Vezikula
Vezikula – u citologiji – je relativno mali unutarćelijski, kesasti mjehurić, koji je obložen sopstveno membranom. Od citosola je odvaja najmanje jedan lipidni dvosloj. Osnovna funkcija ove strukture je su skladištenje i transport tvari.[1]
Prenos tvari počinje tako da se dio organele udubi i formira mjehurić okružen membranom (tzv. transportne vezikule). Takav mjehurić cirkulira ćelijom, a kada naiđe na membranu organele koja mu odgovara, s njom i sadržaj unosi svoj sadržaj. Na sličnom principu zasniva se i izbacivanje molekula iz ćelija.
Većina transportnih vezikula ustvari se formira od specijaliziranih obloženih regija membrane. One pupaju kao obložene vezikule, ali se, prije stapanja sa ciljnom membranom, obloga odvaja, da bi se membrane mogle nesmetano spojiti. Mehanizam odvajanja vezikula od membrane vjerovatno je posljedica uticaja velike količine nakupljenih proteina na lipidnom dvosloju membrane, što izaziva spontano deformiranje i ispupčenje membrane koja se jednostavno uvija sve dok se ne formira mjehurić, koji se zatim odvoji. Na isti se način odvajaju vezikule endoplazmatskog retikuluma, koje prenose proteine do Golgijevog aparata.[2][3]
Vrste vezikula
uredi
Vakuole
urediVakuole su vezikule koje pretežno sadrže vodu.
- Biljne ćelije imaju veliku centralnu vakuolu u sreištu ćelije koja im služi za kontrolu osmoze i skladištenje biljnih nutrijenata.
- Kontraktilne vakuole se nalaze kod nekih protista, posebno u koljenu Ciliophora. One uzimaju vodu iz citoplazme i izlučuju je iz ćelije da bi se izbjeglo pucanje zbog osmotskog pritiska.
Lizosomi
uredi- Lizosomi su uključeni u ćelijsko prpbavu. Hrana može biti uzeta iz vanjskog okruženja ćelije u hranljivu vakuolu, putem procesa endocitoza. Ova hranljiva vakuola se spaja sa lizosomima koji razlažu komponente tako da budu upotrebljive u ćeliji. Taj način ćelijske ishrane se označava kao fagocitoza.
- Lizosomi se također koriste za uništavanje defektnih i oštećenih organela, u procesu autofagije.
Transportne vezikule
uredi- Transportne vezikule mogu prenositi molekule između pojedinih lokacija unutar ćelije, npr, proteine iz hrapavog endoplazmatskog retikuluma do Golgijevog aparata.
- Proteini koji su vezani za membrane i sekrecijski proteini izrađeni su u ribozomima, nalaze se u hrapavom endoplazmatskom retikulumu. Većina tih proteina dospijevaju u Golgijev aparat, prije odlaska na svoje konačno odredište, koje može biti u lizosomima, peroksisomima ili izvan ćelije. Ovi proteini u ćeliji putuju unutar transportnih vezikula.
Sekrecijske vezikule
urediSekrecijske vezikule sadrže materijale koji se izlučuju iz ćelije. Ćelije imaju mnogo razloga za izlučivanje. Jedan od razloga je odlaganje otpada. Drugi razlog je vezan za funkciju ćelija. Unutar većih organizama, neke ćelije su specijalizirane za proizvodnju određenih hemikalija, koje se čuvaju u sekrecijskim vezikulama i ispuštaju kada je to potrebno.
Tpovi sekrecijskih vezikula
uredi- Sinapsne vezikule se nalaze na presinapsnim ograncima neurona i skladište neurotransmitere. Kada signas stigne u akson, sinapsne vezikule se spoje sa ćelijskom membranom lučeći neurotransmiter tako da može biti prepoznatljiv za receptorske molekule na narednu nervnu ćeliju.
