Transport białek do mitochondrium

[sajmon1973]

Tutaj www.racjonalista.pl/forum.php/s,563494/z,0/d,1 zamieszczam dyskusję, jaką prowadziłem ponad 2 lata temu na forum racjonalista.pl w temacie Transport białek do mitochondrium. Do dzisiaj nie znalazłem, w dostępnych mi publikacjach naukowych, zadowalających odpowiedzi na kilka pytań:
1. Wiele białek nie zawiera przy swym końcu N- aminokwasowym sekwencji sygnalnej, ale posiada prawdopodobnie wewnętrzną sekwencję sygnalną, ale jej sekwencja nie jest zachowawcza . Nasuwa się zatem pytanie o mechanizm ich transportu do mitochondrium, a ściślej rozpoznania przez receptor?
2. Nie ma jednoznacznych danych, potwierdzających związek między sekwencją sygnalną, a miejscem rezydowania białka. Białka mogą się znaleźć w 4 kompartmentach: błona zew.; przestrzeń międzybłonowa; błona wew.; matrix. Samego mnie ciekawi, skąd komórka wie, gdzie i jakie białko umieścić?
3. Zanim białko wyruszy w drogę do mitochondrium często zostać otoczone białkami opiekuńczymi z rodziny Hsp70 i 90. Chronią one białko mitochondrialne przed agregacją/degradacją. Białko Hsp70/90 nie jest receptorem, nie wiąże się specyficznie do określonego białka, ale ma dużo potencjalnych białek, z którymi może wchodzić lub wchodzi w interakcję ,a mimo to nie są one transportowane do mitochondrium. Pytanie: skąd komórka wie, że należy potencjalne białko mitochondrialne związać z białkami opiekuńczymi?
5. Taki kompleks: białko mit-Hsp przemieszcza się do mitochondrium. Pytanie: jaki jest mechanizm transportu, biorąc pod uwagę problem molecular crowding www.youtube.com/watch?v=R-wAt7LFDMs?
Czy znamy dzisiaj odpowiedzi na te pytania :?:

[sajmon1973]

Tutaj filmik www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=LfDYGanMi6Q pokazujący, ale nie wyjaśniający w sposób dla mnie zadowalający, transport białek do mitochondrium.

[nikodem321]

Podobne pytanie zadałeś jakieś 3 lata temu. Wtedy nikt nie czuł się na siłach, aby Ci na nie odpowiedzieć. Temat jest mocno specjalistyczny, więc podejrzewam, że i tym razem może być tak samo.

Komentarze na racjonalista.pl tylko onieśmielają.

Ale jeśli pozwolisz się powymądrzać...

ad1.
Czy ty aby nie zadajesz pytania na miarę Nobla?
Za wyjaśnienie mechanizmy transportu białek do proteasomów wpadł nobelek, więc może i tym razem?

ad2.
Mam wrażenie podobne.
ad3

Tu chyba sytuacja wydaje się jaśniejsza. No, popatrzmy. Białka HSP mają za zadanie aby łańcuch właściwego białka się nie poplątał, aby się nie poszarpał. Przez kanał ma się prześlizgnąć łańcuch białka właściwego. Futerał tylko by przeszkadzał.

Białka HSP są takimi bardzo uniwersalnymi futerałami. Komórka niczego nie wie. Można by zadać pytanie - skąd komórka wie, że dane białko trzeba opieczętować ubikwityną i w ten sposób skierować go na śmietnik?

Ja pamiętam jak przez mgłę, więc mogę zmyślać, więc gwarancji nie daję, taki problem związany z HSP. Komórki rakowe pod wpływem chemioterapii, radioterapii wzmagają syntezę HSP, aby chronić swoje zasoby. No właśnie skąd one o tym wiedzą, że trzeba to robić?

ad5
Przypadek? Prosta dyfuzja?
A jeśli nie przypadek, to znów pytanie na nobla.

[sajmon1973]

sajmon1973 napisał:
3. Zanim białko wyruszy w drogę do mitochondrium często zostać otoczone białkami opiekuńczymi z rodziny Hsp70 i 90. Chronią one białko mitochondrialne przed agregacją/degradacją. Białko Hsp70/90 nie jest receptorem, nie wiąże się specyficznie do określonego białka, ale ma dużo potencjalnych białek, z którymi może wchodzić lub wchodzi w interakcję ,a mimo to nie są one transportowane do mitochondrium. Pytanie: skąd komórka wie, że należy potencjalne białko mitochondrialne związać z białkami opiekuńczymi?

nikodem321 napisał:

> Tu chyba sytuacja wydaje się jaśniejsza. No, popatrzmy. Białka HSP mają za zada
> nie aby łańcuch właściwego białka się nie poplątał, aby się nie poszarpał. Prze
> z kanał ma się prześlizgnąć łańcuch białka właściwego. Futerał tylko by przeszk
> adzał.
>
> Białka HSP są takimi bardzo uniwersalnymi futerałami. Komórka niczego nie wie.

