הרצאה 11: טרנספורט לגרעין (המשך)
מבוא והכוונה כללית
אז ככה, אני רק אגיד שאת השקף האחרון והמצגת הזאת אני החלטתי שנדלג עליו. שמתי עליו איקס כזה, נעלה גם עותק חדש ונכתוב את זה באתר שאף אחד לא יפספס.
אז אני חוזר לשקף הזה כי דיברנו עליו בסוף הפעם הקודמת, אבל הנוכחות הייתה בערך כמו עכשיו והקשב היה מכם והלאה, אז אני אחזור לזה להזכיר לכם.
עברנו מכימיה אורגנית, נכון אורגנית, עברנו לביולוגיה של התא. אנחנו עוסקים פה בנושא של כניסה לגרעין.
רקע כללי - הכוונת חלבונים במדורים
אנחנו מדברים על הרצאה מספר 11. אנחנו נקדיש פה עוד כמה דקות לשקפים האחרונים בה, ואחר כך נעבור להרצאה מספר 12.
באופן כללי, אנחנו מדברים על הכוונה של חלבונים למדורים השונים של התא האוקריוטי. כל הסדרה של הרצאות שבסופה אני מקווה תקבלו תמונה כללית של איך תאים אוקריוטים בעצם מבצעים את העיקרון הזה של הפרד ומשול - מכוונים חלבונים למדורים השונים וגם החוצה מחוץ לתא.
במקרה הזה אנחנו מדברים על כניסה לגרעין.
נוקלאר פור קומפלקסים (Nuclear Pore Complexes)
אני פשוט רוצה לחזור על העקרונות. כבר דיברנו עליהם, מופיעים בסוף ההקלטה הקודמת. אני יודע שלא אצל כולם זה יושב, תחזרו אחר כך על ההקלטות, תעקבו בספר.
דיברנו על נוקלאר פור קומפלקסים שהם אותם שערים ענקיים במעטפת של הממברנה הכפולה של הגרעין.
מאפיינים של השערים הגרעיניים
- אנחנו לא מדברים על תעלות יונים - תעלת יונים זה משהו קטנטן ביחס לשערים הענקיים האלה
- בתמונות ממיקרוסקופ אלקטרונים לפעמים אפשר להתרשם כאילו יש שם תעלה פתוחה, היא לא פתוחה
- יש כאן איזושהי הצגה מאוד מאוד סכמטית של מחסום ברירני - זה מחסום תלת-ממדי
המחסום הברירני המולקולרי
בשני העשורים האחרונים המדע הצליח לפענח פחות או יותר איך הדבר הזה עובד. אנחנו לא נכנסים פה לפרטים כי זה מעבר לידע הנוכחי שלכם בביוכימיה.
אני רק אגיד שיש כאן באמת חזרות של שתי חומצות האמינו האלה:
- פנילאלנין - חומצת אמינו עם שרשרת צדדית הידרופובית, טבעת ארומטית
- אלפי עותקים של חומצות האמינו האלה
- הטבעות הארומטיות האלה יוצרות את המחסום התלת-ממדי הסלקטיבי של הכניסה והיציאה מהגרעין
מסלולי כניסה לגרעין - קטגוריות שונות
רספטורים מסיסים ושאטלים מולקולריים
מה זה התמונות האלה של השאטלים, המעבורות האלה? הזכרנו בפעם הקודמת, אני בכל זאת אחזור לזה.
אלפי מולקולות שונות, אלפי קארגו צריכים להיכנס לגרעין ולצאת ממנו, וחלקם גם נכנסים וגם יוצאים.
אז אנחנו צריכים מישהו שיתווך את המעבר הסלקטיבי הזה. זה נראה כאן בתמונה בצורה מאוד מאוד סכמטית ומעורפלת.
מדובר בעצם באימפורט רספטורים האלה, או בעצם אם אנחנו מדברים על משפחה כללית של רספטורים מסיסים - זה נשמע כמו סתירה, זה לא חלבון שמעוגן לממברנה. וחלבונים שנכנסים ויוצאים הרבה פעמים עוברים בין שני המדורים - הציטופלזמה והגרעין.
קטגוריות של אותות הכוונה לגרעין
מה שהסכמה הזאת (תמונה 12.58 בספר) מנסה להראות זה שבעצם יש קטגוריות שונות, אין רק רצף אחד שמכוון לגרעין.
דיברנו על ה-NLS הזה - זה ה-NLS הקלאסי:
- יש פה חמש חומצות אמינו טעונות חיובית
- אבל זה רק ה-NLS אחד
- הכוונה לגרעין - מאות חלבונים שונים נושאים את הרצף הזה
בואו נגיד שזה פה החלבון החום נושא נוקלאר לוקליזיישן סיגנל, יש רספטור מסיס שמזהה אותו, אבל זאת רק הדוגמה הראשונה:
- הנה דוגמה שנייה
- הנה דוגמה שלישית
- הנה רביעית
אז בעצם יש לנו פה תת-קטגוריות שונות, מסלולים שונים של כניסה לגרעין, כאשר כל מסלול כזה מתווך על ידי רספטורים ייחודיים, על ידי אימפורטין מסוים.
מורכבות המערכת - רספטורים ואדפטורים
עכשיו החיים הרבה יותר מסובכים. אלה נכנסים ויוצאים, מכניסים את המטעונים שלהם - במקרה הזה חלבונים שצריכים להיכנס לגרעין.
ומה זה הקארגו האלה? אז כל סיגנל יזוהה על ידי רספטור מיוחד, אבל יש כל מיני וריאציות על הנושא הזה, ולפעמים הרספטור לא מזהה ישירות את החלבון אלא יש מתווך פה בירוק (אדפטור).
אני לא אכנס לכל הדוגמאות, אבל יש לנו הרבה מאוד מסלולים ותת-מסלולים.
דוגמה מפורסמת: אימפורטין α ו-β
הדוגמה הכי מוכרת (לא צריך לזכור בכלל את השמות של החלבונים, תתקלו בהם בהמשך הלימודים):
- הרספטור הכי מפורסם זה אימפורטין β
- האדפטור שלו, המתווך נקרא אימפורטין α
- בגנום האנושי יש שבעה אימפורטין α שונים
אז אנחנו רואים פה עוד פעם עיקרון שכבר הזכרנו בדרכים אחרות ועוד ילווה אתכם הרבה - חלוקה למסלולים ולתתי מסלולים.
היתרונות של חלוקה למסלולים
מה זה נותן? מה אני מרוויח מזה?
מה שזה נותן לי זה אפשרות לבקרה. אם אני בעצם מחלק למסלולים ולתתי מסלולים ויש לי גם קומבינציות שונות של אימפורט רספטורים ושל אדפטורים, אז בעצם מתוך אלפי החלבונים שצריכים להיכנס לגרעין, בתאים שונים תחת מצבים שונים של:
- סטרס
- רעב או זמינות של מזון
בעצם יש לי קבוצות קבוצות שכל אחת מתווכת על ידי הרספטור שלה.
עקרונות כלליים של התנועה הגרעינית
אותו עיקרון עובד גם ביציאה - כלומר יש רספטורים שמתמחים בהכנסת קארגו, מטעונים מולקולריים פנים על הגרעין, ויש רספטורים שמתמחים בהוצאה.
