Stanični Odjeljci, Sinteza I Razvrstavanje Proteina

Front 1

Koja je uloga organela u eukariotskoj stanici?

Back 1

Citoplazmatski organeli okruženi su membranom i predstavljaju odjeljak u kojemu se odvijaju različite metaboličke aktivnosti, oni osiguravaju eukariotskoj stanici efikasnije funkcioniranje. Svaki odjeljak ili organel ima svoju vlastitu karakterističnu skupinu enzima i drugih specijaliziranih molekula, te sudjeluje u složenom transportnim sustavu koji raspoređuje specifične produkte od jednog do drugog odjeljka. Eukariotska stanica pomoću svojih organela ima veći broj usklađenih funkcija koje može obavljati, i više procesa u stanici može se odvijati istovremeno.

Front 2

Koji organeli u eukariotskoj stanici imaju dvostruku membranu (ovojnicu)?

Back 2

Jezgra, mitohondrij i kloroplast, te od manjih organela hidrogenosom (glavna uloga mu je proizvodnja molekularnog vodika, acetata, CO2 i ATP, pretpostavlja se da se razvio iz mitohondrija) te mitosom koji se nalazi u nekim jednostaničnim eukariotskim organizmima.

Front 3

Koji su organeli u eukariotskoj stanici topološki jednaki izvanstaničnom prostoru?

Back 3

Lumen ER, GA, perinuklearni prostor (između vanjske i unutarnje jezgrine ovojnice), sekretnorne vezikule i lizosomi (nastaju iz ER i GA), peroksisomi, endosomi, te mitohondrij i kloroplast.

Front 4

Koji su orgneli jedinstveni za biljnu stanicu?

Back 4

Vakuola i plastidi (kloroplasti, leukoplasti, kromoplasti), te stanična stijenka (nije organel).

Front 5

Što su proteini, koje su njihove uloge u stanici?

Back 5

Proteini su polimeri aminokiselina. Sintetiziraju se reakcijama kondenzacije koje uklanjaju vodik i hidroksilnu skupinu iz monomera, formirajući molekule vode kao nusprodukt svake nove veze u polimeru. Proteini služe kao specifični biljezi/receptori na površini svakog organela, koji usmjeravaju novo dopremljene proteine i lipide do odgovarajućeg drugog organela. Unutar stanice proteini izvode razne zadaće: konstruktivne sastavnice stanica (citoskelet), prenose i pohranjuju molekule (hemoglobin - O2), prenose informacije između stanica (hormoni), osiguravaju obranu od infekcije (protutijela), enzimi (ubrzavaju kemijske reakcije). Upravljaju gotovo svim aktivnostima stanice. Trodimenzionalna struktura proteina je bitna za njihovu funkciju. Primarna struktura – samo slijed aminokiselina.

Sekundarna struktura – prostorni odnos aminokiselinskih ostataka koji su u linearnom slijedu međusobno blizu.

Tercijarna struktura – prostorni odnos međusobno vrlo udaljenih aminokiselinskih ostataka u linearnom slijedu.

Kvartarna struktura – proteini koji imaju više od jednog polipeptidnog lanca, podjedinice (udruživanje više polipeptidnih lanaca).

Front 6

Koja je uloga proteina u razdvajanju pojedinih organela u eukariotskoj stanici?

Back 6

Proteini igraju središnju ulogu u odjeljivanju eukariotskih stanica: kataliziraju reakcije koje se događaju u svakom od pojedinih organela, selektivno prenose male molekule u i iz unutrašnjosti ili lumena organela. Grade citoskelet koji drži sve na mjestu.

Front 7

Što su ribosomi i kako su građeni?

Back 7

Ribosomi su mjesta sinteze proteina, sastavljena od RNA i proteina u jezgrici. Svaki eukariotski ribosom izgrađen je od dviju podjedinica (velike i male). U građi sadržavaju katalitički aktivnu rRNA koja sklapa polipeptid. Mogu biti slobodni u citoplazmi ili vezani na ER (hrapavi). Podjedinice se spajaju da bi formirale funkcionalne ribosome samo kada se prihvate za mRNA. Završna obrada ribosomskih podjedinica u citoplazmi, formiranje dviju aktivnih 40S i 60S podjedinica eukariotskog ribosoma. Veličina ribosoma se gleda u mjernoj jedini S = svedberg, nije SI jedinica, tehnički mjera vremena, i definira se kao točno 10^-13 sekundi, daje mjeru veličine čestica na temelju njihove stope putovanja u epruveti pod učinkom velike gravitacijske sile.

