9.2 Proteinsortering og cytoskjelett

En kort strekning aminosyrer i den første enden av en nylaget proteinkjede, med mange fettvennlige aminosyrer. Signalpeptidet er adresselappen som sier «dette proteinet skal inn i ER».

To ting er verdt å merke seg. Signalpeptidet ligger i begynnelsen av kjeden, så det er ferdig laget lenge før resten av proteinet — derfor kan sorteringen begynne mens oversettelsen pågår. Og det klippes av når proteinet har kommet inn i ER, så det ferdige proteinet har det ikke lenger.

Partikkelen i cytosol som kjenner igjen signalpeptidet i det det stikker ut av ribosomet. SRP gjør to ting samtidig: den binder seg til signalpeptidet, og den stanser oversettelsen midlertidig.

Pausen er ikke en bivirkning, den er poenget: hadde kjeden fortsatt å vokse i cytosol, ville proteinet vært ferdig brettet før det nådde membranen, og da ville det ikke kommet gjennom kanalen. SRP fører komplekset til en SRP-reseptor på ER-membranen, overleverer det, og slipper taket — hvorpå oversettelsen fortsetter.

Proteinkanalen i ER-membranen som den voksende aminosyrekjeden tres gjennom. Translokonet er porten selv: SRP viser vei fram til den, men det er translokonet som slipper kjeden inn.

Et vanlig forvekslingspar i blokk 2 er nettopp SRP og translokon. SRP er en budbringer i cytosol som finner fram; translokonet er en kanal i membranen som åpner. Rekkefølgen mellom dem er alltid: signalpeptid → SRP → SRP-reseptor → translokon → ER.

At proteinet føres inn i ER mens det fortsatt lages — «ko-translasjonell» betyr «samtidig med oversettelsen». Kjeden vokser rett inn gjennom translokonet, som en tråd som mates gjennom et nåløye.

Motsatsen er post-translasjonell import, der et ferdig protein tas opp etterpå. Det er slik proteiner kommer inn i mitokondrier, og forskjellen er verdt å nevne som et pluss-punkt: to organeller, to helt ulike inngangsmekanismer.

Alle ribosomer starter fritt i cytosol. De som oversetter et mRNA med signalpeptid, blir trukket til ER-membranen og ser i elektronmikroskopet ut som «prikkene» på ru endoplasmatisk retikulum. De andre blir værende frie.

Dette forklarer et histologisk funn du møter i Del 5: en celle med svært mye ruER lager mye protein for eksport, mens en celle med mange frie ribosomer lager protein til eget bruk. Det er ikke to slags ribosomer — det er samme ribosom, ulikt oppdrag.

Stabelen av flate membransekker som ligger etter ER i sekretveien. Golgi tar imot blærer fra ER på den ene siden, modifiserer innholdet underveis gjennom stabelen, og sender det videre fra den andre siden.

Golgi er cellens sorteringssentral: det er her adresselappene for de videre veiene settes på, og det er her sukkerkjeder på proteinene bygges ferdig. Retningen gjennom stabelen er fast — inn på inngangssiden, ut på utgangssiden — og det er den retningen eksamensoppgaver spør om.

Sukkermerket som sender et enzym til lysosomet. Merket settes på i Golgi, ved at en fosfatgruppe kobles til et mannosemolekyl i proteinets sukkerkjede.

M6P er et destinasjonssignal, ikke et nedbrytningssignal. Det sier «du skal til lysosomet og jobbe der», ikke «du skal rives». Nettopp den forskjellen er den vanligste forvekslingen i denne sjangeren: M6P sender enzymet til nedbrytningsorganellet, mens ubikvitin sender proteinet inn i nedbrytningsmaskinen.

Membranblæra med sur pH og et stort utvalg nedbrytende enzymer. Lysosomet bryter ned materiale som er tatt opp utenfra, og cellens egne slitte organeller.

Surheten har to funksjoner. Den er arbeidsforholdet enzymene i lysosomet er laget for — de virker dårlig ved cytosols pH, noe som er en innebygd sikkerhet dersom de skulle lekke ut. Og den er selve mekanismen som løsner enzymet fra M6P-reseptoren ved leveringen, slik at reseptoren kan gå tilbake til Golgi og hente en ny last.

De to måtene et protein kan forlate cellen på. Ved konstitutiv sekresjon sendes blærene ut fortløpende, uten at noe signal må gis. Ved regulert sekresjon lagres blærene inne i cellen og tømmes først når cellen får et signal.

Skillet er verdt et pluss-punkt: en celle som skiller ut fordøyelsesenzymer eller hormoner, bruker den regulerte veien og har derfor synlige lagringsblærer i elektronmikroskopet — et funn du kan bruke som begrunnelse i en bildetolkningsoppgave.

Et lite protein som henges på andre proteiner som et nedbrytningsmerke. Én ubikvitin er ikke nok — det er kjeden av flere ubikvitiner etter hverandre som utgjør signalet.

Merkingen er svært selektiv: den avgjøres av enzymer som gjenkjenner bestemte trekk ved målproteinet, for eksempel at det er feilbrettet eller at det har fått en bestemt modifikasjon. Det er denne presisjonen som gjør at cellen kan fjerne ett bestemt reguleringsprotein på minutter uten å røre resten.