כבר דיברנו:
- מסנג’ר RNA עטוף בחלבונים צריך לצאת מהגרעין
- תת-יחידות של הריבוזום
אז הקארגו האלה לעתים קרובות הם לא בהכרח חלבון בודד אלא יכול להיות:
- קומפלקס של חלבונים
- קומפלקס של RNA וחלבון
נפח התנועה
כל התנועה הזאת מתבצעת בו-זמנית - כניסה ויציאה דרך אותם שערים, אותם נוקלאר פורים.
לא רק זה - לעכשיו אנחנו יודעים להגיד בערכה גסה שבתא שהוא פעיל, בנוקלאר פור אחד יכולים להיות מאה אירועים בו-זמנית של כניסה ויציאה.
זה נפח עצום של תנועה, אבל כל התנועה הזאת היא תנועה מבוקרת - אין סתם ככה כניסה לגרעין.
אבל התחלנו מזה שחלבונים כדי להיכנס לגרעין צריכים להראות תו כניסה, אישור כניסה - NLS.
הבקרה הכללית - חלבון Ran
מבט כללי על המערכת
האם יש איזושהי בקרה כללית על הנפח העצום הזה של התנועה? אתם כבר מבינים שתאים אוקריוטים לא יכולים לשרוד בלי כניסה ויציאה מבוקרת לגרעין.
התשובה היא כן, וזה אמור להזכיר לכם משהו שכבר דיברנו עליו.
זה הבן-דוד המגניב יותר של Ras. למה מגניב?
- כי א) הוא קשור לגרעין
- ב) הוא לא קשור לסרטן
משפחת חלבוני GTPase הקטנים
החלבונים האלה - GTPase הקטנות - יש משפחה שלמה כזאת שהם מבקרים כל מיני תהליכים ביולוגיים, ואחד מהם Ran (Ras-related nuclear protein), חלבון קטן מבקר את כל המסלולים האלה.
עקרון הפעולה של Ran
החלבונים האלה הם מתגים מולקולריים - יש להם שני מצבים:
- ON ו-OFF
זוכרים? כאשר בתוך כיס הנוקלאוטידים קשור GTP - זה מצב ON. זה אומר שהחלבון Ran במקרה הזה יודע לעשות זה לגעת, לעבור אינטראקציה עם חלבונים אחרים ולהשפיע על הפונקציה שלהם.
במצב של GDP הוא ב-OFF. כמו כל מתג, הוא עובר בין ON ל-OFF.
ההפרדה הייחודית במרחב
אלא מה? יש פה וריאציה על הנושא. הצורות האלה של GTP ו-GDP הם מופרדות במרחב של התא.
הסתכלו על הסכמה:
- בתוך הגרעין כמעט אך ורק נמצא את Ran במצב שהוא ON, הוא טעון ב-GTP
- מה זה “כמעט אך ורק”? חמישה סדרי גודל - הסיכוי שלכם לפגוש מולקולת Ran שבה יש GDP ולא GTP הוא קטן מאוד בתוך הגרעין
- והפוך בציטופלזמה - בציטופלזמה כמעט כל המולקולות יהיו במצב של GDP (כלומר איבדו פוספט אחד)
המנגנון שיוצר את ההפרדה
השאלה הייתה נטועה מראש. מכיוון שיש לו חלבוני אפקטור כמו כל המשפחה הזאת (אמרנו אותו דבר גם על Ras).
המולקולות האלה, ה-GTPase הזאת הם אנזימים מאוד מאוד חלשים. אם אני אשים Ras או Ran או תשמעו על אחרים גם - זה משפחה שלמה - במבחנה, הקצב של הידרוליזה של ה-GTP יהיה מאוד מאוד מאוד איטי.
מה שקורה זה שיש חלבוני אפקטור שמעלים את זה בכמה סדרי גודל. עכשיו החלבוני אפקטור האלה יושבים:
- מחוץ, בדיוק מחוץ לנוקלאר פור
- או בתוך הגרעין
זה מה שיוצר את ההפרדה הזאת במרחב.
שני סוגי האפקטורים
עכשיו שוב, לא צריך לזכור את השמות, אבל הערשי תיבות פה:
בצד החיצוני:
- GAP (GTPase Activating Proteins) - זה נחוץ כדי לדחוף את Ran, לשכנע אותו, לעשות את ההידרוליזה לשחרר את הפוספט
בתוך הגרעין:
- החלבון הזה מוציא את ה-GDP שנשאר בכיס הקישור ובמקומו מכניס GTP
כלומר אתה משקיע פה אנרגיה במחזור הזה של Ran ויש לנו הפרדה במרחב. זה מאפשר להלביש את הכיווניות על כל מסלולי הטרנספורט שהזכרתי קודם.
אז המתג הזה הוא מין מתג על כזה שמשפיע על המסלולים. כולם לא - כרגיל בביולוגיה זה לא הכל-הכל, אבל עשרות מסלולים של אימפורט ואקספורט, אימפורטינס ואקספורטינס, מושפעים מ-Ran.
ההפרדה הזאת במרחב בין שתי הצורות היא זאת שמאפשרת לשלוט בכיווניות.
דוגמה קונקרטית - מחזור האימפורט
עכשיו בואו נראה דוגמה אחת באימפורט איך זה עובד, ואחר כך נחזור אחורה אם היה משהו לא ברור נסביר.
השקף האחרון ויתרתי - לא נסתכל על אקספורט, העיקרון דומה.
כאן אנחנו רואים איך הרספטורים שראינו קודם עובדים ביחס ל-Ran.
שלבי המחזור
עכשיו זה מוסבר אמנם בספר, הוספתי פה מספרים כי אם יש סייקל כדאי שנדע מאיפה להתחיל.
-
שלב 1: התקשרות בציטופלזמה
- החלבון הירוק נושא סיגנל הכוונה לגרעין ונקשר על ידי הצורת “S” הזאת - זה האימפורט רספטור
- Ran לא מתערב בעסק כי Ran בציטופלזמה הוא במצב OFF
- כל ההתחלה של המסלול פה קורית בכלל בלי מעורבות של Ran
-
שלב 2: מעבר דרך הנוקלאר פור
- אמרנו שהחלבונים האלה מסוגלים לתווך את המעבר דרך המחסום הסלקטיבי
- השאטל והרספטור המעבורת נכנסת יחד עם המטען שלה
-
שלב 3: שחרור הקארגו בגרעין
- מה שקורה פה זה שבצד הפנימי עולה מאוד הסיכוי לפגוש את Ran במצב ON
- Ran טעון ב-GTP שלושה פוספטים
- תראו לא סתם ציירו את זה כמו “S” כזה - יש אתר אחד לקישור של הקארגו ואזור אחר (בקרה אלוסטרית)
- יש אתר אחד שקושר את מולקולת הקארגו ואתר אחר שבו Ran נכנס
- Ran נכנס וגורם לשינוי קונפורמציה בחלבון ולשחרור של הקארגו
לכאורה הייתי יכול לעצור פה במספר שלוש - השגנו את המטרה.
השלמת המחזור - שלבים 4-5
מדוע נדרש השלמת המחזור?
לכאורה פה הבאנו את הקארגו למדור המטרה, עברנו את המחסום הסלקטיבי, שחררנו את הקארגו. המטרה הושגה אבל פעם אחת.