Front 8

Što kaže centralna dogma u molekularnoj biologiji?

Back 8

Pojam centralne dogme u molekularnoj biologiji je skovao Francis Crick. Prema njoj se prijenos informacija objašnjava: da se odabrani dijelovi nukleotida (geni) u molekuli DNA kopiraju u odgovarajući slijed nukleotida molekule RNA koji potom kodira protein ako se radi o mRNA ili formira strukturnu RNA, tRNA i rRNA. Time ona kaže da se informacija ne može prenijeti iz proteina u nukleinsku kis., niti u jedan drugi protein i da jednom kada se iz kalupa RNA sintetizira protein, nije moguć povratak u nukleinsku kiselinu.

Front 9

Da li se razlikuju ribosomi vezani na membrani ER od onih koji su slobodni u citosolu?

Back 9

Strukturno i funkcionalno su ti ribosomi identični i međusobno se izmjenjuju. Jedina je razlika u proteinima koje u tom trenu sintetiziraju. Oni u citoplazmi sintetiziraju proteine koji idu van stanice, a oni na ER proteine koji se uglavnom ugrađuju u staničnu membranu. Iako, sve sinteze proteina započinju na slobodnim ribosomima, a onda o signalnom slijedu novonastajućeg polipeptidnog lanca ovisi da li će se premjestiti na ER ili ostati u citoplazmi.

Front 10

Što se odvija na ribosomima?

Back 10

Sinteza proteina. Konkretno translacija, prevođenje sa mRNA na tRNA, čime nastaje prmarna struktura proteina. Inicijacija translacije – spajanje mRNA i male ribosomne podjedinice, na što se veže velika podjedinica te nastaje funkcionalni ribosom. Nakon toga slijedi elongacija i terminacija translacije.

Front 11

Da li su proteini nakon sinteze na ribosomima „gotovi“?

Back 11

Nisu, tada je nastala samo primarna struktura, a protein je trodimenzionalna molekula kvartarne strukture. Polipeptidni lanac nakon sinteze u ribosomu još nije gotov, te se dorađuje. Glikoliziraju se u ER, te potom putuju na obradu u GA gdje se razvrstavaju i dorađuju.

Front 12

Kako se vrši usmjeravanje/razvrstavanje proteina nakon njihove sinteze na ribosomima?

Back 12

Svaki novosintetizirani polipeptidni lanac ima specifični signalni slijed aminokiselina koji predvodi transport tog proteina, ti signali upravljaju kretanjem određenog proteina kroz stanicu i pritom određuju njegovo konačno odredište u stanici. Transport na točno odredište je jako bitno zbog veličine proteina i njihove složene građe.

Front 13

Što je to signalni slijed/signal razvrstavanja?

Back 13

To je slijed aminokiselina uproteinu koji vodi transport proteina, tj. signalizira mu u koji organel treba ići, upravlja kretanjem kroz stanicu i određuje mu konačno odredište, tj.odlučuju hoće li ribosom ostati slobodan ili ići na ER (prvo su svi slobodni).

Front 14

Što su šaperoni, koja je njihova uloga?

Back 14

Šaperoni su proteinske molekule koje se nalaze i kod prokariota i kod eukariota (visoko očuvani); oni vežu i stabiliziraju nesmotane i djelomično smotane proteine; do procesa pravilnog smatanja, te sprečavaju nepravilno smatanje i agregaciju. Nepravilno smotani proteini povezuju se s nekim neurodegenerativnim bolestima: Alzheimerova bolest, Parkinsonova bolest. PROTEOPATIJE- bolesti uzrokovane nepravilnim smatanjem proteina ili njihovom pojačanom razgradnjom (liječenje proteinima, u novije vrijeme razvoj farmaceutskih šaperona).

Front 15

Navedite i kratko opišite vrste razvrstavanja proteina u stanici.

