3. elõadás 01102024 Sejt Biológia PDF

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik  A sejtmembrán feladatai 3 fő feladat: 1. anyagfelvétel és – leadás (transzport) 2. a sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelá...

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik  A sejtmembrán feladatai 3 fő feladat: 1. anyagfelvétel és – leadás (transzport) 2. a sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelátvitel) 3. sejt-sejt, ill. sejt-sejtközötti állomány közötti kapcsolatok létrehozása 1. Transzport Anyagmozgás a sejtmembránon keresztül (I) 1a. Kis molekulák és ionok transzportja 1b. „Makromolekulák” transzportja: Endocitózis, Exocitózis 1. Transzport Anyagmozgás a sejtmembránon keresztül (II) 1a. Kis molekulák és ionok transzportja 1b. „Makromolekulák” transzportja:Endocitózis és Exocitózis Membránátrendeződéssel járó transzport Endocitózis és Exocitózis  olyan anyagok sejtbe való bejutása – endocitózis -, ill. sejtből való kijutása – exocitózis, - amelyek pl. méretüknél fogva a membrán síkján nem képesek 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  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 (folyamatos folyadékfelvétel) mikropinocitózis - kis, nagyjából egyforma méretű (~100nm-es) vezikulák főleg klatrin-burok kialakulásával makropinocitózis - nagyobb, akár 0,5-5μm átmérőjű vezikulák  fagocitózis (sejtfalás) - nagyméretű (>0,2 µm) részecskék bekebelezése pinocitózis - aszerint is, hogy milyen típusú burok játszik közre a vezikula képződésében klatrin-burkos vezikulák lefűződésével járó kaveolákkal járó , ill. más, klatrin-kaveola független pinocitózis a mindennapi nyelvjárásban: endocitózis = pinocitózis Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis első szakasza Klatrin burkos vezikulákkal járó endocitózis első szakasza (TEM) 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), LDL-receptor genetikai defektusa- transzferrin (vas-kötő protein), familiáris hiperkoleszterolémia sok hormon (pl. inzulin), növekedési (autoszom. dom.)- korai érelmeszesedés ! faktorok és bizonyos glikoproteinek felvétele 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  fő fehérjéi a kaveolinok, jelen vannak különös integrális membránfehérjék, amelyek igen EM: (palack alakú) befűződések a nagy mennyiségben képesek koleszterint kötni sejtmembránban  a kaveolák membránjában lipidraftok alakulhatnak ki Klatrin-független endocitózis Kaveolák: 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). Endocitózis mechanizmusai: összefoglalás Cell division control protein 42 homolog https://link.springer.com/article/10.1007/s00418-018-1678-5/figures/1 Transzcitózis  elsősorban polarizált sejtekre jellemző  bazolaterális membránba szekretált fehérjéket a sejt endocitózissal felveszi és az apikális membránba továbbítja vagy fordítiva , 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-bazalis 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 inzulin felszabadulása intracelluláris vezikulák révén a pankreász beta-sejtjeiből  A sejtmembrán feladatai 3 fő feladat: 1. anyagfelvétel és – leadás (transzport) 2. a sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása (jelátvitel) 3. sejt-sejt, ill. sejt-sejtközötti állomány közötti kapcsolatok létrehozása A sejten kívülről származó ingerek felfogása, feldolgozása és továbbítása Sejtek közötti kommunikáció Jelátvitel Jeladók Sejtek közötti kommunikáció esetén a jeladó sejt egy bizonyos jelmolekulát képez, amit a célsejt felismer (tudomásul vesz) jeladó sejt pl. specializált ideg- és mirigysejtek