Eukarióta sejt és membrántranszport

Az eukarióta sejt

• Valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrákkal (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik.

A sejtmembrán feladatai

• Anyagfelvétel és - leadás (transzport).
• A sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelátvitel).
• Sejt-sejt, ill. sejt-sejtközötti állomány közötti kapcsolatok létrehozása.

Transzport

• Anyagmozgás a sejtmembránon keresztül.

Kis molekulák és ionok transzportja

• A sejtmembránon keresztül történő mozgatás.

„Makromolekulák” transzportja

• Membránátrendeződéssel járó transzport
• Endocitózis: a külvilág felől a sejt belsejébe vezető, membránbetüremkedéssel és -leválással járó, vezikulák által közvetített anyagfelvételi utak összessége.
• Exocitózis: nagy molekulák kiürítése a sejtből.

Endocitózis

• Az anyag vezikuláris transzporttal eljut a lizoszómáig, ahol lebontásra kerül, és komponensei a citoszolba jutnak hasznosítás céljából.

Endocitózis típusai

• Pinocitózis (sejtívás): a környező testfolyadék és abban oldott anyagok felvétele.
• Fagocitózis (sejtfalás): nagyméretű (>0,2 µm) részecskék bekebelezése.

Mikropinocitózis

• Kis, nagyjából egyforma méretű (~100nm-es) vezikulák, főleg klatrin-burok kialakulásával.

Makropinocitózis

• Nagyobb, akár 0,5-5μm átmérőjű vezikulák.

Transzcitózis

• Elsősorban polarizált sejtekre jellemző.
• Bazolaterális membránba szekretált fehérjéket a sejt endocitózissal felveszi és az apikális membránba továbbítja, vagy fordítva.

Fagocitózis

• Részecskék, nem oldott anyag (pl. mikroorganizmusok, idegen anyagok, apoptotikus sejtek) felvétele.
• Elsősorban specializált sejtek (makrofágok, neutrofil granulociták) funkciója.
• Csak speciális ingerek hatására beinduló folyamat (pl. antitestek a baktériumok felszínén).
• A bekebelezett anyag a nagyméretű, fagoszómába kerül, amely lizoszómákkal olvad össze, és tartalmát a lizoszomális enzimek megemésztik.

Fagocitózis szerepe

• Egysejtűekben ez a táplálékszerzés egyik módja.
• Soksejtűekben elsősorban az elpusztult, elöregedett sejtek „eltakarítása” és a védekezés.

Exocitózis

• Mirigysejtek váladék ürítésében (emésztőenzimek, hormonok).
• Idegsejtek ingerületátvivő anyagának ( neurotranszmitterek) ürítésében.
• Egysejtűekben salakanyag leadásában.

Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis

• Első szakasza.

Endocitózis kiváltó tényező alapján

• Receptor (klathrin) független endocitózis: nem specifikus.
• Receptor mediált (közvetített) endocitózis: A receptor és liganduma közötti kapcsolat létrejötte indítja be a felvételt.

Klatrin-független endocitózis

• Transzport kaveolák segítségével.
• Minden sejt plazmamembránjában jelen vannak, a kaveolinok fő fehérjéi.
• Koleszterint kötnek.
• A kaveolák membránjában lipidraftok alakulhatnak ki.

Kaveolák szerepe

• Jelátvitel.
• Transzport kaveolák segítségével: endocitózis, ritka.
• A kapillárisok endotélsejtjeiben a kapilláris permeabilitásának biztosítása.

Klatrin- és kaveola-független endocitózis

• Nem vezikulák, hanem megnyúlt tubuláris képletek fűződnek le, és nem mindig dinamin segítségével (= dinamin független endocitózis).

Eukarióta sejt

• Valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik.

A sejtmembrán feladatai

• 3 fő feladata:
  • Anyagfelvétel és – leadás (transzport)
  • A sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelátvitel)
  • Sejt-sejt, ill.sejt-sejtközötti állomány közötti kapcsolatok létrehozása

Transzport

• Kis és nagy molekulák mozgása a sejtmembránon keresztül
  • Kis molekulák és ionok transzportja
  • Makromolekulák transzportja: Endocitózis, Exocitózis

Endocitózis és Exocitózis

• Olyan anyagok sejtbe való bejutása (endocitózis), ill. sejtből való kijutása (exocitózis), amelyek méretüknél fogva nem képesek a membrán síkján áthatolni (makromolekulák, baktériumok stb.).
• A szállított anyagok membránnal körülvett hólyagocskákba csomagolva jutnak át a sejthatáron.
• A folyamatok során a membránok átrendeződnek, ezért energiaigényesek (ATP) (aktív transzport).
• Csak állati sejtekre jellemzőek.
• A két folyamat azonos módon valósul meg, de ellentétes anyagmozgást jelent.