Back 15

Razlikujemo transport kroz jezgirne pore s branom, transmembranski transport i vezikularni transport. Transport kroz jezgrine pore je promet proteina između citosola i jezgre događa se između topološki jednakih prostora, koji su međusobno povezani preko kompleksa jezgrinih pora. Kompleksi jezgrinih pora funkcioniraju kao selektivni prolazi koji: aktivno prenose specifične makromolekule i skupine makromolekula i dozvoljavaju slobodnu difuziju manjih molekula. Transmembranski transport: proteini nosači vezani za membranu, prenose specifične proteine kroz membranu iz citosola u topološki različit prostor. Proteini koji se prenose obično se moraju odmotati, da bi se provukli kroz membranu. Na taj način događa se početni transport određenih proteina iz citosola u lumen ER, u mitohondrije, kloroplaste i peroksisome. Vezikularni transport: transportne vezikule (mjehurići) prevoze proteine od jednog odjeljka do drugog, koji su topološki jednaki. Npr. iz ER u GA, iz GA u lizosome i sekretorne vezikule ili direktno na staničnu površinu, te sa stanične površine u endosom u lizosom.

Front 16

Opišite transport kroz jezgrine pore.

Back 16

Transport kroz jezgrine pore se odvija preko kompleksa jezgrinih pora, koje se nalaze u jezgrinoj ovojnici; kompleks jezgrinih pora spaja unutrašnju i vanjsku jezgrinu membranu. Dvosmjerni promet događa se kontinuirano između citosola i jezgre: mnogi proteini koji funkcioniraju u jezgri, uključujući: histone, DNA i RNA polimeraze, transkripcijske faktore i proteine koji dorađuju RNA, selektivno se unose u jezgrin odjeljak iz citosola (sintetiziraju se na ribosomima u citosolu) Sadrže signal smještanja u jezgru, taj signal prepoznaju transportni receptori na vanjskoj membrani jezgre, te oni usmjeravaju transport u jezgru. Molekule tRNA i molekule mRNA sintetiziraju se u jezgri i izvoze u citosol, ali tek kad su prikladno obrađene u jezgri. Posjeduju jezgrin izlazni signal kojega prepoznaju receptori na unutrašnjoj membrani. Svaka pora sačinjena je od strukture poznate kao kompleks jezgrinih pora, i smatra se da ju izgrađuje više od 100 različitih proteina, koji su uređeni u strogo oktogonalnoj simetriji. Svaki porin kompleks sadrži jedan ili više otvorenih vodenih kanala kroz koje molekule topljive u vodi, a manje su od određene veličine, mogu pasivno difundirati.

Kompleks jezgrinih pora, gledano u presjeku, sastoji se od četiri dijela:

podjedinice stupa - formiraju zid pore;

podjedinica otvora, - širi "prečke" prema središtu pore;

podjedinica lumena, izgrađena je od velikog transmembranskog glikoproteina za kojeg se misli da pomaže pri usidrenju kompleksa za jezgrinu membranu (drži poru u membrani)

podjedinica prstena

Vlakna izbijaju i sa citosolne i s jezgrine strane kompleksa. Na jezgrinoj strani vlakna se skupljaju i stvaraju strukturu sličnu ‘’kavezu’’.

Front 17

Opišite transmembranski transport.

Back 17

Transmembranski transport: proteini nosači vezani za membranu, prenose specifične proteine kroz membranu iz citosola u topološki različit prostor. Proteini koji se prenose obično se moraju odmotati, da bi se provukli kroz membranu. Na taj način događa se početni transport određenih proteina iz citosola u lumen ER, u mitohondrije, kloroplaste i peroksisome. To je primjerice prijenos proteina s ribosoma vezanih na ER u lumen ER kontranslacijski, dalje mogu biti namijenjani za sekreciju iz stanice ili ugradnju u membranu.

Front 18

Opišite transport proteina do unutrašnje membrane mitohondrija.

Back 18

Postoje dva načina. (A) Put proteina od citosola do unutrašnje membrane zahtijeva dva signalna peptida i dva premiještanja. Protein se prvo donosi u prostor matriksa. Cijepanje signalnog peptida koristi se za početno premještanje, ali i otkrivanje susjednog hidrofobnog signalnog peptida na novom amino kraju. Taj signal uzrokuje da se protein ugradi u unutrašnju membranu mitohondrija istim putem kojim se koriste i proteini kodirani mitohondrijskim genomom. (B) Alternativnim mehanizmom, hidrofobni slijed nukleotida se veže za protein nosač i zaustavlja premiještanje kroz unutrašnju membranu. Ostatak proteina zatim je povučen u međumembranski prostor. Ovaj mehanizam je nazvan stop-transfer put. Za premiještanje proteina na unutrašnju mitohondrijsku membranu koristi se energija elektrokemijskog gradijenta (H+ ioni).