כדי שאני אצליח לצבור חלבון בניגוד למפל הריכוזים בתוך המדור שבו אני רוצה שהוא יעבוד (בתוך הגרעין), אני צריך לעשות הרבה מחזורים כאלה. לכן שלושה וארבעה הם הכרחיים.
שלב 4: יציאה של הקומפלקס
- עכשיו כש-Ran קשור לאימפורט רספטור הוא עובר בכיוון השני, יוצא החוצה
- ביציאה מהנוקלאר פור הוא נתקל בחלבון שהזכרנו פה - למעשה הוא יושב על הסיבים, על הזרועות האלה בצד החיצוני של הנוקלאר פור
שלב 5: הידרוליזה וסיום המחזור
- שם ההידרוליזה של ה-GTP
- כאשר ה-GTP בתוך הכיס של החלבון Ran, פוספט משתחרר, Ran משתחרר
- החלבון הכחול, האימפורט רספטור פנוי בעצם להובלה נוספת
זאת אומרת ההשקעה של האנרגיה היא לא במעבר עצמו אלא באפשרות למחזור.
עקרונות כלליים של המערכת
השקעת האנרגיה
וזה עיקרון שחוזר המון בביולוגיה. העיקרון שכבר ראינו:
- החלבונים האלה הם מתגים מולקולריים
- יש להם שני מצבים: ON ו-OFF
- זוכרים? כאשר בתוך כיס הנוקלאוטידים קשור GTP זה מצב ON
- השמות לא מאוד מקוריים: Ras-related nuclear protein
מה שהוא יודע לעשות זה לגעת, לעבור אינטראקציה עם חלבונים אחרים ולהשפיע על הפונקציה שלהם. במצב של GDP הוא ב-OFF. כמו כל מתג הוא עובר בין ON ל-OFF.
אלא מה? יש פה וריאציה על הנושא. הצורות האלה של GTP ו-GDP הם מופרדות במרחב של התא.
תפקיד Ran במערכת
Ran לא גורם לתהליך לקרות או לא לקרות. מה שהוא מלביש על זה זה את הכיווניות.
שים לב שפה זה קרה בלי Ran - הרספטור הזה מכיר אתרי קישור בתוך הנוקלאר פור ומפלס את דרכו פנימה.
כל התהליך הזה הוא לא כיווני למעשה - כשאנחנו בודקים מה קורה למטענים בודדים, הם מטיילים שם ולפעמים הם נזרקים חזרה החוצה. תהליך סופר מהיר.
מה שמלביש על זה את הכיווניות זה העובדה שבפנים יש סיכוי טוב שמרגע שהוא עבר את המחסום או את רוב המחסום הוא יתקל במולקולה של Ran עם GTP, ואז בעצם זה משחרר את הקארגו.
המחזור הנדרש
עכשיו פה השחרור - כדי שהמולקולה הזאת אימפורט רספטור תהיה פנויה להובלה נוספת אני צריך בעצם את ההידרוליזה ואת השחרור של Ran.
זה עוד פעם אחד מהמנגנונים המורכבים האלה שצריך לשבת בבית עם כוס קפה ולעבור ולקרוא גם בספר.
יותר חשוב לי שתתקלו פעם ראשונה במסלול מורכב כזה ויהיו לכם עוד לא מעט דוגמאות כאלה.
הערות על המורכבות
המון מסלולי כניסה ויציאה מהגרעין. חלק גדול מהם נשלטים על ידי המתג הביולוגי הזה - Ran. המתג הוא בשני מצבים והם מופרדים במרחב.
כאשר אנחנו נכנסים לפרטים אנחנו רואים שבעצם ההידרוליזה, המקום שבו באמת האנרגיה מתבזבזת היא בעצם משמשת למחזור וזה מחזיר אותנו להגדרה של האימפורט רספטורס האלה.
שאטל אימפורט רספטורס - הם כל הזמן עוברים פנימה והחוצה. עכשיו אם כל המערכת מכוונת כך שהקארגו, המטען יועמס על המעבורת במדור אחד וישוחרר במדור השני, התוצאה נטו זה הכיוון של אימפורט במקרה הזה והיכולת לצבור חלבונים בניגוד למפל הריכוזים בתוך המדור שבו אני רוצה שהם יפעלו.
המורכבות הנוספת היא שחלק מהחלבונים האלה גם צריכים אחר כך לצאת - העסק עוד יותר מורכב.
הרצאה 12: מעבר ליער - הכוונה ל-ER
מבוא - חזרה למפה הכללית
אני חושב שהתעכבנו לא מעט על זה. אולי מצדיק איזה שאלה בבחינה אבל שוב אני אומר - אני לא מתכוון לעשות לכם איזה מארבים עם פרטי פרטים קטנים ובכל מקרה הנתונים הדרושים יהיו בשאלה.
Welcome to University. אנחנו עוברים עכשיו למצגת 12 - חוזרים ליער.
מזכיר לכם עוד פעם במפה הכללית - הייתה גם בתחילת המצגת הקודמת מפה כללית שניסתה לסמן את המסלולים השונים בתא אוקריוטי מורכב. נחזור אליה עוד ועוד, גם שי יחזור אליה בהרצאות שלו.
איפה אנחנו בתמונה הכללית?
אנחנו מנסים להבין איך תאים אוקריוטים מכוונים את החלבונים לאחר התרגום למדורים שונים ובעצם משיגים איזה מצב של מידור של הפעילויות שלהם.
מידור זה מילת מפתח בתאים אוקריוטים.
אז אנחנו נחזור ליער. האור הוא יחסית חזק אבל אני מקווה שאתם רואים. הנה תזכור את למפה הזאת - אז כרגע אנחנו רק בחץ הכחול הזה מהציטוסול.
מריבוזומים חופשים בציטוסול. דיברנו על זה בפעם הקודמת, עכשיו ניכנס לפרטים להכוונה אל האנדופלזמיק רטיקולום כאשר אמרנו זה כולל כל מיני חלבונים:
- חלבונים כמו אינסולין שמופרש החוצה
- חלבונים שיגיעו רק ליער
- חלבונים שיגיעו אחר כך לגולג’י
תסתכלו במפה - יש יעדים שונים. אנחנו בדרך לקבל איזושהי תמונה כללית של התהליכים האלה.
השוואה בין תאים שונים
עכשיו מה שמראים לנו פה - תראו מראים לנו פה שתי דוגמאות. בחרו תא אנימלי ותא של צמחים. זה לא אומר שזה חלוקה כזו [הטקסט נקטע כאן]
המשך הרצאה 12: מנגנוני הכוונה ל-ER ועיבוד חלבונים
צביעה ומיקרוסקופיה - הבנת המבנה התאי
אלה שתי דוגמאות ויש לנו פה צביעה של היער, אבל איך היא נעשתה? למה זה ירוק?
מיקרוסקופיה לרוב מתבססת על זה שלוקחים דוגמאות חיות ועושים להן קיבוע, פיקסציה. זה אומר שמבחינה כימית, כל המערכת מקובעת במקום ואז אנחנו רואים את התמונות האלה שראינו:
- תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים
- תמונות מיקרוסקופ אור
- במקרה הזה, מיקרוסקופ פלואורסנטי
מהפכת ה-GFP - מיקרוסקופיה חיה
אבל אחד מהחידושים הגדולים, סוף המאה ה-20, פרס נובל גם, היה אפשרות למיקרוסקופיה חיה (live imaging). והדוגמה היא של GFP (לא צריך לזכור, אבל תתקלו בו כל כך הרבה).
