Hoofdstuk 15: Intracellulaire
compartimenten en transport
Inhoudsopgave
H15: Centrale vraagstelling .............................................................................................................................. 2
15.1 Membraan omsloten organellen .............................................................................................................. 3
15.1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten.................................................................. 3
De belangrijkste compartimenten in een cel................................................................................................. 3
Overzicht van het aantal celcompartimenten in een cel en hun celvolume ................................................. 5
Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten...................................................................... 6
15.1.2. Evolutie van membraan-omsloten organellen ....................................................................................... 6
Ontstaan van het ER en kernomhulsel .......................................................................................................... 6
Ontstaan van mitochondriën en chloroplasten ............................................................................................. 7
15.2. Proteïnesortering .................................................................................................................................... 8
15.2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in membraan-omsloten compartimenten 8
15.2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment ........................................................ 10
15.2.3. De nucleus importeert eiwitten via het kernporiecomplex ................................................................... 11
15.2.4. Eiwitten worden ontplooid voor opname in de mitochondriën ............................................................ 13
15.2.5. Eiwitten worden tijdens de synthese het ER binnengebracht ............................................................... 14
Cytosolaire en ER ribosomen komen uit eenzelfde pool ............................................................................. 15
15.2.6. Een solubel eiwit komt in het ER lumen via het translocon .................................................................. 16
Transfer van een solubel ER eiwit door het translocon ............................................................................... 16
15.2.7. Start en stop signalen bepalen de topologie van een transmembraaneiwit in de lipide membraan →
Single pass TM eiwit ......................................................................................................................................... 17
Een “dubbel TM” membraanproteïne gebruikt een interne start transfersequentie → Multi pass TM eiwit
..................................................................................................................................................................... 18
15.3. Vesikeltransport .................................................................................................................................... 20
15.3.1. Transport vesikels verplaatsen oplosbare eiwitten en membraaneiwitten tussen compartimenten ... 20
15.3.2. Een proteïnemantel helpt vesikels vormen ........................................................................................... 21
Clathrine mantel vesikels transporteren een geselecteerde cargo ............................................................. 22
COP vs clathrine coat ................................................................................................................................... 23
Verschillende combinaties coating eiwit/cargobindend eiwit bepalen origine en bestemming van een
transport vesikel .......................................................................................................................................... 23
COP vs clathrine coat mantels ..................................................................................................................... 24
15.3.3. Vesikel docking en fusie hangt af van Tethers en SNAREs .................................................................... 24
SNAREs helpen de membraanfusie ............................................................................................................. 25
15.4. Secretorische wegen.............................................................................................................................. 26
15.4.1. Post-translationele modificaties in het lumen van het ER .................................................................... 26
N-linked glycolysering in het ER: co-translationeel ..................................................................................... 27
15.4.2. Exit uit het ER hangt af van een kwaliteitscontrole .............................................................................. 27
1
, Storing in de kwaliteitscontrole ................................................................................................................... 28
Kwaliteitscontrole gaat gepaard met het trimmen van de eindstandige glucose = exitsignaal .................. 29
15.4.3. Misfolded proteïnen in het lumen van het ER stimuleren de aanmaak van chaperones en expansie van
het ER ............................................................................................................................................................... 30
15.4.4. Eiwitten worden verder gemodificeerd en gesorteerd in het Golgi-apparaat ...................................... 30
Verdere modificaties van de suikerboom in het Golgi ................................................................................ 32
Vesiculair transport kan gevolgd worden met GFP-fusie eiwitten .............................................................. 32
15.4.5. Secretorische eiwitten worden vrijgezet uit de cel via exocytose ......................................................... 33
Geregelde vs. constitutieve exocytose ........................................................................................................ 33
15.5. Endocytotische wegen ........................................................................................................................... 34
15.5.1. Gespecialiseerde fagociterende cellen nemen grote partikels op ........................................................ 35
Fagocytose van een bacterie door een witte bloedcel ................................................................................ 35
15.5.2. Opname van vloeistof en macromoleculen via pinocytosis .................................................................. 37
15.5.3. Receptor-gemedieerde endocytose ...................................................................................................... 37
15.5.4. Sortering van ge-endocyteerd materiaal in de endosomen ................................................................. 39
15.5.5. Lysosomen zijn de plaats voor intracellulaire vertering ....................................................................... 39
15.5.6. Membraan contact sites ....................................................................................................................... 41
H15: Intracellulaire compartimenten en kine ................................................................................................. 42
H15: Belangrijke concepten ............................................................................................................................ 42
H15: Belangrijke begrippen ............................................................................................................................ 43
H15: Centrale vraagstelling
• Hoe komen eiwitten terecht in de membraan?