Front 19

Gdje se sintetiziraju proteini namijenjeni kloroplastima?

Back 19

Sintetiziraju se na slobodnim ribosomima u citosolu. Do tilakoidnog prostora iz citosola, proteini se premještaju u 2 stepenice:

1. kroz dvostruku membranu u prstor strome – peptidni signal za kloroplast na aminokraju, koji se nakon dovođenja proteina u stromu uklanja signalnom peptidazom strome i otkriva signalni peptid za tilakoid koji dovodi do druge stepenice. (pritom se događa hidroliza ATP)

2. premješta se na ili kroz tilakoidnu membranu pomoću hidrofobnog peptidnog signala (elektrokemijski koncentracijski gradijent).

Front 20

Opišite kako se transportiraju proteini namijenjeni peroksisomima.

Back 20

Specifičan slijed od 3 aminokiseline na karboksi- kraju je signal za uvoz proteina u peroksisom. Membrane peroksisoma imaju specifične proteinske receptore koji dozvoljavaju transmembranski sustav. I njihovi proteini se sintetiziraju na ribosomima u citoslu, a u organel se uvoze posttranslacijski.

Front 21

Opišite peroksisome, njihovu građu i funkciju.

Back 21

Peroksisomi su organeli koji su okruženi samo jednom membranom, ne sadržavaju DNA ni ribosome, prisutni su u svim eukariotskim stanicama, a u životinjskim ih je najviše u stanicama jetre i bubrega zbog njihove uloge razgradnje tvari. Sadrže najmanje 50 različitih enzima. Sadrže jedan ili više enzima (katalaza i oksidaza mokraćne kiseline), koji koriste molekulski kisik za uklanjanje vodikovih atoma iz specifičnih organskih molekula (R) u oksidacijskim reakcijama:

RH2+ O2 -> R + H2O2

Jedan od produkata oksidacijskih reakcija u peroksisomima je i potencijalno smrtonosni oksidant vodikov peroksid (H2O2). Enzim katalaza cijepa H2O2 na H2O i O2, tako što koristi H2O2 za oksidaciju različitih substrata, uključujući fenole, mravlju kiselinu, formaldehide, i alkohole, "peroksidacijskom" reakcijom:

H2O2 + R'H2 ---katalaza--> R' + 2H2O + O2

Ovaj tip oksidacijske reakcije naročito je važan u stanicama jetre i bubrega, čiji peroksisomi uklanjaju različite toksične molekule koje uđu u krvotok. Oko 25% etanola koji mi popijemo oksidira se u acetaldehid na taj način, a višak vodikovog peroksida akumuliranog u stanici, katalaza pretvara u H2O. Peroksisomi još su uključeni i u biosintezu lipida, u stanicama jetre u sintezu žučnih soli, a u lišću biljaka prerađuju nusprodukte fotosinteze. Često su u kristaliziranom obliku.

Front 22

Da li sve eukariotske stanice sadrže peroksisome?

Back 22

Prisutni su u svim eukariotskim stanicama, a kod životinja naročito u stanicama jetre i bubrega, nema ih u eritrocitima.

Front 23

U stanicama kojih organa možemo očekivati povećani broj peroksisoma?

Back 23

Peroksisomi uklanjaju različite toksične molekule koje uđu u krvotok stoga ih očekujemo najviše u organima koji imaju funkciju razgradnje toksičnih tvari poput jetre i bubrega. A kod biljaka u lišću.

Front 24

Opišite endoplazmatski retikulum, njegovu građu i funkciju.

Back 24

To je mreža cjevčica i vrečica (cisterni) okruženih membranom koja se proteže od jezgrine membrane kroz citoplazmu. Čitav ER je okružen jednom membranom, njegova neprekinuta membrana, čini više od 50% svih membrana u stanici. Organiziran je u mrežu granajućih cisterni i plosnatih vreća koje se šire od jezgrine ovojnice kroz citosol. Membrana ER formira jedan kontinuirani zatvoreni prostor -> lumen ER, često zauzima više od 10% ukupnog staničnog volumena. Ako ribosomi vezani za membranu prekrivaju površinu ER -> hrapavi endoplazmatski retikulum. Regije ER koje nemaju vezane ribosome nazivaju se glatki ER. On se sastoji i od prijelaznih dijelova (prijelazni ER) iz kojih pupaju transportne vezikule koje prenose proteine i lipide do Golgijevog aparata. ER (uz GA) sudjeluje u doradi, raspoređivanju i transportu proteina namijenjenih za sekreciju, ugradnju u staničnu membranu i unošenje u lizosome. Pored toga ER ima središnju ulogu i u biosintezi lipida.