החלבון הזה הוא חלבון שבמקור בודד ממדוזה באוקיינוס. מצאו אחר כך בכל מיני יצורים ימיים. יש כל מיני וריאציות:
- יש גם אדום
- יש ירוק
החלבון הזה זוהר באור פלואורסנטי ירוק כשמקרינים עליו בלייזר או משהו - אור באורך גל מאוד מאוד מסוים.
זה מאפשר לי להסתכל במיקרוסקופ שהוא מותאם לגמרי ולראות רק איפה המולקולה הזאת נמצאת. מעבר לזה זה מאפשר לי מיקרוסקופיה חיה - אני יכול ממש להסתכל ולראות את הדוגמה הזאת כדוגמה מאוד בולטת לעין.
משתמשים בזה בתור מרקר בכל מיני יצורים שלמים ועל רקמות וזה מאפשר גם מעקב בתאים חיים.
אז זה בעצם מאפשר לנו, ה-live tracking הזה מאפשר לנו לראה את הדינמיות שהזכרנו אותה קודם.
שוניות במבנה ER בין סוגי תאים
עכשיו פה בכל זאת מראים לנו סנאפ-שוט. תראו כמה המבנה שונה:
בתא אחד:
- יש לנו בעצם צינורות ארוכים עם הצורה האופיינית הזאת של חיבורים משולשים
בתא השני:
- יש לנו כאלה אבל יש הרבה יותר מזה משטחים
וזה מחזיר אותנו לשאלה של עידן מיום רביעי - זה פשוט מאפשר שטח גדול יותר של היער במקום שהוא נדרש שיהיה יער.
תכף אנחנו נראה איך הצורות השונות האלה בעצם מרמזות על תפקידים שונים.
עיקרון המבנה-תפקיד בתאים אוקריוטים
עכשיו זה מחזיר אותי שוב לעיקרון שהזכרנו והוא נורא חשוב והוא ילווה אתכם בקורסים רבים:
תאים אוקריוטים משתמשים באותו סט בסיסי של:
- אברונים תוך-תאיים
- ציטוסקלטון (או לפחות הסוגים העיקריים של ציטוסקלטון)
- מנועים מולקולריים
- GTPase הקטנות
אותו סט כלים אבל הוא משמש למטרות שונות.
אז על ידי משחק וריאציה על שטח הפנים - על כמה אני משתמש בכלי הזה או בכלי… אני יכול לקבל תאים שבהם יש פונקציות שונות.
העיקרון של מבנה ותפקיד חוזר הרבה.
שני סוגי ER ותפקידיהם
עכשיו מפה אני עובר בעצם לתמונה מהספר. התמונה שמראה את שני הסוגים של היער שכבר הזכרנו בשבוע שעבר ואתם כבר מכירים, וגם מלמדים את זה בתיכון. אבל בתיכון יותר משננים ככה - מה יש בתוך התא.
ER גס (Rough ER)
הנה הER-הגס - האנדופלזמיק רטיקולום הגס או המחוספס המגורגר. ואנחנו רואים פה המון ריבוזומים.
הדוגמה היא מתא אקסוקריני, תא של הלבלב שמפריש אנזימים בכמות אדירה. ולכן רוב השטח של הציטופלזמה נתפס על ידי זה.
ER חלק (Smooth ER)
לעומת זאת למטה הדוגמה של ER חלק. פה אין ריבוזומים על השלפוחיות השונות.
כאן הדוגמה היא מתא מהאשכים שעסוק חזק מאוד בסינתזה של הורמון סטרואידי טסטוסטרון - ההורמון הגברי המרכזי.
תסתכלו על המבנה שלו - בכלל הסינתזה של כל ההורמונים הסטרואידיים מתחילה מכולסטרול. אז יש שם טבעות מצומדות.
והמשטחים האלה בעצם מסמנים לנו שיש פה סינתזה מאוד חזקה של ליפידים:
- כל הסינתזה של הליפידים
- פוספוליפידים
- כולסטרול
- הורמונים סטרואידיים
כל הדברים האלה מרוכזת ב-ER החלק.
חלוקת המרחב בתא הכבד
עכשיו אם אני מסתכל מצד ימין יש לנו פה שחזור תלת-ממדי של חלוקה בין ER חלק ו-ER מחוספס. במקרה הזה בתא כבד.
מה שבעצם מציין שתא הכבד הזה עסוק בשני הדברים - הוא צריך גם וגם. אז תראו איך זה מחולק במרחב.
הנה פה למשל הגבול של הגרעין והממברנה החיצונית שגם עליה יש ריבוזומים. הזכרנו את זה בפעם הקודמת. וכל הדבר הזה בעצם מציין את חלוקת העבודה בין המדורים האלה.
הניסויים של בלובל - הבסיס להיפותזת הסיגנל
עכשיו בואו נחזור לפעם השנייה שבאה בהרצאות האלה. אני רוצה לתת לכם טיפה תמונה מהניסויים שהובילו לתגליות הגדולות.
בפעם הקודמת רוני בסוף ההרצאה אמרת: “איך הם עלו על הדברים האלה? איזה אנשים חכמים.” אף אחד לא עבד בוואקום, בחלל ריק. תמיד היו תיאוריות והתיאוריות השתנו והיו כל מיני ניסויים ולא מגיעים למסקנות כל כך מהר.
אבל מה שגם הספר מנסה לעשות זה לתת לכם איזושהי תמונה. בהכרח התמונות האלה יהיו סכמטיות. הם לא יתנו את כל הסיפור של הניסוי. אבל זה מעניין לראות איך הגיעו לתובנות האלה.
הפלס-צ’ייס אקספרמנט
בשיעור הקודם דיברנו על הפלס-צ’ייס אקספרמנט. היה שם גם סרטון. אני לא יודע אם יצא לכם להסתכל אם הוא ברור. גם כתבתי שם זה מעבר לנדרש לבחינה. מי שרוצה להבין איך הניסוי נעשה - הסרטון טוב, הוא מסביר את הניסוי. לא צריכים לשנן בעל פה ניסוי.
ההומוגניזציה ופרקציונציה
מה זה מראה? זו תמונה מהספר שמראה לנו איך מטא של חלק מהציטופלזמה של התא. אנחנו רואים פה כמו שראינו בתא כבד תערובת של ER חלק ומחוספס.
איך מגיעים לניסוי שבו - והפעם זה גינטר בלובל (לא צריך לזכור את השם שלו) הנובל. בן אדם מאוד מאוד חכם. הוא זה שהגיע להיפותזת הסיגנל שאומרת שהחלבונים באים לעולם עם סיגנלים - רצפים קצרים של חומצות אמינו שמכוונים אותם ליעדים השונים.
תהליך ההומוגניזציה
עכשיו איך אנחנו עוברים מפה לפה? כתוב “הומוגניזציה”. מה זה אומר? זה מ-terminology במטבח גם לפעמים, או בכימיה. הומוגני - לעשות איזושהי תערובת הומוגנית.
