Hoofdstuk 13: Intracellulair transport
13-1: intracellulaire membraan compartimenten
Compartimenten verschillen van elkaar
door:
- De eiwitten die erin zitten
- Lipide laag
- pH
- en intracellulair transport
Waarom hebben we in eukaryoten
compartimenten?
- Zodat een concentratieverschil
mogelijk is, van bijv substraten, enzymen
of cofactoren
- Hiermee kun je schadelijke reacties
voorkomen, vandaar dat we lysosomen en
peroxisomen hebben
- Er is een groter oppervlakte van het
membraan, wat meer membraan reacties
mogelijk maakt.
Tussen verschillende compartimenten in de cel is er veel transport.
Transport tussen twee compartimenten vindt plaats via vesiculair transport (behalve
tussen nucleus en cytosol).
Golgi systeem = sorteersysteem voor eiwitten. Je hebt endocytose, secretie en
‘retrieval’ van eiwitten.
Rab familie = monomere Rab GTPases die vesicle transport en
docking moduleren. Geactiveerd Rab kan motor-,
membraanfusie- en tethering eiwitten activeren.
- Guanine exchange factor (GEF) = haalt de GDP weg en
plakt GTP op Rab, waardoor het actief wordt.
- GTPase activating protein (GAP) = hydrolyseert GTP tot
GDP waardoor Rab inactief wordt.
, 1. Je hebt een vesicle met een cargo-
receptor in het membraan, die een
cargo draagt. Daarnaast draagt de
vesicle een v-SNARE en een Rab-
GTP. In het target membraan zitten t-
SNAREs.
2. Rab-GTP bindt aan tethering eiwit in
het membraan. De 2 SNARE’s worden
naar elkaar toe getrokken die een
complex vormen.
3. Membranen kunnen fuseren
4. RabGTP wordt gehydrolyseerd en
bindt aan GDI wat het opruimte. Cargo
laat los van cargo receptor
Er zijn veel verschillende Rab eiwitten (>60) en ze beïnvloeden elk hun eigen
compartiment en bepalen de identiteit van een compartiment. Rab’s om te kennen:
- Rab5 → vroege endosomen, plasmamembraan, clathrin-coated vesicles
- Rab7 → late endosomen
- Rab9 → late endosomen en trans golgi
Voorbeeld van een Rab domein die wordt gevormd in het membraan van een
organel: Rab5 domein op een endosoom.
1. Rab5GDP is inactief en gebonden aan GDI. Als het geactiveerd wordt door
Rab5GEF, tot Rab5GTP, wordt het in het membraan ingebouwd.
2. PI3-kinase wordt geactiveerd, dit zet PI om in PI(3)P wat in het membraan zit.
3. Dit allemaal heeft een positieve feedback mechanisme: er is meer Rab5GEF
recruitment wat ook meer Rab5GTP en PI(3)P in het membraan betekent.
4. Rab effector proteins worden ook gerecruit,
bijvoorbeeld tethering proteins.
5. Rab5 domein is gevormd.
PI3P is maar 1 voorbeeld van een phosphatidylinositol
lipide. Verschillende soorten markeren verschillende
organellen en membraan domeinen. En je hebt dus
verschillende Rabs die erbij horen.
Een Rab domein kan vervangen worden door een ander
Rab domein. Bijvoorbeeld Rab5 vervangen door Rab7,
zo wordt een vroeg endosoom een laat endosoom.
,Phospholipides
Bestaat uit een glycerol backbone, die twee
vetzuren draagt. Fosfaatgroep zit aan de
andere kant van de glycerol backbone en
die draagt een inositol ring. Deze inositol
ring kan op posities 3, 4 en 5 gefosforyleerd
worden, vandaar dat de PI’s aangeduid
worden met bijv. (3) of (3,4). De
verschillende combinaties van fosforylatie
van deze posities maakt het mogelijk om
hele verschillende eiwitten te kunnen
recruiten (zie E en F).
De phosphotidyl inositol lipides kunnen in elkaar worden omgezet met behulp van
kinases of fosfatatses. Bijvoorbeeld een PI-5-kinase, die zet een PI(3)P om in
PI(3,5)P2.
Rab-GTP’s recruit dus bepaalde kinases of fosfatases om een bepaalde lipide
samenstelling in het membraan te creëren.
Intracellulair transport
Transport vesicles kunnen 4
verschillende soorten coats hebben:
1. Clathrin: voor endocytose
2. COPI: voor Golgi → ER of Golgi →
Golgi, basically vesicles afkomstig van
Golgi
3. COPII: voor ER → Golgi, basically
vesicles afkomstig van ER
4. Retromer: voor endosoom → Golgi
Trans Golgi gebruikt COPI of clathrin.