- Kod životinja endokrina tkiva luče hormone u krvotok. Ovi hormoni su smješteni unutar sekrecijskih vezikula. Dobar primjer endokrinog tkiva nalazi se u Langerhansovim otočičima pankreasa. Ovo tkivo sadrži mnoge vrste ćelija koji su definirane proizvodnjom hormona.
- Sekrecijske vezikule sadrže enzime koji koriste ćelijski zidovi biljnih ćelija, te protisti, gljive, bakterije i Archaea, kao i vanćelijskog matriksa životinjskih ćelija.
- Bakterije, arheje, gljive i paraziti otpuštaju membranske vezikule (MVS) koje sadrže raznovrsne ali specijalizirane toksične spojeva i signalne biokemijske molekule, koje su unesene ciljne ćelije da pokrenu procese u korist mikroba, koji uključuju invaziju na ćelije domaćina i ubijanje konkurentskih mikroba u istim nišama.[4]
Vanćelijske vezikule
urediVanćelijske vezikule se proizvede u svim sferama života, uključujući složene eukariote i Gram-negativne i Gram-pozitivne bakterije, mikobakterije i gljive. Postoji nomenklatura za razne ekstracelularne vrsta vezikula, uključujući:
- Egzosomi: opnene vezikule endocitoznog porijekla (promjera 50-100 nm) obogaćen u CD63 i CD81.[5]
- Mikrovezikule (također zvane prolijevajuće mikrovezikule) luče se direktno iz plazma membrane (promjer 20-1000 nm.
- Membranske čestice e (50-80 nm) ili velike membranozne vezikule (~600 nm) CD133+, CD63–;
- Apoptozni mjehurići ili vezikule (promjera 1000-5000 nm): ukazuju na umiranje ćelija (apoptozu),
Ćesto su izdvajaju zgušnjavanjem putem diferencijalnog centrifugiranja.
Ektosomi su opisani u 2008. godini, ali je u 2012. se već nisu smatrali posebnim tipom.
Kod ljudi, endogene vanćelijske vezikule vjerojatno imaju ulogu u koagulaciji, međućelijskoj signalizaciji i upravljanju otpadom.[5] U Gram-negativni m bakterijama, vanćelijske vezikule nastaju odvajanjem od vanjske membrane; Međutim, ove vezikule bježe iz debelih ćelijskih zidova Gram-pozitivnih bakterija, a kod mikobakterija i gljiva još uvijek su nepoznata. Kod Gram-pozitivnih bakterija sadrže raznovrsne materijele, uključujući i nukleinske kiseline, toksine, lipoproteine i enzimei i imaju važnu ulogu u fiziologiji mikroba i patogenezi. U interakciji domaćin-patogen, Gram negativne bakterije proizvode vezikule koje imaju ulogu u uspostavljanju kolonizacije niša, nošenje i prenošenje faktora virulencije u ćelijama domaćina i modulacije odbrane i odgovora domaćina.[6] Za okeanske cijanobakterije je nađeno d kontinuirano otpuštaju vezikule koje sadrže containing proteine, DNK i RNK u otvoreni okean. Vezikule koje nose DNK razlićitih bakterija, učestale su u uzorcima voda obalnih područja i otvorenog okeana.[7]
Ostali tipovi vezikula
urediGasne vezikule imaju Archaea, bakterije i planktonski mikroorganizmi, moguće za kontrolu vertikalnih migracija pri regulaciji sadržaja plinova, čime reguliraju plovnosti ili možda utiču na položaj ćelije za maksimalno uzimanje sunčevih zraka. Ove vezikule su obično cilindrične cijevi napravljene od proteina; njihov promjer određuje veću ili slabiju snagu vezikule. Promjer vezikule također utiče na njenu zapreminu i koliko efikasno može omogućiti plovnost. U cijanobakterija, prirodna selekcija je uticala na stvaranje vezikula koje su sa maksimalno mogućim prečnikom, koji još omogućava stabilnu strukturu. Proteinska koža propušta gasova, ali ne i vodu,čuvajući i vezikule od poplava.[8]
