Proteinlerin Hücre içi Trafiği

Vesiküler Trafik

Organeller arası trafik

Nukleus ve Sitosol Arasındaki Taşınım

Membran boyunca transport

Vesiküller yoluyla transport

Hücre Hücre Endositik yolEndositik yol ile makromoleküllerin ile makromoleküllerin hücre içine alınmasını sağlar; internal zar hücre içine alınmasını sağlar; internal zar sistemleri ile de yeni sentezlenen proteinlerin, sistemleri ile de yeni sentezlenen proteinlerin, karbonhidratların ve lipitlerin hücre dışına karbonhidratların ve lipitlerin hücre dışına verilmesi sağlanır verilmesi sağlanır Ekzositik yolEkzositik yol..

Biyosentetik-salgılama yoluBiyosentetik-salgılama yolu hücreye bir hücreye bir seri kademelerde ürettiği molekülleri modifiye seri kademelerde ürettiği molekülleri modifiye etme, bu molekülleri gerek duyulana dek etme, bu molekülleri gerek duyulana dek depolama ve sonra depolama ve sonra ekzositozekzositoz ile bu ile bu molekülleri hücrenin dışına bırakma yeteneği molekülleri hücrenin dışına bırakma yeteneği verir.verir.

Zarlı taşınma ve endomembran sistemlerinin farklılığı çeşitli moleküler mekanizmalarla korunmaktadır.

ER’dan Golgi’ye, trans-Golgi’den lizozomlara taşınma vardır.

Hücre zarından endositozla madde alınır

trans-Golgi’den hücre dışına ekzositoz ile madde verilir.

Hücre İçi Vesiküler TrafikHücre İçi Vesiküler Trafik

• Geç endozomGeç endozom: pH’nın 5’den 6.0’ya doğru ilerlediği ortamda oluşan vesiküllerdir. Bunlar yıkım enzimlerini içerir ve yüzeylerinde Mannoz-6-Fosfat markırı taşırlar.

Her bir kompartman, transport vesikülleri yolu ile, birbirleriyle ve hücrenin dışıyla haberleşir. Biyosentetik-salgılama yolunda (kırmızı oklar) proteinler ER’dan hücre zarına veya (geç endozomlar yolu ile) lizozomlara taşınmaktadır. Endositik yolda (yeşil oklar) moleküller hücre zarından türevlenen vesiküller içinde içeri alınmakta ve erken endozomlara ve sonra (geç endozomlar yolu ile) lizozomlara verilmektedir. Endositoz ile içeri alınan birçok moleküller, erken endozomlardan geri alınmakta ve tekrar kullanım için hücre yüzeyine geri getirilmektedir; aynı şekilde, bazı moleküller geç endozomlardan geri alınmakta ve Golgi aygıtına geri verilmektedir ve bazıları Golgi aygıtından geri alınmakta ve ER’a geri verilmektedir. Bu alıp geri getirme yollarının tümü mavi oklar ile gösterilmektedir

Farklı proteinler vesiküller içinde taşınır ve hedeflerine ulaştırılır

Biyosentetik-salgılama ve endositik Biyosentetik-salgılama ve endositik yollar boyunca yer alan zarla sarılı yollar boyunca yer alan zarla sarılı kompartmanlar arasında çok sayıda kompartmanlar arasında çok sayıda küçük küresel veziküller ile iletişim küçük küresel veziküller ile iletişim kurulmaktadır. kurulmaktadır.

Bu veziküllere Bu veziküllere transport vezikülütransport vezikülü denir, çözünebilen molekülleri taşıyan denir, çözünebilen molekülleri taşıyan veziküller devamlı şekilde bir zardan veziküller devamlı şekilde bir zardan tomurcuklanarak ayrılmakta ve bir tomurcuklanarak ayrılmakta ve bir diğeriyle birleşmektedir.diğeriyle birleşmektedir.

HÜCREDEN EKZOSİTOZHÜCREDEN EKZOSİTOZ

Konstitütif salgılama yolu

-Ekstrasellüler matriksinproteoglikanları ve glikoproteinleri

Düzenlenen salgılama yolu

-Hormonlar, nörotransmitterve sindirim enzimleri

SALGI VESİKÜLLERİ

Proteinler trans-Golgi ağında sınıflandırılarak, vesiküller içerisinde son hedeflerine ulaştırılır.

Özgün hedef sinyallerinin yokluğunda proteinler genel salgı yolağı ile plazma zarına taşınırlar.

