Ugrás a tartalomhoz

Sejtbiológia

Balázs Margit (2011)

Debreceni Egyetem

Kompartmentek és azok kapcsolata, a fehérjék eljuttatása a specifikus kompartmentekbe

Kompartmentek és azok kapcsolata, a fehérjék eljuttatása a specifikus kompartmentekbe

Számos biokémiai folyamat a sejtmembránban vagy annak felszínén játszódik le. Membránhoz kötött enzimek katalizálják pl. a lipid-metabolizmust, az oxidatív foszforilációt és a fotoszintézist. Mivel a sejtorganellumok membránja nem permeábilis a legtöbb hidrofil molekulára, membránjaiknak tartalmaznia kell olyan transzportfehérjéket, melyek szabályozzák az „import”és „export” specifikus metabolitok transzportját. Valamennyi organellum membránjának ugyancsak kell tartalmazni olyan szabályozó mechanizmusokat, melyek lehetővé teszik azoknak a fehérjéknek a sejtekbe történő bejutását, melyek szükségesek ahhoz, hogy a sejtszervecske képes legyen egyedi feladatát ellátni.

A kompartmentalizáció tehát rendkívül specifikus sejten belüli transzportrendszerek meglétét teszi szükségessé. A kompartmentekben a fehérjék azok a molekulák, melyek kapcsolatban állnak a citoplazma további organellumaival. Ezt a fehérjék jellegzetes strukturális és funkcionális tulajdonságai teszik lehetővé. Számos funkciójuk mellett katalizálják az organellumokban lezajló reakciókat és biztosítják a kis molekulák szelektív transzportját. A fehérjék organellum-specifikus felszíni-markerekkel rendelkeznek, melyek irányítják a fehérjék és lipidek transzportját a megfelelő kompartmentekbe. A sejten belül pedig léteznie kell egy olyan szállítórendszernek, mely felismeri a markereket, és ennek irányító hatását kihasználva biztosítja a fehérjék szállítását a megfelelő célkompartmentbe. A közel 1010 fehérje molekula a sejtek citoplazmájában szintetizálódik, és ezt követően történik szállításuk a specifikus sejtorganellumokba.

1999-ben Günter Blobel (német-amerikai biológus) élettani és orvostudományi Nobel díjat kapott azoknak a molekulán belüli jeleknek a felismerésért, melyek lehetővé teszik a fehérjék plazmamembránon keresztül történő vándorlását és vezérlik a fehérjék sejten belüli lokalizációját a különböző funkciójú kompartmentekben. Mindez arra utal, hogy a sejten belüli összes folyamat nagyon aprólékosan meg van tervezve.

A membránokkal körülzárt kompartmenteknek nagyon sok esetben meghatározott, jellegzetes pozíciójuk van. Például a Golgi-komplex a legtöbb sejtben a sejtmaghoz közel lokalizálódik, ugyanakkor az ER hálózata a sejtmagtól a teljes citoszólra kiterjed. A kompartmentek sejteken belüli jellegzetes eloszlása a citoszkeletonnal történő kölcsönhatásaiktól függ. A fenti példáknál maradva pl. a Golgi-komplex és az ER lokalizációja függ a mikrotubulus hálózattól, ha a mikrotubulusokat pl. kísérleti körülmények között depolimerizálják, a Golgi-komplex fragmentálódik és szétoszlik a sejtben, az ER hálózata összeomlik a sejt középpontjába rendeződik.

A modern mikroszkópiás eljárások (elektronmikroszkóp, fénymikroszkópok stb.) segítségével a XX. század második felétől a már ismert sejtorganellumok (mitokondrium, Golgi-apparátus stb.) mellett sikerült új, korábban más módszerekkel nem látható apró struktúrákat, új sejtkomponeneseket felfedezni a sejtek citoplazmájában.

Ezek közé tartoznak:

  • a sejtváz egyes komponensei:

  • endoplazmatikus retikulum, mikrofilamentumok, intermedier filamentumok, mikrotubulosok

  • szállító és szinaptikus vezikulák

  • mikrobolyhok

  • peroxiszómák

  • lizoszómák

Új fluoreszcens jelző molekulák segítségével láthatóvá váltak a sejtek legfontosabb makromolekulái, azok komplexei, mint a DNS, fehérje, lipidek stb. A fluoreszcens spektroszkópia sokrétű módszertani arzenáljának segítségével számos, membránokon keresztül lejátszódó folyamat vált ismertté.

A citoplazmamembrán struktúrájának megismerése és leírása a sejtbiológia egyik központi kérdése volt és napjainkban is intenzív kutatások folynak ezen a területen. Mindez szorosan összefügg azzal, hogy a sejtekben az alapvető életfolyamatok membránnal körülhatárolt kompartmentekben (organellumokban, sejtszervecskékben), ill. leggyakrabban éppen membránhoz kötötten folynak. A lipid kettősréteg alapvázhoz kapcsolódó fehérje molekulák (receptorok, transzportfehérjék, jelátviteli molekulák, enzimek stb.) azok, melyek a biológiai membránok funkcióját meghatározzák. Az intracelluláris membránok által elkülönített kompartmentek mindegyikében más és más, az élet fenntartásához szükséges kémiai reakció játszódik le, vagyis minden egyes kompartment csak bizonyos életfunkciók biztosítására alakult ki.