1. Citosols - citoplazmas lielākā sastāvdaļa 4. tēma

2. Citoplazma Organoīdi: ET, GK, Mi, P, L, V, citoskelets,
(plastīdas, centrosomas);
Citosols.

4. Citoplazma
Citoplazmas šķidrā daļa citosols ir vislielākais no visiem šūnas nodalījumiem.
Citoplazma sastāv no organoīdiem, ūdens, kurā ir izšķīdušas neorganiskās un organiskās vielas, un enzīmiem. Citosols satur jonus, cukurus, aminoskābes, olbaltumvielas, RNS un citas vielas. Citosola galvenā sastāvdaļa ir ūdens.
E. coli citosolā olbaltumvielu koncentrācija ir 250 mg/ml, RNS koncentrācija ir 100 mg/ml, bet DNS koncentrācija ir 15 mg/ml.

5. Citosolam ir gēla īpašības
Citosolam ir gēla īpašības. Tas ir piepildīts ar tīklveida pavedieniem (citoskelets). Kanālu efektīvais izmērs ir 20– 30 nm.
Molekulas, kuras ir mazākas (H2O, joni, monosaharīdi u. c.), var brīvi difundēt caur šiem ūdens kanāliem.
Olbaltumvielu un organellu kustība var notikt, tikai pārraujot gēlā esošās saites starp pavedieniem!
Ūdenī olbaltumvielas difūzijas ātrums ir 20 μm/s, E. coli citoplazmā – 5,5 μm/s, kāmja olšūnas citoplazmā –10 μm/sek un mitohondriju matriksā – arī 10 μm/sek.
Citosolā ir gan polipeptīdi, gan no vairākiem polipeptīdiem veidotas olbaltumvielas. Olbaltumvielas var veidot citoskeletu (struktūrolbaltumvielas) vai katalizēt ķīmiskās reakcijas (enzīmi). Enzīmi veido jaunas vielas vai arī aktivē citus enzīmus. Parasti aktivēšanu veic pievienojot fosfāta grupu pie olbaltumvielas molekulas. To nodrošina enzīmu grupa – proteīnkināzes.

6. Citosola transkriptoms – RNS molekulu komplekss citosolā un citosola proteoms – olbaltumvielu komplekss citoplazmā ir ļoti dinamisks. Tā kā transkriptomu un proteomu veido vairāki tūkstoši dažādu molekulu, dažādās koncentrācijās, tad ļoti strauji var mainīties to koncentrācija, izzust viena veida molekulas un parādīties citas.
Piemēram, HeLa šūnās 30 sekundes pēc karstuma stresa citosolā parādās pirmās stresa olbaltumvielas.
Arabidopsis šūnās kalcija jonu ietekmē dažu sekunžu laikā izmainās kalcija piesaistošo olbaltumvielu kalmodulīna koncentrācija.
Savukārt aļģu Chlamydomonas reinhardtii šūnās gaisma regulē pat 2500 gēnu aktivitāti.
RNS molekulu un olbaltumvielu molekulu dzīves ilgums citosolā ir ļoti atšķirīgs, no dažām sekundēm līdz vairākiem mēnešiem.
Proteomu nosaka noteiktu gēnu ekspresijas aktivitāte, RN- āžu un proteosomu aktivitāte.

7. Citosola struktūra Citosolam ir gēla īpašības;
Tas ir piepildīts ar tīklveida pavedieniem;
Kanālu efektīvais izmērs ir nm;
Molekulas, kuras ir mazākas, var brīvi difundēt caur šiem ūdens kanāliem (H2O, joni, monosaharīdi u.c.);
Organelu kustība var notikt tikai pārraujot gēlā esošās saites starp pavedieniem!

10. Procesi citosolā
citosolā notiek daudzas metaboliskās reakcijas (glikolīze u.c.);
veic signālu pārnešanu;
nodrošina olbaltumvielu sintēzi ribosomās;
satur transkripcijas faktorus.

11. Olbaltumvielas pēc sintēzes
Citosolā sintezētajām pievieno siltuma šoka olbaltumvielas, transportē un izveido terciāro struktūru.