Diğer bir seçenek proteinlerin endozom lizozom veya denetlenmiş salgılanma (regulated secretion) için hedeflenerek genel salgı yolağı dışına çıkarılabilmesidir.

Yeni sentezledikleri proteinlerin çoğunu salgılayan pankreas hücreleri, proteinlerin hücre içi tarfiğini izlemek için radyoaktif amino asitler ile işaretlenir.

Salgı VezikülleriSalgı Vezikülleri

Salgı vezikülleri trans Golgi ağından oluşur ve ekstrasellüler sinyallere cevap olarak kendi içeriklerini ekzositoz yolu ile hücre dışına bırakırlar.

Salınan ürün ya küçük bir molekül (histamin gibi) veya bir protein (bir hormon veya sindirici enzim) olabilmektedir.

SALGI VESİKÜLLERİNİN OLUŞUMUSALGI VESİKÜLLERİNİN OLUŞUMU: Salgı proteinleri iki mekanizma ile ayrılmakta ve salgı vesiküllerinde yoğunlaşmaktadır. İlk olarak, salgı proteinleri trans Golgi ağının iyonik ortamında bir araya gelirler; vesiküller ayrılarak olgunlaşır, ikinci olarak salgı vesiküllerindeki fazla zar ve lümen içeriği koparak klatrin kaplı şekilde geri taşınır.

daha asidik

Salgı vezikülleri olgunlaşırken proteinler yoğunlaşır. Ayrıca; birçok hormon, nöropeptid ve hidrolitik enzim, inaktif protein prekürsörler olarak sentezlenmekte ve proteoliz ile aktif hale geçmektedirler.

Bu kesim işlemleri trans Golgi ağında başlar ve salgı veziküllerinde ve bazen de salgılama meydana geldikten sonra hücre dışı sıvıda devam eder.

Bir pankreotik β-hücresinden salgı vesikülünde insülinin Bir pankreotik β-hücresinden salgı vesikülünde insülinin salgılanmasısalgılanması.

Salgı Yolağının Topolojisi: ER ve Golgi Aygıtının lümenleri topolojik olarak hücre dışına karşılık gelir.

ER’den Golgi’ye Veziküller ile Taşınım: Proteinler ve lipitler ER’den Golgi’ye transisyonel ER zarından tomurcuklanan ve ER-Golgi ara bölmesi (ERGIC) vezikül ve tüpçüklerini oluşturmak üzere birleşen taşıyıcı (transport) veziküllerle aktarılır. Lümendeki ER proteinleri veziküller içine alınır ve Golgi lümeninde serbest bırakılır. Zar proteinleri Golgide’de zarda kalırlar.

Taşıyıcı veziküllerin oluşumu ve kaynaşması:

Kargo seçimi, Kaplayıcı proteinler ve Vezikül Tomurcuklanması

1. Bir vesikül içerisinde kargo olarak taşınacak olan lümen ve zar proteinleri (kırmızı ve gri) diğer proteinlerden ayrılarak bir tomurcuk içerisinde toplanır.

2. Tomurcuk, taşıyıcı vesikülü oluşturmak üzere kopar

3. Vezikül hedef organelin zarıyla kaynaşır.

Lizozomal proteinlerin klatrin kaplı vesiküllere yerleşimi: Lizozom hedefli proteinler trans Golgi ağındaki özgül reseptörlere bağlanan mannoz-6-fosfat ile işaretlenmiştir. Manoz-6-fosfat reseptörleri Golgi zarını kat ederek klatrin bağlayacak olan sitosolik adaptör proteinleri kendine bağlar. Klatrin zar yapısını değiştirerek vesiküler taşınmayı başlatan sepet benzeri bir yapı oluşturan üç protein zincirinden oluşmuştur.

TRANSTRANS GOLGİ AĞINDA PROTEİN TRAFİĞİ: GOLGİ AĞINDA PROTEİN TRAFİĞİ:

(1) Mannoz-6-fosfat (M6P) markeri taşıyan proteinler, veziküller içinde lizozomlara gönderilir. (2) Düzenlenen salgı yolunda, “salgılanacak proteinler” veziküllerde konsantre edilmektedir. (3) Konstitütif salgı yolunda, “salgı proteinleri” apikal veya bazolateral hücre zarı kısmına yönlendirilir.