Matriksne vezikule se nalaze unutar vanćelijskog prostora ili matriksa, Upotrebom elektronske mikroskopije, nezavisno su ih otkrili 1967 H. Clarke Anderson[9] i Ermanno Bonucci.[10] Ove ćelijski izvedene vezikule su specijalizirane za pokretanje biominerakizacijske matrice u različitim tkivima, uključujući i kosti, hrskavice i dentin. Tokom normalne kalcifikacije, veliki priliv kalcijevih i fosfatnih iona u ćelije prati ćelijsku apoptozu (genetički odrđeno samouništenjr) i formiranje vezikulske matrice. Ulaženje kalcija također dovodi do stvaranja fosfatidilserina: kalcij: fosfat kompleksa u plazma membrani u sklopu kojeg je protein zvani aneksin. Pupoljci matriksnih vezikula nastaju iz plazma membrane, na mjestima interakcije sa ekstracelularnim matriksom. Dakle, matrične vezikule prenose kalcij vanćelijskog matriksa, te fosfate, lipide i aneksine koji deluju na nukleizaciju mineralnih formirmacija. Ovi procesi su precizno koordinirani da obave, na pravom mjestu i vremenu, mineralizaciju tkivne matrice, osim ako ne postoji Golgijev aparat.
Multivezikulsko tijel ili MVB, je membranski-vezana vezikula koja sadrži brojne male vezikule.
Formiranje i transport vezikula
urediNeke vezikule nastaju kada se dio membrane prignječi endoplazmatskim retikulumm ili Golgijevim kompleksom. Druge se stvaraju kada je objekt izvan ćelije okružen ćelijskom membranom.
Molekule prihvatanja tereta
urediSkup vezikule zahtijeva brojne omotače koji ih okružuju i vežu za proteine koji se prenose i vežu za njihov omotač. Oni također imaju razne transmembranske receptore proteina, pod nazivom Cargo receptori tereta (cargo receptori), koji primaju molekule za prenošenje.
Vezikulski omotač
urediOmotač vezikule je sloj koji služi za oblikovanje zakrivljenosti membrane donora i za izbor specifičnih proteina kao tereta. On bira teret proteina vezanjem za sortirajuće signale. Na taj način se vezikulski omotač klasterira i odabire membranske proteine u nastajanju pupoljaka vezikule.
Postoje tri vrste omotača vezikule:
- klatrin,
- COPI i
- COPII. Klatrinski sloj se nalazi između Golgijevog aparata i plazma membrane, Golgijevog aparata i endosoma i plazma membrane i endosoma. COPI obložene vezikule su odgovorne za retrogradni transport od Golgijevog aparata na endoplazmatski retikulum, dok su vezikule sa COPII omotačem odgovorne za anterogradni transport u obrnutom smjeru.
Za klatrinski omotač se smatra da daje odgovor na regulatorne G protein, a. A coat za sklapanje i rasklapanje zbog ADP ribosylation faktor (ARF) proteina.
The clathrin coat is thought to assemble in response to regulatory G protein. Dijelovi obloge se kompletiraju i dekompletiraju, utičući na faktor ADP ribozilacije (ARF) protein.
Priključenje vezikula
urediPovršinski markeri zvani SNARE-vi identificiraju teret vezikule a komplementarni SNARE-ovi na ciljnoj membrani izazivaju spajanje vezikule i ciljnom membrane. Hipotetski, takve v-SNARE postoje na vezikulskoj membrani, dok su komplementarni na ciljnoj membrani poznati kao t-SNARE-vi.
Često se SNARE-vi povezani sa vezikulama ili ciljnim membranama, umjesto toga, klasificiraju kao Qa, Qb, Qc ili R SNARE-vi ispoljavajući dalju varijaciju nego jednostavnu podjelu na v- ili t-SNARE-ve. Niz različitih SNARE-kompleksa se može vidjeti u različitim tkivima i supćelijskim dijelovima s 36, dosad identificiranuh, izoformi kod ljudi.