12. Čaperoni
Čaperoni ir šūnā sastopamu olbaltumvielu grupa, kas palīdz jaunsintezētajiem vai denaturētajiem proteīniem izveidot pareizu trīsdimensionālo struktūru (5.1. att.). Čaperonus sauc arī par siltuma šoka olbaltumiem, jo to skaits pieaug, palielinoties temperatūrai. Tie palīdz atjaunot denaturētās olbaltumvielas. Čaperoni pievienojas pie proteīna un neļauj nepareizu mijiedarbību starp polipeptīdu ķēdēm. Šajā procesā tiek patērēta ATF enerģija.
Čaperonus iedala grupās pēc to molekulmasas: Hsp60, Hsp 70, Hsp 90, u.c..
Daži čaperonu veidi pasargā polipeptīdu no nepareizas savstarpējas aminoskābju saistīšanās, citi palīdz transportēt polipeptīdus un pievienot organellu membrānām un vēl citi nodrošina pareizu 3 D struktūras izveidošanu. Čaperoni ir monomēri. Daži čaperoni veido čaperonīnus.
Piemēram, čaperoni Hsc 70 un Hsp 90 pievienojas pie mitohondrijiem paredzētajiem preproteīniem, nodrošina pirmējās struktūras saglabāšanos un transportu līdz mitohondriju membrānai. Tālāk notiek preproteīnu saistīšanās ar mitohondriālajiem transporta proteīniem (TOM 70) un paralēli transportam caur membrānu čaperoni tiek atdalīti.

13. Čaperonīna molekulas 3D uzbūve
Čaperonīna molekulas 3D uzbūve. Sarkns – GroEL heptamērs, dzeltens – GroES.
No GroEL/GroES veidotie čaperonīni ir sastopami E. coli un mitohondrijos. Katru no čaperonīna subvienībām veido vairāki polipeptīdi.
Proteīns, kuram ir pirmējā struktūra, pievienojas GroEL. GroEL pievieno ATF. ATF hidrolīze izraisa GroES atdalīšanos. Atdalītais GroES var pievienoties pie GroEL tā, lai nosegtu pievienoto proteīnu. Čaperonīna iekšienē noris olbaltumvielas 3D struktūras izveidošanās. Tam seko proteīna atbrīvošanās. Ja atbrīvotā olbaltumviela nav pilnībā ieguvusi terciāro struktūru, tad to atkārtoti var pievienot pie GroEL.

16. Proteosomas
Šūnā esošo olbaltumvielu nomaiņu ar ATFenerģijas palīdzību notiek proteosomās.
Proteosomas ir sastopamas gan citoplazmā, gan kodolā. Šūnu nāves gadījumā proteosomas tiek inaktivētas un aktivējās lizosomālā sistēma.
Proteosomas pievienojas pie olbaltumvielām, kurām ir pievienota neliela olbaltumviela – ubikvitīns. Proteosomu diametrs ir 25 nm, un tās ir veidotas no vairākām proteāzēm.
Proteosomu viedo 19S un 20S subvienības. 19S subvienība, patērējot ATF enerģiju, spēj pievienot ar ubikvitīna molekulām iezīmētas kļūdainas uzbūves olbaltumvielas, nodrošināt to atritināšanu un ievietošanu 20 S subvienībā. 20 S subvienība nodrošina šo olbaltumvielu peptīdu saišu pārraušanu.
20S subvienību veido četri gredzeni. Gredzenu ārējo daļu veidojošie polipeptīdi ir atbildīgi par substrāta ievietošanu cilindra centrālajā daļā. Gredzenu iekšējās daļas polipeptīdi veido sešus katalītiskos centrus, kuros pārrauj peptīdu saites. Centrālajā daļā esošā olbaltumviela tiek sadalīta 2-25 aminoskābes garos peptīdos.
Peptīdi nokļūst citoplazmā un tur tos sadala tālāk ar citosolisko endopetidāžu un aminopeptidāžu palīdzību.

17. Lecker SH, Goldberg AL, Mitch WE (July 2006)
Lecker SH, Goldberg AL, Mitch WE (July 2006). "Protein degradation by the ubiquitin-proteasome pathway in normal and disease states". Journal of the American Society of Nephrology : JASN 17 (7): 1807–19.