איך עושים את זה במטבח? עם בלנדר. איך עושים את זה במעבדה? עם הומוגניזר.
האמת היא שיש כל מיני, אבל ברוב המעבדות תמצאו את הכלי המוזר הזה שנראה כמו משהו מהכימיה של המאה השבע-עשרה. וזה זכוכית פיירקס כזאת, והט fitting היא מאוד מאוד הדוקה.
זה אומר שאם אני אכניס דוגמה של תאים או רקמה לתוך זה ואפעיל חזק את הידית הזאת - זה קורע את התאים לגזרים ויוצר תערובת הומוגנית.
אז בעצם מפה עברתי הנה לתערובת. ושי אני חושב יחזור איתכם קצת על הנקודה הזאת - על התכונות של פוספוליפידים שגורמות להם ישר להיסגר על עצמם, לסגור וסיקולה. אז אלה בעצם וסיקולות. קוראים להם מיקרוזומים.
פרקציונציה וצנטריפוגציה
עכשיו העיקרון השני וזה משהו שנכנס חזק מאוד במטגת הקודמת - זה פרקציונציה. וזה אומר להתחיל להפריד. אם יש לי תערובת כזאת, אני עכשיו מחפש שיטה שתפריד לי:
ואתם רואים שהוסיקולות - המיקרוזומים החלקים למעלה, ואלה שמעוטרים בריבוזומים למטה. למה? כי פה בעצם יש צנטריפוגציה.
בכל מעבדה פה תמצאו כל מיני צנטריפוגות. זה לוקח שעות.
אתם רואים - יכול להיות שהכוח הצנטריפוגלי מושך פה לצדדים או פה לקרקעית. בכל מקרה, כאשר מריצים תערובת כזאת:
- במקרה הזה יש לנו גרדיאנט של סוכרוז
- הסוכרוז הכי… הריכוז הכי גבוה שלו - זאת אומרת התמיסה הכי צפופה היא למטה
- והכי מהולה היא למעלה
מריצים פה כמה שעות, ואתם רואים שהוסיקולות הצפופות יותר מעוטרות בריבוזומים יורדות למטה בגרדיאנט.
זה בעצם דוגמה אחת לאיך שבשנים האלה בכל מיני מעבדות ניסו ותהייה והגיעו להפרדה של מרכיבים תאיים לפרקציות שונות. במילים אחרות פרקציונציה.
הניסוי המכונן של בלובל
עכשיו מה עושים עם זה? קודם כל זה מההרצאת נובל של גינטר בלובל. אמרתי פה לכמה מהמתעניינים - עוד חצי שנה שנה עם עוד כמה קורסים תקראו את ההרצאה הזאת. ממש מעולה. הוא גם יודע לספר סיפור.
אבל לדעתי אם אני זוכר נכון זה היה מפנקריאס של כלב. סליחה לאוהבי החיות אבל הקריבו פה חיות לניסויים האלה. ותראו איך זה נראה במיקרוסקופ אלקטרוני - ממש דומה לתמונה מהספר.
העיקרון המהפכני
עכשיו מה שהם עשו פה זה שהם מסוג תאים או סוג רקמה מסוימת לקחו ציטוסול, מסוג אחר לקחו מיקרוזום.
בעצם זאת הייתה הגדולה של בלובל ושל אנשיו. בפעם הראשונה הם צעדו בגבורה לטריטוריה שאף חוקר אחר לא ניסה לגשת אליה לפני זה - לנסות לשחזר במבחנה תהליכים שבאופן רגיל קורים בתא ובצורה אולי יותר פשוטה.
אז זאת המסגרת הכללית. הגישה היא קצת כמו של בן אדם שמפרק שעון אורולוגין גדול לחתיכות לחלקים ואחר כך מנסה להרכיב: “בוא ניקח את זה, בוא ניקח את זה, נערבב אותם, נראה מה זה עושה.” זה הגישה בגדול.
תיאור הניסוי הספציפי
עכשיו הנה הניסוי וזה ממש זאת תמונה בספר שאומרת “הבסיס הניסויי להיפותזת הסיגנל”. במילים אחרות מה ששאלת - איך הם בכלל חשבו על זה, איך הם הגיעו לזה. אבל ניסוי אחד מתוך סדרה של ניסויים.
תראו למעלה ולמטה יש לי שני מצבים:
- למעלה זה הביקורת
- למטה זה הניסוי
ההבדל ביניהם - אני מקווה שאתם יכולים לראות מאחורה - זה שיש פה איזה ניקוד כזה וזה אומר שכאן הוסיפו את ה-ER מיקרוזומים מהשקופית הקודמת.
למעלה יש רק ציטוסול - זאת אומרת ציטוסול נלקח מסוג תאים או רקמה מסוימת. בתוכו יש כל מיני דברים, גם ריבוזומים חופשיים.
אותו שלב כבר ידעו לסנתז mRNA במבחנה, וכאן לקחו mRNA שמקודד לחלבון מופרש.
תוצאות הניסוי ומסקנותיו
עכשיו הניסוי:
- ביקורת מול ניסוי
- יש לכם פה כבר את הפרשנות
מה שהמפתח להבנת הניסוי הזה ולכל התיאוריה - היפותזת הסיגנל - זה התולעת הזאת שמציצה חוצה מהריבוזום.
לא מצאתי תולעת באדום עם תפוח ירוק אבל בסדר, הבנתם את הרעיון:
- התחלת התרגום
- הרצף של החומצות אמינו בתחילת, בקצה ב-N טרמינוס של החלבון
- התרגום רק התחיל
- זה מבצבץ החוצה מהריבוזום
וכאן ההבדל - אמרנו גם התחיל לקחת את הסיפור של אינסולין - בשלב הזה קורה משהו מכיוון שהתוצאה היא שונה.
הסיגנל הזה הוא זה שאחר כך בלובל הגיע למסקנה שנחתך.
- החלבון השלם פה נכנס לתוך הלומן של המיקרוזומות האלה - זאת אומרת הוא כבר לא בציטוסול
- בעוד שלמעלה החלבון המלא פשוט משוחרר לציטוסול
אז משהו עשה פה את ההבדל והמשהו הזה לקח להם זמן להבין. הוא צירוף של גורם שנמצא בציטוסול וגורם שנמצא על המיקרוזום, על הממברנות.
הנה החלבון השלם הבשל:
- במקרה הזה הוא נפלט יחד עם הרצף האדום הזה
- במקרה הזה הוא מנותק ממנו והוא נמצא בפנים
עכשיו אנחנו לא מדברים פה על חצי-חצי. המכריע של החלבון הוא נכנס פנימה ונחתך לו הסיגנל סיקוונס.
המסקנות מהניסוי
עכשיו רק ככה לסיכום של הזה. הראינו את זה - זאת ההיפותזה שלו מ-75. הייתה לנו עוד מעט עוד תוצאות ניסויות אבל בעצם הוא צדק.
בעצם מה שהוא ראה זה שהחלבון קצר יותר ושיש פה איזשהו מנגנון.
המסקנה פה היא שמישהו מכוון את הריבוזומים. ריבוזומים יש בשני המבחנות. מישהו מכוון את הריבוזומים האלה ודואג לזה שה-mRNA יתורגם לחלבון רק שם, וידחוף את החלבון רק פנימה.