Det tønneformede proteinkomplekset i cytosol og kjerne som bryter ned ubikvitinmerkede proteiner. Proteasomet har et lokk som kjenner igjen ubikvitinkjeden, og et indre rør der selve klippingen skjer.

Tre trekk skal med i et fullt svar: det gjenkjenner ubikvitinkjeden, det må brette ut proteinet for å mate det inn i røret, og prosessen krever ATP. Ubikvitinene klippes av og gjenbrukes, akkurat som aminosyrene.

Hule rør av proteinet tubulin, den groveste av cytoskjelettets tre trådtyper. Mikrotubuli er ikke symmetriske: den ene enden kalles minusenden og er som regel forankret nær cellesentrum, den andre kalles plussenden og peker ut mot celleperiferien.

Retningen er ikke et navnetriks — den er det som gjør målrettet transport mulig. Uten en definert retning på skinnen ville et motorprotein ikke hatt noen måte å vite hva som er «utover» og hva som er «innover».

Området nær cellekjernen der mikrotubuli starter, og der minusendene deres er forankret. Derfra stråler rørene utover i cellen som eiker i et hjul.

Dette er grunnen til at «mot minusenden» og «innover mot cellesentrum» betyr det samme, og at «mot plussenden» og «utover mot periferien» betyr det samme. Husker du hvor minusenden er forankret, følger retningene til begge motorproteinene av seg selv.

Motorproteinet som går mot mikrotubulens plussende, altså utover mot celleperiferien. Kinesin frakter blærer og organeller fra cellesentrum og ut.

I en nervecelle er dette den anterograde transporten: fra cellekroppen, der proteinene lages, og ut mot nerveenden. Knagg: kinesin kjører kryss og tvers utover — det er den ene halvdelen av paret, og den andre går motsatt vei.

Motorproteinet som går mot mikrotubulens minusende, altså innover mot cellesentrum. Dynein frakter last fra periferien og inn.

I en nervecelle er dette den retrograde transporten: fra nerveenden og tilbake til cellekroppen. Kinesin og dynein er kapitlets sikreste forvekslingspar, og en oppgave som spør om retning, spør i praksis om du kan holde disse to fra hverandre.

De tynneste trådene i cytoskjelettet. Aktin ligger tett under cellemembranen og gir cellen form, styrer bevegelser av selve overflaten og driver cellevandring sammen med motorproteinet myosin.

Arbeidsdelingen mot mikrotubuli er verdt å ha klar: mikrotubuli er langtransporten gjennom cellen, aktin er nærarbeidet ved overflaten. Den setningen alene besvarer en hel del nedtrekksoppgaver.

Den tredje trådtypen, midt imellom aktin og mikrotubuli i tykkelse. De har ingen motorproteiner og driver ingen transport — jobben deres er ren mekanisk styrke.

Intermediærfilamentene er de mest vevsspesifikke av de tre, og hvilken type en celle lager, sier noe om hvilket vev den kommer fra. Det er en kobling mot histologien i Del 5 og et godt pluss-punkt, men de detaljerte typenavnene er ikke kjernestoff her.

Bindevevets viktigste strukturprotein, bygd av tre proteinkjeder som er vridd om hverandre til en trippelheliks. Trippelhelikset er det som gir kollagenet strekkfastheten.

Veien er en vanlig sekretvei med to ekstra trinn: kjedene modifiseres kjemisk inne i ER før de vris sammen, og molekylet klippes til ferdig form etter at det er skilt ut. At sluttmonteringen skjer utenfor cellen, er ingen tilfeldighet — ferdige kollagenfibrer inne i cellen ville vært en katastrofe for den.

Modifikasjonen som skjer med kollagenkjedene inne i ER: bestemte prolin- og lysinaminosyrer får satt på en hydroksylgruppe. Enzymene som gjør det, trenger vitamin C for å virke.

Uten hydroksyleringen blir trippelhelikset ustabilt, og kollagenet holder ikke. Det er mekanismen bak skjørbuk, mangelsykdommen der bindevevet svikter — og den er tatt med her som mekanismeforklaring, ikke som kostholdsråd. Poenget for eksamen er koblingen vitamin C → hydroksylering → stabil trippelheliks.

Cellevæsken utenfor organellene — der frie ribosomer arbeider, der ubikvitinmerkingen skjer, og der proteasomene ligger.

Cytosol er også standarddestinasjonen: et protein uten adresselapp blir liggende her. Å vite det gjør den fjerde raden i nedtrekksoppgaven enkel i stedet for forvirrende.

Den lille membrankula som frakter last mellom organellene i sekretveien: fra ER til Golgi, gjennom Golgi, og fra Golgi videre til lysosom eller cellemembran.

Blæra snøres av fra én membran og smelter sammen med en annen. Innholdet er derfor aldri innom cytosol underveis — noe som er en del av forklaringen på at sorteringen holder seg ryddig.

Koblingen til motorproteinene er direkte: anterograd = kinesin = mot plussenden; retrograd = dynein = mot minusenden. Klarer du å skrive den doble likheten, har du besvart det aller meste av det cytoskjelettet blir spurt om.