Minden sejt lehet jeladó és célsejt is. célsejt (jelfogó) pl. idegsejtek, izomsejtek, mirigysejtek  A sejtek közötti jelátvitel szakaszai 1. A jelmolekula szintézise a jeladó sejt által, kifejezése a membránban, vagy kibocsátása az extracelluláris térbe 2. Transzport: a jelmolekula eljuttatása a célsejthez 3. Recepció: a jelmolekula érzékelése a célsejt által, specifikus receptor segítségével 4. Transzdukció: a jelmolekula kötődése a célsejten található specifikus receptorhoz, mely a célsejtben szubcelluláris reakciókat vált ki (jelátviteli események) 5. Válasz: a jelre adott specifikus sejtválasz, amely sejt alakjának/ mozgásának, metabolikus folyamatainak v. génkifejezésének megváltozásában nyilvánul meg 6. Befejezés: a jelmolekula vagy receptor inaktiválása (pl. lebontása), mely a válasz leállítását eredményezi A sejtek közötti jelátvitel „szereplői“ (fehérjéi) Jelmolekulák (Elsődleges hírvivők) Receptorok Intracelluláris fehérjék Másodlagos hírvivők Célfehérjék Jelmolekulák = ligandok = elsődleges hírvivők  feladata a sejtek közötti információ szállítása Endogén jelmolekulák  a jeladó sejtek választják ki (endogén)pl. exocitózissal, át kell hatolnia a sejteket elválasztó résen, majd a fogadó sejt receptorához kapcsolódva (vagy anélkül: pl. NO), választ vált ki a célsejtben  főbb típusai : hormonok, növekedési és differenciálódási faktorok, citokinek, neurotranszmitterek, nitrogén monoxid (NO), stb Idegen jelmolekulák  kívülről származó (exogén) természetes és szintetikus anyagok pl. mérgek, drogok, nikotin, koffein, gyógyszerek stb.  ezekkel a szerekkel kívülről irányíthatjuk a sejtjeink kommunikációját, azaz, a szervezetünk működését 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 Transzport: a jelmolekulák útja változó hosszúságú lehet Közeli kommunikáció- b. direkt (közvetlen) Kontakt-függő -1 Juxtakrin jelátvitel: egy sejt felületi (membrán kötött) jelmokelulája 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 < 2nm pl. szívizomsejtek között, idegsejtek között= elektromos szinapszis Transzport: a jelmolekulák útja változó hosszúságú lehet 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 v. szinaptikus jelátvitel: a jelmolekulák az axonok mentén távol levő célsejtekhez jutnak el  Recepció: receptorok  feladata a jelek felfogása (IN), átalakítása másféle jelekké (OUT) és továbbítása a sejt belseje felé  receptorok és ligandok kapcsolata „kulcs–zár” viszony- térbeli „komplementaritás”, de  a két molekula megfelelő kémiai kötések kialakulására is képes kell legyen  a receptorok nagyfokú affinitással rendelkeznek a jelmolekulák iránt A sejten belül való elhelyezkedésük alapján: 1. intracelluláris (citoplazmatikus vagy nukleáris) receptorok 2. sejtfelszíni receptorok 3 fő típus: 3.a. ionotróp (ioncsatorna-kapcsolt) 3.b. G-protein-kapcsolt citoplazmában v. 3.c. enzim-kapcsolt receptorok direkt a sejtmagban De! Receptor nélküli jelút bizonyos oldott gázak áthaladnak a plazmamembránon és közvetlenül i.c. enzimeket aktiválnak igen gyors választ eredményezve (néhány másodperc vagy perc) Pl. a nitrogén monoxid (NO)- az érfal simaizom sejtjeire való hatása 1. az endotél sejtek jeleket kapnak a beidegző neuronoktól acetilkolin (Ach) molekulák formájában 2. az Ach a receptorához kapcsolódik aktiválódik az NO- szintetáz enzim, amely argininból NO-t produkál 3. NO átdiffundál az endotél sejtekből a simaizom sejtekbe, ahol a GTP →ciklikus (c)GMP átalakulást katalizálja 4. a cGMP egy i.c. jelmolekula (másodlagos hírvivő)- egy szignál transzdukciós kaszkádot beindítva, a sima