Front 25

Na što se nastavlja lumen ER?

Back 25

Na perinuklearni prostor.

Front 26

Što sintetiziraju ribosomi vezani na membrani ER?

Back 26

Većinom sintetiziraju proteine koji se ugrađuju u staničnu membranu. To mogu biti transmembranski ili sekretorni proteini. Transmembranski proteini, namjenjeni membrani ER ili membranama drugih organela pa i samoj staničnoj membrani. Sekretorni proteini (proteini topljivi u vodi) koji se potpuno premještaju kroz membranu ER i oslobađaju se u lumen ER. Zatim putuju u lumene drugih organela (kroz lizosome) ili se izlučuju. U stanicama sisavaca prijenos proteina do ER odvija istovremeno kad i translacija (kotranslacijski), što znači da unošenje proteina u ER započinje prije nego što je sinteza polipeptidnog lanca potpuno završila. Transport proteina u mitohondrije, kloroplaste, jezgru, i peroksisome, događa se nakon translacije (posttranslacijski) i prilikom toga koriste se drukčiji signalni peptidi.

Front 27

Što znači kotranslacijski, a što posttranslacijski?

Back 27

To su dva načina prijenosa proteina. Sve sinteze proteina započinju na slobodnim ribosomima, a o signalnom slijedu na lancu ovisi hoće li se premjestiti na ER ili ostati u citosolu. Kotranslacijska translokacija – proteini se premještaju u ER tijekom njihove sinteze na ribosomima vezanima na membranama ER. Posttranslacijska translokacija – proteini se premještaju nakon završenog prevođenja na slobodnim ribosomima, tako se premještaju u kloroplaste, mitohondrije, jezgru i lizosome.

Front 28

Gdje se odvija glikolizacija proteina?

Back 28

Proteini modificirani ugljikohidratom – glikoproteini. Većina sekretornih proteina su glikoproteini, ali i proteini staničnih membrana su glikolizirani. Glikozilacija proteina jedna je od glavnih biosintetskih funkcija ER. Proteini koji se nalaze u lumenu ER prije lučenja iz stanice ili prijenosa do drugih odredišta (kao što su Golgijev aparat, lizosomi ili stanična membrana), se glikoliziraju. Ugljikohidrat pomaže pri smatanju proteina u ER i usmjeravanju proteina u stanične odjeljke te u prepoznavanju. Jedna vrsta oligosaharida, sastavljena od N-acetilglukozamina, manoze i glukoze, prenosi se na proteine u ER, a taj oligosaharid uvijek je vezan za NH2 grupu postranog lanca asparagina na proteinu (N-vezan oligosaharid). Oligosaharid vezan za asparagin dodaje se na rastući polipeptid na lumenskoj strani ER. Dodatna obrada glikoproteina nastavlja se u ER pa u GA.

Front 29

Navedite funkcije glatkog ER.

Back 29

Uloga glatkog ER je sinteza lipida i steroidnih hormona, metabolizam ugljikohidrata, detoksifikacija lijekova i otrova. Glatki ER obilan je u stanicama specijaliziranim za metabolizam lipida i steroidnih hormona: stanice jetre, stanice ovarija i testisa.

Front 30

Što je to sarkoplazmatski retikulum, u kojem tipu stanica ga nalazimo, koja je njegova uloga?

Back 30

Mišićne stanice imaju specijaliziran i usavršen glatki ER, nazvan sarkoplazmatski retikulum, koji je odgovoran za kontrakciju mišićne stanice. Kada je mišićna stanica podražena živčanim impulsom, kalcij curi niz elektrokemijski gradijent kroz membranu ER u citosol i započinje kontrakciju mišićne stanice.

Ca2+ -ATPaza koja crpi Ca2+ u lumen ER, glavni je membranski protein prisutan u membrani sarkoplazmatskog retikuluma. Uklanjanje Ca2+ iz citosola dozvoljava opuštanje miofibrila nakon svakog kruga mišićne kontrakcije. Najviše ga nalazimo u miokradu.