Functies van zo’n coat om een vesicle:
- Stabiliseert de vorm van het vesicle membraan
- Je kunt met de coat bepaalde cargo eiwitten selecteren.
Clathrin-coated vesicle formatie
(1)Er zit een cargo receptor in het membraan die een cargo bij
zich draagt. Deze receptor bindt aan adaptor eiwitten, bijvoorbeeld
AP2. AP2 heeft ook PI(4,5)P2 aan zich gebonden, wat de affiniteit
voor cargo receptoren verhoogt.
(2)Het membraan moet gebogen worden, dat kan op 2
manieren. Ofwel met BAR-domein eiwitten (zijn zelf gebogen,
dus buigen ze het membraan als ze er tegenaan gaan
liggen), ofwel met verandering van de lipide samenstelling. Je
kan bijv. aan 1 kant van de bi-laag meer onverzadigde
vetzuren inbouwen.
, (3)Clathrin is een eiwit met 3 heavy chains en 3 light chains. Dit vormt
dan een triskelion en deze ‘chains’ gaan interacties aan met ‘chains’
van andere clathrin eiwitten.
Een adaptor eiwit draagt zo’n clathrin triskelion. Chlathrin zorgt er ook
voor dat de kromming van de vesicle in stand wordt gehouden.
(4)Op een gegeven moment moet de vesicle los kunnen komen van het membraan.
Dit gebeurt met behulp van dynamin. Dit is een GTPase in de vorm van een helix.
Als GTP gehydrolyseerd wordt dan trekt de helix samen en snoert te vesicle af.
(5)Als laatst laat de coat
los van de vesicle. Dat
komt omdat PI(4,5)P2 wat
aan de AP2 zat wordt
gehydrolyseerd door een
fosfatase. Dit zorgt ervoor
dat de binding tussen
AP2 en receptor verzwakt
en de eiwitten loslaten.
Een uncoating ATPase
helpt de fosfatase
hiermee.
Coat-recruitment GTPases reguleren coat-vorming van bijvoorbeeld endosomen en
COPI/COPII coats op golgi en ER-membranen. ARF-eiwit, AP2 en Sar1 eiwitten zijn
voorbeelden van coat-recruitment GTPases.
13-1: intracellulaire membraan compartimenten
Compartimenten verschillen van elkaar
door:
- De eiwitten die erin zitten
- Lipide laag
- pH
- en intracellulair transport
Waarom hebben we in eukaryoten
compartimenten?
- Zodat een concentratieverschil
mogelijk is, van bijv substraten, enzymen
of cofactoren
- Hiermee kun je schadelijke reacties
voorkomen, vandaar dat we lysosomen en
peroxisomen hebben
- Er is een groter oppervlakte van het
membraan, wat meer membraan reacties
mogelijk maakt.
Tussen verschillende compartimenten in de cel is er veel transport.
Transport tussen twee compartimenten vindt plaats via vesiculair transport (behalve
tussen nucleus en cytosol).
Golgi systeem = sorteersysteem voor eiwitten. Je hebt endocytose, secretie en
‘retrieval’ van eiwitten.
Rab familie = monomere Rab GTPases die vesicle transport en
docking moduleren. Geactiveerd Rab kan motor-,
membraanfusie- en tethering eiwitten activeren.
- Guanine exchange factor (GEF) = haalt de GDP weg en
plakt GTP op Rab, waardoor het actief wordt.
- GTPase activating protein (GAP) = hydrolyseert GTP tot
GDP waardoor Rab inactief wordt.
, 1. Je hebt een vesicle met een cargo-
receptor in het membraan, die een
cargo draagt. Daarnaast draagt de
vesicle een v-SNARE en een Rab-
GTP. In het target membraan zitten t-
SNAREs.
2. Rab-GTP bindt aan tethering eiwit in
het membraan. De 2 SNARE’s worden
naar elkaar toe getrokken die een
complex vormen.
3. Membranen kunnen fuseren
4. RabGTP wordt gehydrolyseerd en
bindt aan GDI wat het opruimte. Cargo
laat los van cargo receptor
Er zijn veel verschillende Rab eiwitten (>60) en ze beïnvloeden elk hun eigen
compartiment en bepalen de identiteit van een compartiment. Rab’s om te kennen:
- Rab5 → vroege endosomen, plasmamembraan, clathrin-coated vesicles
- Rab7 → late endosomen
- Rab9 → late endosomen en trans golgi
Voorbeeld van een Rab domein die wordt gevormd in het membraan van een
organel: Rab5 domein op een endosoom.
