliumok

A spermiohisztogenezis lépései

TEM: egy normális csilló kültagjának keresztmetszete a 9 x 2 + 2 mikrotubulussal. A külső és a belső dynein karok jól láthatók (nyilak). Egy primer ciliáris dyskinesiában szenvedő beteg csillójának keresztmetszete. Hiányzó dynein karok és szabálytalan elrendeződésű mikrotubulus párok.

Csillókkal kapcsolatos betegségek Emberi betegség Primer ciliáris diszkinezia (PCD) Gén (protein) DNAH 1, DNAH 5 Öröklődésmenet Sejtes lokalizáció Autoszómális recesszív Mozgékony csilló bazális test Policisztás vesebetegség (PKD) Polycystin 1, polycystin 2, fibrocystin Autoszómális recesszív Primer csilló/ bazális test Nephronophthisis (NPHP) Nephrocystin, inversin Autoszómális recesszív Csilló/bazális test Bardet–Biedl szindróma (BBS) BBS 1, BBS 4, BBS 7, BBS 8, BBS 10 Autoszómális recesszív Csilló/bazális test Retinits pigmentosa (RP) RP 1, RPGR Autoszómális recesszív/ Fotoreceptor és csilló X-hez kötött recesszív junkció Vastagbélrák Gli 3 …………. Csilló/bazális test Meckel–Gruber szindróma MKS 1, MKS 3 Autoszómális recesszív Bazális test Száj-arc-kéz szindróma ODF 1 X-hez kötött recesszív Bazális test

Csillóbetegségekben érintett fehérjék és kapcsolatuk a csilló-centroszóma-komplex-szel (CCC)

Az összekötő csillók alapvető fontosságúak a fotoreceptorok élettanában

Endoszimbionták = sejtorganellumok Membrán nélkül - Ostor/Centriólum Membránnal – Mitokondrium – Peroxiszóma – Kloroplasztisz

A zöld színtest és a cianobaktérium (korábbi nevén kékalga) elektronmikroszkópos képe

A mitokondrium és a színtest összehasonlítása 2 membránrendszer! 3 membránrendszer! • Külső • Belső • Tilakoid

Szerkezet

• Funkció: Fotoszintézis 12 H 2 O + 6 CO 2 + fény = (CH 2 O)6 + 6 O 2 • De a legtöbb citoszol ATP a növényekben is a mitokondriumból származik. • Típusai –lamelláris (algák) – granumos (szárazföldi növények)

A thylakoid membrán funkciója • Fotoszintetikus elektrontranszfer, ATP és NADPH 2 szintézis („fényreakció”) H 2 O +NADP+ + 2 Pi + 2 ADP + fény = 1/2 O 2 + NADPH 2 +2 ATP + 2 H 2 O

A sztróma funkciója • Purin, pirimidin és részben aminosav szintézis • Replikáció, transzkripció és transzláció • Szén-dioxid megkötés (ribulóz bifoszfát karboxiláz) és cukor szintézis („sötét reakció”) a Calvin-Benson ciklusban: 6 CO 2 +18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ = (CH 2 O)6 + 18 ADP + 18 Pi +12 NADP+

A színtestek képződése • Osztódás – Ketté hasadás – Aszinkron a magi osztódással, de szabályozott! – A DNS-ek random replikációja – Lipidek eredete: színtest – Protein import – Hasonló a mitokondriálishoz

A genom (DNS) elhelyezkedése a mitokondriumban és a zöld színtestben

Az Anopheles gambiae a leggyakoribb maláriát terjesztő szúnyog(moszkitó)

A malária parazita életciklusa

Plasmodium falciparum parazitával fertőzött maláriás emberi vér A nyilak a parazita különböző fejlődési stádiumaira mutatnak

Kloroplasztisz genomok összehasonlítása

Miért van csökevényes színtest (plasztid) a Plasmodium parazitában? • Feltételezések szerint egy parazita életmódot folytató tengeri Dinoflagellátától, egysejtű páncélos ostorostól származik, amelynek ostora, mitokondriuma és színtestje is volt • A parazita életmód következtében ezek elcsökevényesedtek illetve eltűntek

A plasztid DNS terápiás célpont lehet a malária elleni védekezésben