• Hoe worden eiwitten gesorteerd om naar verschillende compartimenten te sturen?
• Hoe communiceren organellen onderling?
• Hoe verwerven organellen hun specifieke inhoud?
• Wat zijn de transportroutes in de cel?
• Hoe zetten cellen de celinhoud vrij of nemen ze nutriënten op?
2
,15.1 Membraan omsloten organellen
15.1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten
→ Slechts 50% cytosol
→ Verschillende vormen van compartimenten: zakjes, buisjes, netwerk, vesikels, stapels
De belangrijkste compartimenten in een cel
Darmepitheelcel:
3
, → Organellen op plaats gehouden door interactie met cytoskelet
Dynamische interacties:
- Motoreiwitten transporteren vesikels langs het cytoskelet
→ Ook organelcontacten
Prokaryoten: 0,1-3 µm
Eukaryoten: 10-100 µm
↓
Diameter is 10-100x groter
Volume is 100-10000x groter
→ De diffusietijd stijgt 10000x : t = d²/6D
- d = diffusieafstand
- D = diffcste
4
compartimenten en transport
Inhoudsopgave
H15: Centrale vraagstelling .............................................................................................................................. 2
15.1 Membraan omsloten organellen .............................................................................................................. 3
15.1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten.................................................................. 3
De belangrijkste compartimenten in een cel................................................................................................. 3
Overzicht van het aantal celcompartimenten in een cel en hun celvolume ................................................. 5
Belangrijkste functies van de intracellulaire compartimenten...................................................................... 6
15.1.2. Evolutie van membraan-omsloten organellen ....................................................................................... 6
Ontstaan van het ER en kernomhulsel .......................................................................................................... 6
Ontstaan van mitochondriën en chloroplasten ............................................................................................. 7
15.2. Proteïnesortering .................................................................................................................................... 8
15.2.1. Drie verschillende mechanismen voor import van proteïnen in membraan-omsloten compartimenten 8
15.2.2. Signaalsequenties sturen eiwitten naar het juiste compartiment ........................................................ 10
15.2.3. De nucleus importeert eiwitten via het kernporiecomplex ................................................................... 11
15.2.4. Eiwitten worden ontplooid voor opname in de mitochondriën ............................................................ 13
15.2.5. Eiwitten worden tijdens de synthese het ER binnengebracht ............................................................... 14
Cytosolaire en ER ribosomen komen uit eenzelfde pool ............................................................................. 15
15.2.6. Een solubel eiwit komt in het ER lumen via het translocon .................................................................. 16
Transfer van een solubel ER eiwit door het translocon ............................................................................... 16
15.2.7. Start en stop signalen bepalen de topologie van een transmembraaneiwit in de lipide membraan →
Single pass TM eiwit ......................................................................................................................................... 17
Een “dubbel TM” membraanproteïne gebruikt een interne start transfersequentie → Multi pass TM eiwit
..................................................................................................................................................................... 18
15.3. Vesikeltransport .................................................................................................................................... 20
15.3.1. Transport vesikels verplaatsen oplosbare eiwitten en membraaneiwitten tussen compartimenten ... 20
15.3.2. Een proteïnemantel helpt vesikels vormen ........................................................................................... 21
Clathrine mantel vesikels transporteren een geselecteerde cargo ............................................................. 22
COP vs clathrine coat ................................................................................................................................... 23
Verschillende combinaties coating eiwit/cargobindend eiwit bepalen origine en bestemming van een
transport vesikel .......................................................................................................................................... 23