Kluczowym białkiem opiekuńczym u drożdży, któremu przypisuje się rolę w transporcie białek do mitochondrium jest HSP82 ( z rodziny HSP90 ).
www.yeastgenome.org/locus/S000006161/overview
Białko to występuje w b.dużęj ilości kopii w komórce ok 450 000. Wiąże się ono specyficznie jednak z dużą liczbą różnych białek.
thebiogrid.org/35923/summary/saccharomyces-cerevisiae/hsp82.html
Są to głównie białka cytoplazmatyczne i jądrowe, ale też obecne w innych organellach( ER, wakuola, Golgi, błona plazmatyczna), w tym również z mitochondrialnymi. Tych jest jednak procentowo niewiele ( poniżej 100 ).

Warto wiedzieć, że u drożdży w mitochondrium jest obecnych prawie 800 różnych białek. Ja więc widać, potrafią one trafić do mitochondrium bez pomocy przyzwoitki HSP82. Samo związanie z HSP82 nie determinuje więc, gdzie się znajdzie znajdzie to białko, skoro ostatecznie potrafią być one w różnych organellach komórkowych. Drugie białko SSC1 ( z rodziny HSP70) pełni podobną rolę. www.yeastgenome.org/locus/S000003806/overview thebiogrid.org/33797/summary/saccharomyces-cerevisiae/ssc1.html Znakomita większość białek mitochondrialnych nie wchodzi jednak również w specyficzne oddziaływania z SSC1.
Podsumowując: udział białek opiekuńczych w transporcie do mitochondrium odgrywa rolę, ale nie wyjaśnia transportu większości ( ponad 80%) białek do tej organelli. Można by zapytać: skoro powyższe białka opiekuńcze wchodzą w interakcję z cytoplazmatycznymi, to dlaczego one nie trafiają jednak do mitochondrium? Co więcej: komórka nawet nie podejmuje próby ich transportu. Czy brak sekwencji sygnalnych u b.cytoplazmatycznych wyjaśnia ten problem? Tylko częściowo, gdyż ok połowa z nich ( ok 370) zawiera sekwencję sygnalną (transit peptide) www.uniprot.org/uniprot/?query=taxonomy:%22Saccharomyces%20cerevisiae%20(strain%20ATCC%20204508%20/%20S288c)%20(Baker%27s%20yeast)%20[559292]%22%20keyword:%22Mitochondrion%20[KW-0496]%22+keyword:809
Reszta mimo braku s.sygnalnej potrafi się znalezc w mitochondrium. S. sygnalne b.mit. zawierają dodatnio naładowane aminokwasy oddzielone przez aminokwasy o neutralnym ładunku; kształt α-helisy. Ja przeanalizujesz bazę s.sygnalnych drożdż to okaże się ,że są one zróżnicowane, czyli sekwencja jest mało zachowawcza (np. różna długość, specyficzne aminokwasy w różnych miejscach i ilości).
Przyjmuje się, żę nowo zsyntezowane białka wiążą się w cytoplazmie z białkami opiekuńczymi (A), następnie ich sekwencje sygnalne są rozpoznawane przez receptory kompleksu TOM. Integralny kompleks TOM dodatkowo zawiera białka Tom20 i Tom70, pełniące funkcje receptorów. repozytorium.amu.edu.pl/bitstream/10593/811/1/UAM-WB_dr_Ga%C5%82ga%C5%84ska%20Hanna%20Maria_2010.pdf str.14
Czy rzeczywiście Tom20/70 pełnią rolę klasycznych receptorów i są w stanie wyjaśnić wiązanie się do nich wszystkich b.mit. zawierających sekwencję sygnalną? Raczej nie, na co pośrednio wskazywał już artykuł www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167488902002598 Specyficzność tych receptorów jest niewielka, w zasadzie liczy się ładunek s.sygnalnej, choć i ten nie jest ścisle określony. Gdyby TOM20/70 był receptorem dla białek z sekwencjami sygnalnymi, to powinny te białka wchodzić w specyficzne interakcje z prawie 400 takimi białkami. Analiza interakcji bialka TOM20 daje, moim skromnym zdaniem, zaskakujący wynik. Zaledwie 30 białek, z czego część to kompleks TOM, ale są też białka nieobecne w mitochondrium np. thebiogrid.org/33324/summary/saccharomyces-cerevisiae/tom20.html Nieco lepiej wypada TOM70, ale spośród 69 białek są też takie, które znajdują się poza tą organellą thebiogrid.org/35706/summary/saccharomyces-cerevisiae/tom70.html Podsumowując; receptory TOM20/70 odpowiadają za specyficzny transport ok 10 % białek mitochondrialnych. Nie oznacza to, że TOM20/70 nie bierze udziału w translokacji białka do mitochondrium, ale tylko tyle, że w większości przypadku nie jest on uwarunkowany s.sygnalną. To wydaje się zrozumiałe, gdy uznamy, że receptor nie oddziaływuje z krótkim peptydem, którym jest s.sygnalna, ale z całym białkiem zawierającym w swej strukturze gdzieś s.sygnalną. Są to więc skomplikowane interakcje, gdyż s.sygnalna wcale nie musi wystawać z białka, jak wskazują modele. Może być ona ukkryta w trzeciorzędowej strukturze białka. Podsumowując:
Najpierw musi dokonać się selekcja, czyli komórka wybiera, jakie białka dostarczy do kanału TOM20/70. Sekwencja sygnalna bywa pomocna, ale nie jest konieczna w większości przypadków. Jakimi kryteriami kieruje się komórka, wybierając takie, a nie inne białko do mitochondrium? Sekwencja sygnalna jest jednym z kryteriów, ale nie jedynym i często nie najważniejszym. Może: modyfikacje posttranslacyjne; wiązanie z innymi białkami ( opiekuńczymi?);receptorami?
Jak zatem trafić do mitochondrium - jest na to odpowiedż, przynajmniej dla wielu białek. O tym następnym razem.
> ad5
> Przypadek? Prosta dyfuzja?
> A jeśli nie przypadek, to znów pytanie na nobla.