Endocitózis

• A külvilág felől a sejt belsejébe vezető, membránbetüremkedéssel és –leválással járó, vezikulák által közvetített anyagfelvételi utak összessége.
• Az anyag vezikuláris transzporttal eljut a lizoszómáig, ahol lebontásra kerül, és komponensei a citoszolba jutnak hasznosítás céljából.

Az endocitózis típusai

• Pinocitózis (sejtívás): A környező testfolyadék és abban oldott anyagok felvétele (konstitutív folyamat).
  • Mikropinocitózis: Kis, nagyjából egyforma méretű (kb.100 nm-es) vezikulák, főleg klatrin-burok kialakulásával.
  • Makropinocitózis: Nagyobb, akár 0,5-5 µm átmérőjű vezikulák.
• Fagocitózis (sejtfalás): Nagyméretű (>0,2 µm) részecskék bekebelezése.
  • Klatrin-burkos vezikulák.
  • Kaveolák.
  • Más, klatrin-kaveola független pinocitózis.
• A mindennapi nyelvjárásban: endocitózis = pinocitózis.

Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis

• Első szakasza a membránbetüremkedés és a klatrin-burok kialakulása.

Endocitózis: kiváltó tényező alapján

• Receptor (klathrin) független endocitózis: Nem specifikus.
• Receptor mediált (közvetített) endocitózis: A receptor és liganduma közötti kapcsolat létrejötte indítja be a felvételt.
  • A sejt specifikusan és nagy hatékonysággal tud felvenni anyagot az extracelluláris térből.
  • Kisméretű vezikulák lefűződésével jár, amelyet legtöbbször klatrin burkol.
  • Pl. koleszterin (LDL - LDL-receptor), transzferrin (vas-kötő protein), sok hormon (pl. inzulin), növekedési faktorok és bizonyos glikoproteinek felvétele.
  • LDL-receptor genetikai defektusa - familiáris hiperkoleszterolémia (autoszom. dom.)- korai érelmeszesedés!

Klatrin-független endocitózis

• Transzport kaveolák segítségével.
• Klatrin-burok nélküli mikrodomének, pl. az ún. kaveolák speciális esetekben dinamin közreműködésével leválhatnak a citoszólba, és a korai endoszómával egyesülhetnek.
• Kaveolák:
  • Minden sejt plazmamembránjában jelen vannak.
  • Fő fehérjéi a kaveolinok, különös integrális membránfehérjék, amelyek igen nagy mennyiségben képesek koleszterint kötni.
  • A kaveolák membránjában lipidraftok alakulhatnak ki.
• Szerep:
  • Jelátvitel.
  • Transzport kaveolák segítségével:
    • Endocitózis (ritka).
    • A kapillárisok endotélsejtjeiben (ahol nagyon nagy arányban vannak jelen), a kapilláris permeabilitásának biztosítása (pl. úgy, hogy az apikális és a bazális felszín kaveolái egybenyílnak, csatornát képezve).

Klatrin- és kaveola-független endocitózis

• Nem vezikulák, hanem megnyúlt tubuláris képletek fűződnek le, és nem mindig dinamin segítségével
  • Dinamin független endocitózis.

Transzcitózis

• Elsősorban polarizált sejtekre jellemző.
• Bazolaterális membránba szekretált fehérjéket a sejt endocitózissal felveszi és
  • Az apikális membránba továbbítja,
  • Vagy fordítva.
• Pl. emlősökben az anya IgG ellenanyagai a placentán transzcitózissal jutnak át a magzat keringésébe.
• Az anyatejből származó anyai antitestek (IgG) az újszülött bélhámsejtein keresztül (apikális-bazális irány) jutnak a vérkeringésbe.

Fagocitózis

• Részecskék, nem oldott anyag (pl. mikroorganizmusok, idegen anyagok, apoptotikus sejtek) felvétele.
• Elsősorban specializált sejtek (makrofágok, neutrofil granulociták) funkciója.
  • Felszínükön fagocitótikus receptorokkal rendelkeznek (Fc-receptorok, komplement receptorok, scavenger receptorok).
• Csak speciális ingerek hatására beinduló folyamat (pl. antitestek a baktériumok felszínén, módosult oligoszacharidcsoportokat hordozó glikoproteinek öregedő sejteken).
• A bekebelezett anyag a nagyméretű fagoszómába kerül, amely lizoszómákkal olvad össze, és tartalmát a lizoszomális enzimek megemésztik.
• A sejt saját anyagainak felvétele és megemésztése.

Fagocitózis: Szerepe

• Egysejtűekben ez a táplálékszerzés egyik módja.
• Soksejtűekben elsősorban az elpusztult, elöregedett sejtek "eltakarítása" és a védekezés.
• Bizonyos baktériumok (Salmonella és Shigella fajok) ún. triggerelt fagocitózissal jutnak be a gazdasejtekbe.
  • A baktériumokból olyan anyagok távoznak, melyek intenzív álláb képződésre serkentik a gazdasejteket, az állábak körbefogják a baktériumot (a folyamat a makropinocitózisra emlékeztet).