Za regulacijske Rab proteine se misli da pregleda spajanje SNARE-va. Rab protein je regulacijski GTP-vezujući protein, a kontrolira vezanje tih komplementarnih SNARE-va dovoljno dugo da Rab proteina hidrolizira svoj vezani GTP i zatvori kesicu na membrani.
Spajanje vezikula
urediFuzija vezikula se može pojaviti na jedan od dva načina: potpuno spajanje ili fuzija poljubi-i-bježi. Spajanje zahtijeva da se dvije membran dovede unutar međusobne udaljenosti os 1,5 nm. Da bi se to dogodilo voda mora biti odmaknuta od površine vezikulske membrane. To je energetski nepovoljno, a dokazi upućuju na to da proces zahtijeva ATP, GTP i acetil-CoA. Fuzija je također povezana s pupanjem, zbog čega se javljaju itermini pupanje i spajanje.[11]
Vezikule u podregulaciji receptora
urediMembranski proteini koji služe kao receptori ponekad su označeni kao faktori za i za podregulaciju, pripojenjem ubikvitina. Nakon dolaska u endosom (gore opisanog), vezikule se počinju formirati unutar endosoma, uzimajući sa sobom membranske proteine namijenjene za razgradnju. Kad endozom postane zreo lizosom ili sjedinjen s jednim, vezikula je potpuno degradirana. Bez ovog mehanizma, samo vančelijski dio membranskih proteina će doći u lumen lizosoma i samo ovaj dio će biti degradiran.[12]
To je zbog tih vezikula koje su sa endozomima ponekad poznate kao multivezikulska tijela. Put za njihovo oblikovanje još nije potpuno razjašnjena, za razliku od drugih gore opisanih vezikula, a vanjska površina vezikula nije u kontaktu s citosolom.
Pripremanje vezikula
urediIzoliranje vezikula
urediProizvodnja membranske vezikule je jedan od načina da se istraže različita membranska mjesta. Nakon što se živo tkivo se razgradi u suspenziju, razne membrane tvore sitne zatvorene mjehuriće. Veliki fragmenti smrvljenih ćelijs mogu se odstraniti centrifugiranjem pri malim brzinsma rotacije, a kasnije i dio poznatog porijekla (plazmalema, tonoplast i sl.) može se izolirati preciznim visoko-brzinskim centrifugiranjem u gradijent gustoće. Pomoću osmotskog šoka, moguće je privremeno otvaranje vezikulskih kesica (punjenjem odgovarajućom otopinom), a zatim se centrifugira da se resuspendiraju u nekom drugom rastvoru. Primjena ionofora poput valinomcin a mogu se stvoriti elektrohemijskih gradijenti usporedive s gradijentima unutar žive ćelije.
Nastanak vezikula
urediVezikule se uglavnom koriste u dvije vrste istraživanja:
- Da bi se pronašli i kasnije izolirali membranski receptori koji se specifično vežu hormone i razne druge važne tvari. Dok se prenos može lakše istraživati tehnikom flasterski pojas, vezikule mogu biti izolirani iz predmeta za koji se ta tehnika se ne primjenjuje.[13]
- Za istraživanje transporta različitih iona ili supstanci duž membrane datog tipa.[14]
Vještačke vezikule
urediTakođer su, u biohemiji, proučavane i fosfolipidne vezikule.[15]
Za takve studije, može se pripremiti homogena fosfolipidna suspenzija, putem sonikacije,[16] injekcijom fosfolipidnog rastvora u membranski rastvor u vodenom buferu.[17] Na taj način, vodeni rastvor vezikula se može pripremiti od kompozicije različitih fosfolipida, kao i dobiti različite veličine vezikula.