זה היה קונספט פורץ דרך. אני אעצור פה בשביל שאלות אולי, וגם כדי נסביר את זה קצת יותר לעומק.
אבל אתם רואים זה בעצם ניסיון של הספר להראות לכם ניסוי לדוגמה מלפני… אני חושב שאני הייתי בגן, או בקריאת פעם את המאמר. לא, בבית ספר יסודי כשעשו את הניסוי הזה.
אבל הניסיון הוא להראות לכם איך הגיעו להיפותזה. אתם זוכרים, אז היו מציירים בהיפרון, לא היו תוכנות מחשב.
המסקנה פה היא מסקנה מעניינת שמובילה אותנו להיפותזת הסיגנל.
SRP - Signal Recognition Particle
המכונה הביולוגית שמכוונה ריבוזומים
תכף נדבר על מי עושה את זה. מי הוא זה שמכוון את הריבוזום ממש בתחילת התרגום.
מישהו צריך לדעת, לזהות: “רגע, פה מסנתזים חלבון שאמור לצאת החוצה מהתא, לכן מכוונים אותו ללומן של היער”.
בניסוי הצליחו לשחזר את זה במבחנה.
המכונה הביולוגית שעושה את זה נקראת SRP - Signal Recognition Particle. כרגיל אצלי לא צריך לזכור באלפקית, אם תהיה שאלה על SRP, יהיה כתוב השם המלא בשאלה.
מבנה ה-SRP
תשימו לב שגם המכונה הביולוגית הזאת, כמו דוגמאות אחרות שראינו, מורכבת מ-RNA וחלבון:
- ה-RNA בכחול - יש לו חלקים שלמים שהוא עושה קצת דאבל סטרנד, מתקפל על עצמו
- זה נראה כמו איזה מין מלקחיים כאלה, הוא מנוף
תכף נראה איך הידית הזאת, המנוף הזה עובד. הוא בעצם מחבק את הריבוזום, ו”בוא אני אקח אותך לאן שצריך”.
מנגנון הזיהוי הראשוני
עכשיו תראו שהכל מתחיל - ופה אני חוזר לשאלה, גם שאלה שהייתה פה קודם, במצגת הקודמת - איך הכל מתחיל?
הכל מתחיל מהכיס קישור הזה. יש פה כיס קישור באחת מהיחידות החלבוניות (החלבונים פה מופיעים בחום).
אז כאן יש תת-יחידה חלבונית שיש לה כיס קישור שמזהה את הסיגנל סיקוונס.
חזרה לשאלה מקודם. תראו, אתם רואים הנה הסיגנל סיקוונס באדום - זאת אומרת, זה תחילת הסינתזה של החלבון.
יש שם רצף של חומצות אמינו הידרופוביות, יש כיס תלת-ממדי שיודע לזהות אותם.
ברגע שהיה הזיהוי הזה, שוב, עיקרון שכבר ראינו קודם, יש שרשרת של פעולות הלאה.
אז אנחנו מדברים על מכונה ביולוגית שמורכבת מחלבון ו-RNA, שתפקידה לזהות חלבונים חדשים בתחילת הסינתזה שלהם.
המשך עיבוד חלבונים ב-ER
עיבוד נוסף של חלבונים - דוגמת האינסולין
סולפידים, זוכרים? ואחר כך היו עוד שני אירועים, אחרי שהסיגנל פפטיד נחתך:
- עוד שני אירועים של חיתוך
- ובסוף קיבלנו אינסולין פעיל - mature, בשל
זה חלק מהעניין.
עכשיו, כמובן שיהיו וריאציות, אבל יש פה מערכת שלמה שנועדה כמו סרט נאה, לדאוג למודיפיקציות על החלבון עוד תוך כדי זה שהוא ממשיך. בחלק האחורי עוד מוסיפים חומצות אמינו.
אז התהליכים האלה קורים מהר.
יש כל מיני דברים שעל חלקם תשמעו משי, וחלקם תשמעו בביוכימיה, ומה שלא תשמעו בביוכימיה תשמעו אחר כך בפיזיולוגיה ובאנרגטיקה. זה בסך הכל דברים ש… לכן אני אומר זה נבנה נדבך על נדבך.
היגיון הפרדת המדורים
אנחנו ניתן פה אולי איזו דוגמה אחת. אבל בעצם בהסתכלות כללית, העניין הזה שתאים אוקריוטים מאות ואלפי חלבונים מכוונים שם לתוך החלל הפנימי הזה של היער, הוא בעצם יוצר סביבה מוגנת, מופרדת משאר התא שבה הריאקציות האנזימטיות האלה יכולות להתרחש בסדר מסוים.
אז כשאנחנו מדברים על היגיון בסך הכל, איך בתוך כל התסבוכת הזאת של תא אוקריוטי, כל המדורים, איך זה קורה? חלק מהעניין זה הפרד ומשול.
זה החלבונים האלה שמיועדים לעוד שלבים בהמשך הדרך. יש פה שלבים של מודיפיקציות שקורים עוד תוך כדי המעבר.
יצירת גשרים דיסולפידיים - דוגמה קונקרטית
עכשיו דוגמה אחת שפשוט הזכרנו אותה קודם אז קל לדבר על זה. תראו זה בעצם החלבון שמופיע פה. קוראים לו (ולא צריך לזכור את שמו) PDI - זה Protein Disulfide Isomerase.
מה זה אומר?
זה אנזים שיודע ליצור גשרי SS בחלבונים אחרים. כרגיל הוא צריך מחזור בעצמו.
אז הכל מופיע פה אבל לא כל כך חשוב:
- הוא מתחיל במצב הזה כשאצלו יש את הגשר הדיסולפידי
- אבל הנה החלבון שאמור לעבור בעצם מודיפיקציה פה תוך כדי היציאה אל הלומן
תהליך יצירת הגשר
אז בעצם עברנו למצב ביניים של קשר קובלנטי פה. ובסופו של דבר החלבון שהיה צריך לקבל את המודיפיקציה קיבל פה את הגשר הדיסולפידי:
- למשל אינסולין - הראינו שם שלושה כאלה
וכאן אנחנו עוברים למחזור פה במצב המחוזר. אז האנזים עצמו צריך באמצעות חלבוני עזר בלומן של היער לחזור למצב שהוא יכול לעשות עוד סיבוב כזה.
אז שוב זה רצף שלם של מודיפיקציות שעובר גם על שני סוגים הכלליים של החלבונים שדיברנו עליהם:
שני סוגי החלבונים הנפוצים
1. חלבונים מסיסים:
- חלבונים שמשוחררים לחלל המימי בלומן של היער
- אינסולין זה דוגמה טובה
- האנזימים הפרוטאוליטיים שמושרים למערכת העיכול הם עוד דוגמה
2. חלבונים ממברנליים:
- הם עדיין יהיו משולבים בממברנה
- אבל החלקים שבולטים הנה יעברו למשל גליקוזילציות
שיווי משקל אנרגטי
פה זה עניין של שיווי משקל חמצון-חיזור - הוא קצת שונה, אבל הרבה פעמים במחזור באמת יש השקעה של אנרגיה. באופן כללי התהליכים האלה דורשים אנרגיה.