Exocitózis

• Nagy molekulák kiürítése:
  • Biológiai jelentősége:
    • Mirigysejtek váladék ürítésében (emésztőenzimek, hormonok),
    • Idegsejtek ingerületátvivő anyagának (neurotranszmitterek) ürítésében,
    • Egysejtűekben salakanyag leadásában.

Jelmolekulák

• Ligandok = elsődleges hírvivők (endogén).
• Idegen jelmolekulák (exogén): Sejtfelszíni receptorokon ható, endogén jelmolekulák hatását utánozzák.

Transzport: a jelmolekulák útja

• Változó hosszúságú lehet:
  • Közeli kommunikáció
  • Távoli kommunikáció

Közeli kommunikáció

• a. Indirekt (közvetett)
  • Parakrin jelátvitel: A jeladó sejt a jelmolekulát az extracelluláris térbe juttatja és ez egyszerű diffúzióval jut el a szomszédságában levő célsejtekhez.
  • Autokrin jelátvitel: A jelmolekulát termelő sejt és a célsejt ugyanaz. A jelmolekula és receptora egyazon sejten fejeződik ki (pl. növekedési faktorok). Gyakran daganatok kialakulásában is fontos tényező.
• b. Direkt (közvetlen)
  • Kontakt-függő -1: Juxtakrin jelátvitel: Egy sejt felületi (membrán kötött) jelmolekulája a szomszédos sejt felületi receptorfehérjéjéhez kötődik.
    • PL. Immunszinapszis (pl. APC-T sejt között).
  • Kontakt-függő -2: Gap-junction (rés- kapcsolat): Kis molekulák (ionok, aminosavak, víz, nukleotidok) közvetlen anyagforgalma "pórusokon" keresztül.
    • Pórusátmérő < 2 nm (pl. szívizomsejtek között, idegsejtek között = elektromos szinapszis).

Távoli kommunikáció

• Endokrin jelátvitel: Nagy a távolság a
  • Jelmolekulát termelő sejt és a célsejt között,
  • A jelmolekulák olykor transzport fehérjékhez kötötten, a keringésen keresztül jutnak el a célsejtekhez.
  • Pl. hormonok.
• Neurokrin: Idegsejtek által termelt jelmolekulák (neurotranszmitterek).

Intracelluláris jelmolekulák: a jel átalakítása

• Egyszerűen továbbvezetik (relay) a jelet és ezáltal hozzájárulnak a jel egész sejtben való szétterjedéséhez.
• A jelet felerősíthetik (amplifikálhatják), csak egynéhány e.c. szignál elegendő egy erős i.c. reakció kiváltásához.
• Egy vagy több i.c. jelút jeleit felfoghatják, és azokat összesítik (integrálják, konvergálják) mielőtt továbbítanák.
• A jelet nemcsak egy, hanem több jelútra v.végrehajtó -fehérjére oszthatják szét (distribute), ezáltal többszörösen „elágazodó” komplex válaszreakciót eredményeznek.

Válasz: a jelre adott sejtválasz

• Specifikus, amely a sejt alakjának/ mozgásának, metabolikus folyamatainak v. génkifejezésének megváltozásában nyilvánul meg.
• Kb. sejttípusok a ugyanarra a jelre igen kb. választ adhatnak. Oka:
  • A sejtek ugyanarra a ligandra nézve, különböző receptorokkal rendelkezhetnek,
  • Az intracelluláris jelmolekulák rendszere, valamint
  • A végrehajtó fehérje eltérő lehet a különböző sejttípusokban.

Válasz: Ugyanaz a jelmolekula különböző sejtekben

• Különböző választ válthat ki (pl. acetilkolin).
• Mások képesek azonban néhány sejttípusban ugyanazt a hatást kiváltani (pl. glukagon és epinefrin).

Válasz: A sejt válasza egy extracelluláris jelre

• Lehet gyors és lassú.
• Bizonyos reakciók (pl. sejtnövekedés-sejtosztódás)
  • A génexpresszió változásait és új fehérjék szintézisét feltételezik,
  • Viszonylag lassan (órák) alakulnak ki (i.c.).
• Gyorsabb reakciók (pl. izomösszehúzódás, neurotranszmitter felszabadulás)
  • Meglévő fehérjemolekulák aktivációját igénylik.
  • Másodpercek alatt lejátszódnak (i.c.).

Ez a teszt az eukarióta sejtekre és a sejtmembrán funkcióira összpontosít. A kérdések érintik a transzportfolyamatokat, beleértve a makromolekulák endocitózisát és exocitózisát. Minden biológiai érdeklődésű diák számára tanulságos lesz.