1. Rab5GDP is inactief en gebonden aan GDI. Als het geactiveerd wordt door
Rab5GEF, tot Rab5GTP, wordt het in het membraan ingebouwd.
2. PI3-kinase wordt geactiveerd, dit zet PI om in PI(3)P wat in het membraan zit.
3. Dit allemaal heeft een positieve feedback mechanisme: er is meer Rab5GEF
recruitment wat ook meer Rab5GTP en PI(3)P in het membraan betekent.
4. Rab effector proteins worden ook gerecruit,
bijvoorbeeld tethering proteins.
5. Rab5 domein is gevormd.
PI3P is maar 1 voorbeeld van een phosphatidylinositol
lipide. Verschillende soorten markeren verschillende
organellen en membraan domeinen. En je hebt dus
verschillende Rabs die erbij horen.
Een Rab domein kan vervangen worden door een ander
Rab domein. Bijvoorbeeld Rab5 vervangen door Rab7,
zo wordt een vroeg endosoom een laat endosoom.
,Phospholipides
Bestaat uit een glycerol backbone, die twee
vetzuren draagt. Fosfaatgroep zit aan de
andere kant van de glycerol backbone en
die draagt een inositol ring. Deze inositol
ring kan op posities 3, 4 en 5 gefosforyleerd
worden, vandaar dat de PI’s aangeduid
worden met bijv. (3) of (3,4). De
verschillende combinaties van fosforylatie
van deze posities maakt het mogelijk om
hele verschillende eiwitten te kunnen
recruiten (zie E en F).
De phosphotidyl inositol lipides kunnen in elkaar worden omgezet met behulp van
kinases of fosfatatses. Bijvoorbeeld een PI-5-kinase, die zet een PI(3)P om in
PI(3,5)P2.
Rab-GTP’s recruit dus bepaalde kinases of fosfatases om een bepaalde lipide
samenstelling in het membraan te creëren.
Intracellulair transport
Transport vesicles kunnen 4
verschillende soorten coats hebben:
1. Clathrin: voor endocytose
2. COPI: voor Golgi → ER of Golgi →
Golgi, basically vesicles afkomstig van
Golgi
3. COPII: voor ER → Golgi, basically
vesicles afkomstig van ER
4. Retromer: voor endosoom → Golgi
Trans Golgi gebruikt COPI of clathrin.
Functies van zo’n coat om een vesicle:
- Stabiliseert de vorm van het vesicle membraan
- Je kunt met de coat bepaalde cargo eiwitten selecteren.
Clathrin-coated vesicle formatie
(1)Er zit een cargo receptor in het membraan die een cargo bij
zich draagt. Deze receptor bindt aan adaptor eiwitten, bijvoorbeeld
AP2. AP2 heeft ook PI(4,5)P2 aan zich gebonden, wat de affiniteit
voor cargo receptoren verhoogt.
(2)Het membraan moet gebogen worden, dat kan op 2
manieren. Ofwel met BAR-domein eiwitten (zijn zelf gebogen,
dus buigen ze het membraan als ze er tegenaan gaan
liggen), ofwel met verandering van de lipide samenstelling. Je
kan bijv. aan 1 kant van de bi-laag meer onverzadigde
vetzuren inbouwen.
, (3)Clathrin is een eiwit met 3 heavy chains en 3 light chains. Dit vormt
dan een triskelion en deze ‘chains’ gaan interacties aan met ‘chains’
van andere clathrin eiwitten.
Een adaptor eiwit draagt zo’n clathrin triskelion. Chlathrin zorgt er ook
voor dat de kromming van de vesicle in stand wordt gehouden.
(4)Op een gegeven moment moet de vesicle los kunnen komen van het membraan.
Dit gebeurt met behulp van dynamin. Dit is een GTPase in de vorm van een helix.
Als GTP gehydrolyseerd wordt dan trekt de helix samen en snoert te vesicle af.
(5)Als laatst laat de coat
los van de vesicle. Dat
komt omdat PI(4,5)P2 wat
aan de AP2 zat wordt
gehydrolyseerd door een
fosfatase. Dit zorgt ervoor
dat de binding tussen
AP2 en receptor verzwakt
en de eiwitten loslaten.
Een uncoating ATPase
helpt de fosfatase
hiermee.
Coat-recruitment GTPases reguleren coat-vorming van bijvoorbeeld endosomen en
COPI/COPII coats op golgi en ER-membranen. ARF-eiwit, AP2 en Sar1 eiwitten zijn
voorbeelden van coat-recruitment GTPases.