גליקוזילציה - הוספת קבוצות סוכר
עכשיו תראו זה מופיע פה. אתם רואים את הקקטוסים האלה? זה נראה כמו קקטוסים נכון?
אלה שרשראות סוכריות - מודיפיקציות סוכריות. יש גם ליפידים וגם סוכרים שמוסיפים אותם על חלבונים תוך כדי תהליכי העיבוד שלהם. לעתים קרובות זה חלבונים שמיועדים אחר כך למשלוח הלאה.
אז שלב ראשון יהיה כבר פה והשלבים הבאים תשמעו משי, כי אמרנו יש עוד תחנות בדרך.
הגליקוזילציה הנפוצה ביותר
הנה המודיפיקציה הכי נפוצה. בערך שני שלישים מהחלבונים - מסיסים או חלבוני ממברנה שמכוונים אל ה-ER דרך ה-SRP שדיברנו עליו - עוברים את המודיפיקציה הזאת.
אלה בעצם הקקטוסים מהתמונה הקודמת. כל השרשרת הסוכרית הזאת. כבר הגעתם לסוכרים בכימיה אורגנית?
תראו כמה:
- גלוקוז
- מנוז
- N-אצטיל גלוקוז אמין
כל השרשרת המסועפת הזאת כיחידה אחת מחוברת. זה הגליקוזילציה הכי נפוצה על אספרגין.
המנגנון הביוכימי
אז תראו, עוד לא למדתם ביוכימיה. בביוכימיה תשמעו קצת על הדברים האלה:
- זאת השרשרת הצדדית - הנה החלבון
- שרשרת הצדדית של חומצת האמינו אספרגין
- במצב רגיל יש פה $NH_2$
האנזים תוך כדי היציאה של הדבר הזה מחבר את כל הדבר המסועף הסוכרי אל החלבונים. בערך חצי מהחלבונים תוך כדי היציאה.
הנה האנזים שעושה את זה: Oligosaccharyl transferase - אני לא אזכור את זה בעוד שנייה.
תהליך מדורג ומורכב
זה חיבור של סוכר. הייתי רוצה שזה ייגמר פה נכון? אבל לא. יש המשך.
אז זה תוך כדי שהריבוזום עדיין ממשיך לסנתז. זה יכול להיות חלבון של שלוש מאות חומצות אמינו:
- היה לו סיגנל פפטיד
- כיוונו אותו לממברנה
- הוא עבר דרך ה-Sec61 (לא צריך לזכור), דרך הטרנסלוקון
- הוא מתחיל להיכנס
ואז יש פה אנזים שיושב בממברנה ופונה לצד הפנימי ויודע לזהות את השרשרת אספרגין המסוימים. שוב יש פה איזשהו קוד.
החומר המוצא
אז החומר המוצא שלו מצומד לממברנה. למה זה סיפור ארוך?
החומר המוצא הוא ליפידי - הוא סוכר שמחובר דרך שני פוספטים לאיזושהי שרשרת ליפידית.
למה? החומר המוצא מחובר לממברנה ומחכה בסביבה. זאת אומרת אני בעצם רוצה שהאנזים הזה יהיה לו כל מה שהוא צריך:
- יהיה לו את הפרקורסור
- והוא יהיה צמוד לתעלה
וברגע שמגיע הרצף שאומר “פה על האספרגין הזה תוסיף” - הוא עושה את זה. הוא חותך ומוסיף.
אגב תראו: אקטיבציה על ידי פוספט - עוד פעם עיקרון שכבר ראינו.
שלבים נוספים - גיזום ועיבוד
עכשיו חזרה לשאלה שלך דניאל. זה רק השלב הראשון.
אז קודם שמים את כל השיח המסועף הזה ואחר כך גוזמים אותו.
ונדמה לי שזה כתוב פה. כתוב גם בהסבר - אז חלבוני ממברנה וחלבונים מסיסים בערך חצי ממה שעובר שם בתעלה עובר את העיבוד הזה.
זו הצורה הנפוצה של גליקוזילציה על הקבוצה האמינית הזאת. אז זה נקרא N-linked glycosylation - לא צריך לזכור לקורס הזה, אבל כנראה תגיעו לזה בביוכימיה.
השפעה על פעילות החלבונים
מאוד מאוד משפיע על פעילות של חלבונים ממברנליים. כאלה שפונים החוצה מהתא. הרבה מאוד חלבונים יש להם מודיפיקציות סוכריות.
יצירת מגוון ביולוגי
האם בכולם זה ייראה בדיוק אותו דבר? לא. הנה אני יכול לקבל מגוון ביולוגי על ידי זה שבהמשך הדרך יהיו לי סוגים שונים של מודיפיקציה על הסוכר הראשוני הזה המסועף שאותו אני מלביש על חלבונים.
עכשיו למשל:
- נוגדנים
- רצפטורים
- כל מיני חלבונים שעובדים מחוץ לסביבה התאית
המון המון מהפעילות שלהם מוכתבת על ידי האתר עם הסוכרים האלה.
אז יש לנו פה בעצם פתח למגוון ביולוגי עצום. אבל הוא כולו מתחיל מהתהליך שדיברנו עליו היום - שזה בעצם היפותזת הסיגנל בשלב הפשוט שלה, של הכוונה ל-ER. בהמשך נתרחב, שי ייקח אתכם לתחנות הבאות.
למה תהליך כל כך מורכב?
אז מה כתוב פה - זה רק השלב הראשון ו“טרימינג” זה גיזום. זאת אומרת קודם שמים את כל הדבר הזה.
ושוב שאלה של עידן מקודם - למה לבזבז כל כך הרבה אנרגיה וכל כך הרבה שלבים? זה קצת ביצה ותרנגולת.
על ידי זה שאני יוצר תהליך רב-שלבי שהוא גם עובר מתחנה לתחנה בתוך התא האוקריוטי, אני מאפשר:
- שלבים של בקרה - דבר ראשון
- מערכת של בקרת איכות - דבר שני
שאלה של אדי סוף השיעור הקודם: מה קורה כשזה משתבש?
יש גם מערכת של בקרת איכות שמסוגלת לבדוק ולראות שהשלבים הקודמים התבצעו כמו שצריך, ואם חלבון לא מקופל או עוד לא קיבל את המודיפיקציות, אז לא, הוא לא עובר הלאה.
אז בתאים האוקריוטיים יש באמת המון רמות כאלה של בקרה.
טרנספורט למיטוכונדריה
זהו, אני רואה שאנחנו פחות או יותר מגיעים, אם עם או בלי הפסקה לסיום.
הייתה לכם בחינה היום, היה לכם בוחן אז אתם…
אני אזכיר טרנספורט למיטוכונדריה, בעיקר כדי שתדעו שהוא קיים - לא כדי לסבך אתכם עם שאלות.
מבנה המיטוכונדריה
תראו, זה עוד פעם המפה הכללית, ופה יש לנו חץ שמוביל למיטוכונדריה. הפלסטידות פחות מעניינות אותנו. גם כלורופלסטים הם מסובכות כאלה.
בעצם כבר דיברנו על המבנה המורכב של המיטוכונדריה, זוכרים?