izomsejtek relaxációját okozza (= fokozott véráramlás) Nitroglicerin – az angina pectoris enyhítésére – NO képződik belőle a szervezetben Viagra - impotencia elleni gyógyszer – hatóanyaga blokkolja a cGMP degradációját, ezzel meghosszabbítja az NO hatását Intracelluláris receptorok által közvetített jelutak  hidrofób lipofil jelmolekulák, mint a szteroid hormonok (kortizol, ösztrogén és tesztoszteron), a pajzsmirigy hormonok (pl. tiroxin), a retinolsav átjutnak a sejtmembránon, és intracelluláris (citoplazmatikus v.nukleáris) receptorokhoz kapcsolódnak  a hormon- receptor komplex a magban a DNS transzkripciót szabályozó régióihoz kötődik és specifikus gének expresszióját befolyásolja  az i.c. receptorok tulajdonképpen inaktív transzkripciós faktorok, amelyeket a hormon kapcsolódása aktivál pl. a kortizol (glukokortikoid) jelutja kortizol: a mellékvesekéregben termelődik, stressz hatására Sejtfelszíni receptorok által közvetített jelutak  a jelmolekulák túlnyomó többsége túl nagyméretű vagy hidrofil, ezért nem képes átjutni a célsejt membránján pl. vízoldékony hormonok: inzulin, glukagon, növekedési faktorok, epinefrin, hisztamin, zsíroldékony hormonok: prosztaglandinok (eikozanoid hormoncsalád tagjai)  ezek a jelmolekulák sejtfelszíni transzmembrán receptorokhoz kapcsolódnak  a receptorok érzékelik, átalakítják, majd tovább küldik jelet a sejt belseje felé: a szignáltranszdukció első lépése A sejtfelszíni receptorok három nagy családba tartoznak: a. ioncsatorna-kapcsolt receptorok b. G protein-kapcsolt receptorok c. enzim-kapcsolt receptorok ez utóbbiak lehetnek (a) maguk az enzimek (pl. receptor tirozin kinázok), vagy (b) kapcsolódhatnak egy enzimhez a. Ioncsatorna-kapcsolt receptorok (ionotróp receptorok)  jelmolekula kapcsolódására megváltoztatják a térszerkezetüket - a pórusaik kinyíljanak, s ezeken keresztül az ionok (Na+, K+, Ca2+, Cl-) az elektrokémiai gradiensük mentén szabadon vándorolhatnak a citoplazma és az extracelluláris tér között,  ennek eredménye a membrán potenciál megváltozása ( milliszekundum !)  ez a változás pl. idegi impulzust eredményezhet előfordulás: főként az ingerelhető sejtekben (ideg, izom) b. G protein-kapcsolt receptorok- (7-transzmembrán receptorok)  a legnagyobb receptor család  alapfelépítésükre jellemző a hét transz-membrán szegmens  külső jel hatására a receptor térszerkezete megváltozik, ami a közelben tartózkodó G-fehérjéket aktiválja  ezek aztán a membránban v. egy enzimet v. egy ioncsatornát aktiválnak és ezáltal kb. hatások egész sorozatát váltják ki  előfordulás: gyakorlatilag minden sejtben Receptor aktivált enzim GTP-t kötő fehérje v. ioncsatorna membránkötött trimér (3 alegységből áll) inaktív: GDP-t köt; aktív: GTP-t köt c. Az enzim-kapcsolt receptorok  több alegységből álló transzmembrán fehérjék  intracelluláris doménje  vagy saját (intrinsic) enzimatikus aktivitással rendelkezik pl. receptor tirozin-kinázok  vagy direkt kötődik egy intracelluláris enzimmel  ligand kötés hatására az alegyságek összeállnak, konformáció változás jön létre a transzmembrán hélixben, ami az enzimatikus aktivitás kialakulásához és a jelátviteli kaszkád beindulásához vezet  előfordulás: gyakorlatilag minden sejtben  rendszerint lokális jelfolyamatokban vesznek részt, melyek főként a sejtszaporodást, a differenciálódást és a sejt túlélést irányítják Sejtfelszíni receptorok a jeleket intracelluláris jelutakon keresztül továbbítják Transzdukció  az intracelluláris jelátviteli folyamat- „molekuláris staféta-futás” a hír az i.c jelút egyik jelmolekulájáról a másikra