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Eds. (2005). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB) Sarajevo. ISBN 9958-9344-1-8.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ^ Kapur Pojskić L. (2014). Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo. ISBN 978-9958-9344-8-3.
- ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo. ISBN 9958-10-222-6.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ^ Deatherage, B. L.; Cookson, B. T. (2012). "Membrane Vesicle Release in Bacteria, Eukaryotes, and Archaea: a Conserved yet Underappreciated Aspect of Microbial Life". Infection and Immunity. 80 (6): 1948–1957. doi:10.1128/IAI.06014-11. ISSN 0019-9567.
- ^ a b van der Pol, Edwin; Böing, Anita N.; Harrison, Paul; Sturk, Augueste; Nieuwland, Rienk (1. 7. 2012). "Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles". Pharmacological Reviews. 64 (3): 676–705. doi:10.1124/pr.112.005983. ISSN 1521-0081. PMID 22722893. Free full text
- ^ Kuehn, Meta J.; Kesty, Nicole C. (15. 11. 2005). "Bacterial outer membrane vesicles and the host-pathogen interaction". Genes & Development. 19 (22): 2645–2655. doi:10.1101/gad.1299905. ISSN 0890-9369. PMID 16291643.
- ^ Biller, Steven J.; Schubotz, Florence; Roggensack, Sara E; Thompson, Anne W.; Summons, Roger E.; Chisholm, Sallie W. (10. 1. 2014). "Bacterial Vesicles in Marine Ecosystems". Science (jezik: engleski). 343 (6167): 183–186. doi:10.1126/science.1243457. ISSN 0036-8075. PMID 24408433.
- ^ Walsby, Anthony (1994). "Gas Vesicles" (PDF). Microbiological Reviews. PMID 2016.
- ^ Anderson HC (1967). "Electron microscopic studies of induced cartilage development and calcification". J. Cell Biol. 35 (1): 81–101. doi:10.1083/jcb.35.1.81. PMC 2107116. PMID 6061727.
- ^ Bonucci E (1967). "Fine structure of early cartilage calcification". J. Ultrastruct. Res. 20 (1): 33–50. doi:10.1016/S0022-5320(67)80034-0. PMID 4195919.
- ^ Alberts, Bruce; et al. (1998). Molecular Biology of the Cell (Fourth izd.). New York: Garland. ISBN 0-8153-2971-7.
- ^ Katzmann DJ, Odorizzi G, Emr SD (2002). "Receptor downregulation and multivesicular-body sorting" (PDF). Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3 (12): 893–905. doi:10.1038/nrm973. PMID 12461556. Arhivirano s originala (PDF), 29. 11. 2007. Pristupljeno 28. 4. 2016.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ^ Sidhu VK, Vorhölter FJ, Niehaus K, Watt SA (2008). "Analysis of outer membrane vesicle associated proteins isolated from the plant pathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. campestris". BMC Microbiol. 8: 87. doi:10.1186/1471-2180-8-87. PMC 2438364. PMID 18518965.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ^ Scherer GG, Martiny-Baron G (1985). "K+/H+ exchange transport in plantmembranevesicles is evidence for K+ transport". Plant Science. 41 (3): 161–8. doi:10.1016/0168-9452(85)90083-4.
- ^ Voet D., Voet J. G. Biochemistry, 3rd Ed.[publisher= Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.
- ^ Barenholz, Y.; Gibbes, D.; Litman, B. J.; Goll, J.; Thompson, T. E.; Carlson, F. D. (1977). "A simple method for the preparation of homogeneous phospholipid vesicles". Biochemistry. 16 (12): 2806–10. doi:10.1021/bi00631a035. PMID 889789.
- ^ Batzri S, Korn ED (april 1973). "Single bilayer liposomes prepared without sonication". Biochim. Biophys. Acta. 298 (4): 1015–9. doi:10.1016/0005-2736(73)90408-2. PMID 4738145.
Vanjski linkovi
uredi