COP vs clathrine coat mantels ..................................................................................................................... 24
15.3.3. Vesikel docking en fusie hangt af van Tethers en SNAREs .................................................................... 24
SNAREs helpen de membraanfusie ............................................................................................................. 25
15.4. Secretorische wegen.............................................................................................................................. 26
15.4.1. Post-translationele modificaties in het lumen van het ER .................................................................... 26
N-linked glycolysering in het ER: co-translationeel ..................................................................................... 27
15.4.2. Exit uit het ER hangt af van een kwaliteitscontrole .............................................................................. 27
1
, Storing in de kwaliteitscontrole ................................................................................................................... 28
Kwaliteitscontrole gaat gepaard met het trimmen van de eindstandige glucose = exitsignaal .................. 29
15.4.3. Misfolded proteïnen in het lumen van het ER stimuleren de aanmaak van chaperones en expansie van
het ER ............................................................................................................................................................... 30
15.4.4. Eiwitten worden verder gemodificeerd en gesorteerd in het Golgi-apparaat ...................................... 30
Verdere modificaties van de suikerboom in het Golgi ................................................................................ 32
Vesiculair transport kan gevolgd worden met GFP-fusie eiwitten .............................................................. 32
15.4.5. Secretorische eiwitten worden vrijgezet uit de cel via exocytose ......................................................... 33
Geregelde vs. constitutieve exocytose ........................................................................................................ 33
15.5. Endocytotische wegen ........................................................................................................................... 34
15.5.1. Gespecialiseerde fagociterende cellen nemen grote partikels op ........................................................ 35
Fagocytose van een bacterie door een witte bloedcel ................................................................................ 35
15.5.2. Opname van vloeistof en macromoleculen via pinocytosis .................................................................. 37
15.5.3. Receptor-gemedieerde endocytose ...................................................................................................... 37
15.5.4. Sortering van ge-endocyteerd materiaal in de endosomen ................................................................. 39
15.5.5. Lysosomen zijn de plaats voor intracellulaire vertering ....................................................................... 39
15.5.6. Membraan contact sites ....................................................................................................................... 41
H15: Intracellulaire compartimenten en kine ................................................................................................. 42
H15: Belangrijke concepten ............................................................................................................................ 42
H15: Belangrijke begrippen ............................................................................................................................ 43
H15: Centrale vraagstelling
• Hoe komen eiwitten terecht in de membraan?
• Hoe worden eiwitten gesorteerd om naar verschillende compartimenten te sturen?
• Hoe communiceren organellen onderling?
• Hoe verwerven organellen hun specifieke inhoud?
• Wat zijn de transportroutes in de cel?
• Hoe zetten cellen de celinhoud vrij of nemen ze nutriënten op?
2
,15.1 Membraan omsloten organellen
15.1.1. Een overzicht van de membraanomsloten compartimenten
→ Slechts 50% cytosol
→ Verschillende vormen van compartimenten: zakjes, buisjes, netwerk, vesikels, stapels
De belangrijkste compartimenten in een cel
Darmepitheelcel:
3
, → Organellen op plaats gehouden door interactie met cytoskelet
Dynamische interacties:
- Motoreiwitten transporteren vesikels langs het cytoskelet
→ Ook organelcontacten
Prokaryoten: 0,1-3 µm
Eukaryoten: 10-100 µm
↓
Diameter is 10-100x groter
Volume is 100-10000x groter
→ De diffusietijd stijgt 10000x : t = d²/6D
- d = diffusieafstand
- D = diffcste
4