adódik v. azt aktiválja,  ez mindaddig folytatódik, míg a végrehajtó fehérjéhez (célfehérjéhez), jut, amely aztán kiváltja a választ pl. a sejtvázatat új helyzetbe hozza v. egy gént be- vagy kikapcsol  egy receptorfehérje egy –vagy több intracelluláris jelutat aktiválhat és kb. válaszokat eredményezhet! Intracelluláris jelmolekulák: a jel továbbítása  a jelutak egy egész sor intracelluláris jelmolekulából állnak  lehetnek - intracelluláris fehérjék (enzimek: kinázok, foszfatázok) vagy - ún. kis hírmolekulák (másodlagos hírvivők, second messenger) Másodlagos hírvivők: nagy mennyiségben termelődnek a receptor aktiváció hatására gyakran a keletkezési helyüktől távolra diffundálnak + másodlagos hírvivők (a jelet a sejt más pontjaira is elterjesztik) 1. ciklikus nukleotidok (például cAMP és cGMP) 2. inozitol trifoszfát (IP3) és diacylglycerol (DAG) 3. kálcium ionok (Ca2+) 4. gázak (NO, CO) a jelet azáltal továbbítják, hogy megváltoztatják bizonyos szignál fehérjék térszerkezetét a hír az i.c jelút egyik jelmolekulájáról a másikra adódik  kaszkádszerűen terjed fehérjéről fehérjére és általában konformáció változást okoz Intracelluláris jelmolekulák –”molekuláris kapcsolók”  „molekuláris- kapcsoló” jel felfogására inaktívból aktív állapotba váltanak (bekapcsolás, ON), és abban is maradnak, amíg egy másik jel nem inaktiválja őket (kikapcsolás, OFF)  foszforiláción (és defoszforiláción) alapul, ami két kb. úton valósulhat meg: A. a fehérjékhez foszfát csoport kapcsolódik, B. GDP –GTP csere játszódik le A. foszfát-csoport kapcsolódására aktíválódnak, ennek eltávolítása révén inaktíválódnak (nem mindig!) egy proteinkináz kapcsolja az ATP hasításából származó foszfátcsoportot és egy proteinfoszfatáz távolítja azt el a két leggyakoribb kinázcsoport: - szerin- threonin kinázok- a fehérjéket szerin- vagy treonin- gyökön foszforilálják - tirozin-kinázok - fehérjéket a tirozin-maradékon foszforilálják A tirozin kináz génekben történő mutáció különféle B. GTP-kötő jelfehérje betegségeket okozhat, pl. rák, neurodegeneráció, GTP-kötődése a GDP helyett aktiválja (ON) achondroplasia (törpeség) és atherosclerosis a GTP GDP-vé való hidrolízise inaktíválja (OFF) (érelmeszesedés) ide tartoznak: a G-proteinek  Intracelluláris jelmolekulák: a jel átalakítása 1. Egyszerűen továbbvezetik (relay)a jelet és ezáltal hozzájárulnak a jel egész sejtben való szétterjedéséhez 2. A jelet felerősíthetik (amplifikálhatják), csak egynéhány e.c. szignál elegendő egy erős i.c. reakció kiváltásához 3. Egy vagy több i.c. jelút jeleit felfoghatják, és azokat összesítik (integrálják, konvergálják) mielőtt továbbítanák 4. 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 - a szívizomsejtben csökkenti a kontrakció- erejét és frekvenciáját - a nyálmirigyben a szekréciót fokozza, bár a receptorok ugyanazok - a vázizomban fokozza az izomsejt összehúzódását itt egy másik receptorfehérjéhez kötődik 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 ide tartoznak: i.c. receptorokon ható jelmolekulák  más válaszok (pl mozgásváltozás, szekréció v. anyagcsere-változások) meglévő, kész fehérjéket használnak a válaszhoz, nem igénylik a génexpresszió megváltozását, gyorsabban játszódnak le pl. acetilkolin néhány millisec. alatt váltja ki a harántcsíkolt izomrost összehúzódását, a szekréciót a nyálmirigyben mintegy 1 perc alatt Befejezés: a jelmolekula vagy receptor inaktiválása (bevonás, lebontás, inaktiváció, gátlás), mely a válasz leállítását eredményezi = a célsejt deszenzitizációja A jelmolekula vagy receptor inaktiválásának módjai