- ממברנה חיצונית
- ממברנה פנימית
- הקיפולים האלה
ובמיטוכונדריה כל קורס ביוכימיה כמעט קורה במיטוכונדריה, וגם הקורסים הבאים שלכם. מאוד מאוד חשוב, לא רק לייצור אנרגיה, אבל המון תהליכים.
חלוקה למדורים
אז שם תשמעו גם בקורס שלנו. תראו פה יש איזה שחזור תלת-ממדי של איך זה נראה במרחב. הממברנות האלה באמת באמת מתקפלות המון, יש המון שטח פנים.
אבל תראו, זה בעצם יוצר מדורים שונים:
- ממברנה חיצונית
- ממברנה פנימית עם הקיפולים האלה
- אבל גם אינטר-ממברין ספייס
- וגם בפנים בפנים - מטריקס
המטריקס הפנימי של המיטוכונדריה - אנזימים שונים, מעגל החומצה הציטרית שרק הזכרנו, כל מיני דברים שתשמעו עוד קורים במדורים האלה.
אז אני צריך לכוון חלבונים למדורים השונים.
מורכבות ההכוונה למיטוכונדריה
זה בעצם אומר - כמו הבבושקות האלה, מדור בתוך מדור. חלבון שנולד צריך לדעת לא רק “אתה הולך עכשיו למיטוכונדריה” - איפה?
- בין הממברנות
- בתוך ממברנה
- פנים אל המטריקס
יש פה הרבה מידע של הכוונה שצריך להיכרע על ידי איזושהי מערכת.
דוגמה קונקרטית למנגנון
והנה דוגמה אחת - השמות לא משנים, אבל תראו, הם די הגיוניים:
- Mitochondrial Outer Membrane
- Mitochondrial Inner Membrane
- Translocon של הOuter Membrane
- Translocon של הInner Membrane
הדוגמה שמראים פה היא חלבון שהגיע מבחוץ:
- תורגם בכלל, אתם זוכרים בעיקרון, על ריבוזומים חופשיים
- חלבון שמקודד בגרעין
- מתורגם בציטופלזמה
- החלבון כולו מגיע אחר כך
פה צריכים שפרונים כדי לפרוס אותו (לא מראים בתמונה). הוא נפרס, ובמקרה הזה, במקרה הספציפי הזה:
- הוא עובר טרנסלוקון אחד פה, בממברנה החיצונית
- עובר דרך המרווח ביניים
- עובר עוד טרנסלוקון פה
- ופה יש עוד שפרון, ה-HSP70 (חלבון מאוד מרכזי בביולוגיה)
- ומשוחרר למטריקס
זה רק דוגמה אחת.
הגנום המיטוכונדריאלי
אני רק, עוד פעם, אתם זוכרים שדיברנו על מיטוכונדריה, ודיברנו על זה שפעם זה היה איזה חיידק אירובי שעבר כל מיני תהליכים ושולב בתא המודרני.
למיטוכונדריה יש גם גנום משלה - שהוא גנום שנראה פרוקריוטי:
- יש בו מעט, הוא גנום עצמאי
- יש מה שנקרא תורשה מטרנית - זה תורשה של הגנום המיטוכונדריאלי
- תלמדו על זה בגנטיקה
- ויש שם מעט גנים, אבל נשארו שם גנים
הרוב הגדול של מה שהמיטוכונדריה צריכה לקבל מבחוץ - דברים שמקודדים בגרעין.
אבל בפנים, בתוך האזור הזה, יש גם:
- גנום
- ריבוזומים פרוקריוטיים באופיים
- שמתרגמים את המעט חלבונים, בעיקר חלבונים מאוד מאוד מורכבים, שצריכים לעבוד פה בפנים
המורכבות המלאה של המערכת
אז רק לסיום, ושוב, רק כדי לתת טעימה מהמורכבות, לא כדי לחפש איזה משהו לאתגר אתכם.
תראו, זאת התמונה מהספר 12.48, סתם בשביל הקוריוזיטי ולסוף הרצאה זה ממש. תראו כמה תהליכים שונים קורים פה. תסתכלו על החיצים:
חלבון מקודד בגרעין שמגיע מבחוץ:
- יכול להיכנס לממברנה החיצונית
- יכול לעבור הנה
- יכול להשתלב בממברנה עצמה, אם הוא חלבון ממברנלי (יש המון כאלה - נגיד ה-ATP סינתאז, היא מכונה שמייצרת ATP משולבת בממברנה)
- יכול לעבור פנימה
וגם יש לנו את המיעוט של החלבונים שהזכרתי, שהם מקודדים בכלל בגנום המיטוכונדריאלי - אז זה באמת מיעוט קטן, והם בכלל מסונתזים פה, והם לא צריכים לעבור את המערכת הזאת.
אבל תראו איך יש פה בעצם קשרים אפשריים בין הטרנסלוקונים שיושבים בממברנות השונות.
אז מיטוכונדריה נשמע פשוט, זה לגמרי לא פשוט, והמנגנונים האלה הם מכוונים לתת-מדורים שונים במיטוכונדריה.
הגדרת טרנסלוקונים
יש טרנסלוקונים - זה שם שניתן עוד על ידי בלובל ובני הדור שלו. זה מערכות כאלה שיושבות בממברנה, מערכות של בעצם תעלות מתוחכמות.
אז בדרך כלל יש טרנסלוקון ויש, תסתכלו פה, ויש חלבוני עזר:
- הנה רצפטורים שצמודים לטרנסלוקון הזה
- יש צ’אנל ויש רצפטורים
עוד פעם, זה יותר כדי לתת את הדוגמה מאשר להיכנס לפרטים. אבל אני חושב שהחלק הזה של הפיגורה הזה מעיד על המורכבות של המערכת.
סיכום והמשך
עכשיו, זה בכל התאים שלנו. כמעט בכל תא תמצאו מיטוכונדריה, לפעמים פעילות יותר או פחות. המון המון תהליכים ביולוגיים קורים שם.
הרוב, הרוב מקודד בגרעין:
- סינתזה על ריבוזום בציטוסול
- שחרור
- הרוב כבר בפנים
אבל יש גם שפרונים. זה שיש הוראות זה לא אומר שהחלבון יודע לעשות את זה לבד.
זה בעצם התמונה הכללית. לא רק מראה לך עד כמה האבולוציה התקדמה מאז, אבל זה באמת מאוד קשה לדמיין איך זה התפתח בשלבים. כי זה התחיל כנראה מאקטו-סימביונט שאחר כך הפך לאנדו-סימביונט - זאת אומרת לא טפיל אבל יצור שחי בתוך יצור אחר ומשתמש במערכת שלו. שני הצדדים מרוויחים.
אבל חברה, אנחנו גולשים פה לדיון פילוסופי סופר מעניין. אני מוכן להישאר חצי שעה לדבר על זה, אבל זה מעבר למה שאנחנו צריכים כרגע. והיה לכם גם בוחן היום.
סיום וכיווני המשך
עם זה אני אסיים. כמו שאמרתי, המשך הדרך, זה החל מיום רביעי בהרצאות של שי, מ-ER לגולג’י. יש כל מיני אפשרויות, ראיתם במפה.
אז להתראות בהמשך. תכתבו, תעלו, תציינו מה שמציק לכם. בטח אני רוצה שנעשה תגבורים למי שצריך. כולם מוזמנים.
דור פסקל