Salgı vezikülleri içeriklerini boşaltmak için Salgı vezikülleri içeriklerini boşaltmak için işaret verilinceye dek hücre zarı yakınında işaret verilinceye dek hücre zarı yakınında beklerlerbeklerler Sinir hücreleri en önemli örnektir. Akson ucundaki sinir

terminallerinden serbest bırakılacak olan nörotransmitterler önce paketlenir. Bu salgı proteinleri daha sonra akson boyunca bir metre veya daha uzakta olan sinir uçlarına seyahat ederler, salgı vezikülleri hücre bir salgı sinyali alıncaya dek zar yakınında beklerler ve sonra füzyona girerler.

Sinyal çoğunlukla bir hormon gibi hücre yüzeyi reseptörlerine bağlanan kimyasal bir habercidir. Reseptörlerin aktivasyonu çoğunlukla sitosoldeki Ca2+ konsantrasyonunda geçici bir artışa neden olur,

Aksiyon potansiyeli sinir uçlarına vardığı zaman, voltaja duyarlı (voltage-gated) Ca2+ kanalları açılır ve Ca2+ girişi olur. Özel sensörlere Ca2+ iyonlarının bağlanması salgı veziküllerinin (sinaptik vesiküller diye adlandırılan) hücre zarı ile füzyon yapmasını tetikler ve bu şekilde salgı vezikülleri kendi içeriklerini ekstrasellüler alana bırakırlar.

Salgılama ve zar trafiğinin Salgılama ve zar trafiğinin kontrolükontrolü

Ekzositoz-endositoz siklusuEkzositoz-endositoz siklusu: Bir salgı hücre zarı ile füzyon yaptığı zaman, vezikül içeriği ekzositoz yolu ile hücreden dışarı atılır ve vezikülün zarı hücre zarının kısmı haline geçer. Bu olay hücre zarının yüzey alanını ileri derecede arttırmasına rağmen, bu durum geçicidir, çünkü hemen hemen ekzositoz ile zara katıldıkları hızda zar bileşenleri endositoz ile yüzeyden uzaklaştırılır.

Salgılama ve endositik yollarda zarla sarılı her kompartmanı sabit bir boyutta tutabilmek için, zarın ileri ve gerisin geri akışı arasındaki dengenin kesin bir biçimde düzenlenmesi gereklidir.

Yani, veziküller sadece uygun Yani, veziküller sadece uygun proteinleri içeri almalı ve sadece uygun proteinleri içeri almalı ve sadece uygun hedef zar ile birleşmelidir. hedef zar ile birleşmelidir.

ÖrneğinÖrneğin; Golgi aygıtından hücre zarına ; Golgi aygıtından hücre zarına kargo taşıyan bir vezikül, Golgi kargo taşıyan bir vezikül, Golgi aygıtında kalması gereken proteinleri aygıtında kalması gereken proteinleri içermemelidir ve bu vezikül herhangi içermemelidir ve bu vezikül herhangi bir diğer organelle değil sadece hücre bir diğer organelle değil sadece hücre zarı ile birleşmelidir.zarı ile birleşmelidir.

Veziküler taşınma Veziküler taşınma spesifikdirspesifikdir

Değişik tipte kaplı veziküller vardırDeğişik tipte kaplı veziküller vardır Taşıyıcı veziküllerin çoğu sitosolik proteinlerle kaplanmıştır. Her Taşıyıcı veziküllerin çoğu sitosolik proteinlerle kaplanmıştır. Her

biri ayrı tip veziküler taşımada işlev gören üç çeşit kaplı vezikül biri ayrı tip veziküler taşımada işlev gören üç çeşit kaplı vezikül tanımlanmıştır. Bunlar, taşınmanın özgüllüğünde ve veziküllerin tanımlanmıştır. Bunlar, taşınmanın özgüllüğünde ve veziküllerin uniform olmasında rol oynamaktadırlar. Farklı kabuk proteinleri uniform olmasında rol oynamaktadırlar. Farklı kabuk proteinleri farklı kargoyu seçer ve biyosentetik-salgılama ve endositik yolların farklı kargoyu seçer ve biyosentetik-salgılama ve endositik yolların değişik kademelerinde iş gören transport veziküllerini şekillendirirdeğişik kademelerinde iş gören transport veziküllerini şekillendirir

Klatrin kaplı veziküller:Klatrin kaplı veziküller: Endositoz ile hücre dışı moleküllerin Endositoz ile hücre dışı moleküllerin plazma zarından içeriye alınmasının yanısıra moleküllerin trans plazma zarından içeriye alınmasının yanısıra moleküllerin trans Golgi ağından endozom ve lizozomlara taşınmasından sorumludur.Golgi ağından endozom ve lizozomlara taşınmasından sorumludur.