Z pewnością nie przypadek, ale selektywna i specyficzna integracja procesu. Białko, które ma się znależć w mitochondrium, najpierw przebywa w cytoplazmie. Tam ulega przypadkowym interakcjom. One jednak nie mogą dominować, gdyż białko ma mieć nieprzypadkową strukturę i nieprzypadkową lokalizację. Za strukturę białka odpowiadają np. specyficzne modyfikacje posttranslacyjne. Białka mitochondrialne też im podlegają. Z pośród 776 białek mitochondrialnych drożdży 181 podlega takim modyfikacjom np. 120 fosforylacji, 28 acetylacji, 11 ubikwitynacji. Wydaje się więc, że często najpierw komórka wybiera białko do określonej modyfikacji, a dopiero potem decyduje się na jego transport. Czy taki proces nie wymaga integracji?

[nikodem321]

Książka stara, ale jara i do tego za free

www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21054/?term=mitochondria

O to jej spis treści

www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21054/

Nie można jej przeglądać ale można w niej wyszukiwać fraz - pojwiają się wtedy całe rozdział

[sajmon1973]

Przystępnie i obrazowo przedstawiona wiedza na temat transporu białek do mitochondrium:
reasonandscience.heavenforum.org/t2155-the-transport-of-proteins-into-mitochondria#0
Polecam - ułatwi dyskusję. Dziękuję nikodem321 za próbę odpowiedzi na moje pytania - postaram się wkrótce do tego odnieść.

[nikodem321]

sajmon1973!

A może zamiast pytać po forach...
Może lepiej byłoby nawiązać kontakt z ludźmi, którzy zawodowo zajmują się mitochondriami?
Ja odkryłem polską grupą mitochondrialną.

Ja odkryłem coś takiego: "Zapytaj fizyka" z uniwerku warszawskiego.
zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/5/

Skoro dla ciekawych fizyki są takie strony, to może mógłbyś z pierwszej ręki uzyskać odpowiedź na swoje nurtujące cię pytania?

[sajmon1973]

> A może zamiast pytać po forach...
> Może lepiej byłoby nawiązać kontakt z ludźmi, którzy zawodowo zajmują się mitoc
> hondriami?
> Ja odkryłem polską grupą mitochondrialną.
>
> Ja odkryłem coś takiego: "Zapytaj fizyka" z uniwerku warszawskiego.
> zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/5/
>

Dobry pomysł z grupą mitochondrialną. Ciekawe, czy mi odpiszą? Fizyka spytam, choć to raczej nie jego specjalizacja.

[nikodem321]

Mnie też ciekawi, co Ci Grupa Mitochondrialna odpisze.

Jeśli odpisze, to bardzo proszę, napisz nam tu u nas.
Sam jestem ciekaw co wiem, a czego nie wiem.

[sajmon1973]

nikodem321 napisał:

> Mnie też ciekawi, co Ci Grupa Mitochondrialna odpisze.
>
> Jeśli odpisze, to bardzo proszę, napisz nam tu u nas.
> Sam jestem ciekaw co wiem, a czego nie wiem.

Grupa dyskusyjna: Polska Sieć Mitochondrialna praktycznie zamarła. groups.google.com/forum/#!forum/bioenergetyka Ostania wypowiedz z 2012 roku, ale zarejestrowałem się - może odpiszą?