ER ve Golgi kompleksinden tomurcuklanan iki tip, farklı, kaplı ER ve Golgi kompleksinden tomurcuklanan iki tip, farklı, kaplı vezikül tanımlanmıştır. Bu veziküllere non-klatrin kaplı veya COP vezikül tanımlanmıştır. Bu veziküllere non-klatrin kaplı veya COP kaplı veziküller denir.kaplı veziküller denir.

COP I kaplı veziküller:COP I kaplı veziküller: ER-Golgi ara bölmelerinden veya Golgi ER-Golgi ara bölmelerinden veya Golgi

aygıtından tomurcuklanır ve Golgi ile ER yapısında kalacak olan aygıtından tomurcuklanır ve Golgi ile ER yapısında kalacak olan proteinlerin yolakta geriye doğru taşınmasında iş görürler. proteinlerin yolakta geriye doğru taşınmasında iş görürler.

COP II kaplı veziküller:COP II kaplı veziküller: ER’den tomurcuklanıp kargosunu salgı ER’den tomurcuklanıp kargosunu salgı yolağında ileriye doğru taşıyarak Golgi Aygıtına götürürler. yolağında ileriye doğru taşıyarak Golgi Aygıtına götürürler.

• ER de kalması gereken ve ER de kalması gereken ve ciscis--Golgi’ye giden proteinler veziküller Golgi’ye giden proteinler veziküller ile tekrar ER’ye döner. Bunu ile tekrar ER’ye döner. Bunu sağlayan sağlayan ciscis-Golgi zarındaki bazı -Golgi zarındaki bazı reseptörlerdir. reseptörlerdir.

• ER’deki iyonik konsantrasyon ER’deki iyonik konsantrasyon proteinin reseptörden ayrılmasını proteinin reseptörden ayrılmasını sağlar ve reseptör tekrar Golgiye sağlar ve reseptör tekrar Golgiye döner.döner.

• ER’de kalma sinyali içeren ER’de kalma sinyali içeren reseptörler Golginin diğer reseptörler Golginin diğer kısımlarında da vardır.kısımlarında da vardır.

ER’de kalacak proteinlerin geri alınması: ER lümeninde kalacak olan proteinler karboksi uçlarından Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) dizisi ile işaretlenmiştir. Bu proteinler ER’den Golgi’ye taşınır ancak ERGIC (ER-Golgi ara bölmesi) veya Golgi’de bir reseptör tarafından tanınırlar ve seçili olarak ER’a geri gnderilirler.

KDEL reseptörü ile ER proteinlerinin ER’ye geri gönderilmesiKDEL reseptörü ile ER proteinlerinin ER’ye geri gönderilmesi

Zar sistemlerinin farklı olmasından Zar sistemlerinin farklı olmasından dolayı, bir vezikül kendisi için doğru dolayı, bir vezikül kendisi için doğru olan bir zarı buluncaya kadar, olan bir zarı buluncaya kadar, muhtemel birçok hedef zarla muhtemel birçok hedef zarla karşılaşması olasıdır.karşılaşması olasıdır.

Hedefin bulunmasındaki spesifite yüzey Hedefin bulunmasındaki spesifite yüzey markerleri ile sağlanmaktadır. markerleri ile sağlanmaktadır.

Özellikle, iki protein grubu rol oynar: Özellikle, iki protein grubu rol oynar:

SNARESNARE ve ve RabRab diye adlandırılan hedef diye adlandırılan hedef belirleyen GTPazlar. belirleyen GTPazlar.

v-SNAREv-SNARE

t-SNAREt-SNARE

organelvesikül

v-SNARE + t SNARE stabil trans SNARE kompleksi

• Rab proteinleriRab proteinleri Monomerik GTPaz'lardır ve 30 dan fazla üyesi vardır. SNARE’lerde olduğu gibi, her Rab proteini hücre zarlarında karakteristik bir dağılıma sahiptir ve organeller sitosolik yüzeylerinde bir Rab proteini taşırlar.

• Rab proteinleri, zar füzyonu için gereklidir ve v-SNARE/ t-SNARE birleşme hızını kolaylaştırırlar.

Vesikülün İçini Boşaltmasının Moleküler Mekanizması