שאלון מערכת: שעורי בית ביולוגיה של התא 3
ביולוגיה של התא 3 שאלה 1
איזה אברון לא מקבל חלבונים באמצעות טרנסלוקציה?
במה עוסקת השאלה: העברת חלבונים בין מדורים.
תשובה: ג’. ישנן ארבע דרכים שונות במהותן להעביר חלבון ממדור אחד למשנהו:
- טרנסלוקציה של חלבונים {protein translocation} — טרנסלוקטורים טרנסממברנליים בממברנות האברונים מעבירים ישירות חלבונים ספציפיים מהציטוזול לחלל נבדל מבחינה טופולוגית. זה קורה למשל בייבוא חלבונים מהציטוזול ל- ER, למיטוכונדריה ולפרוקסיזום (שלילת מסיחים א, ב ו- ד).
- הובלה מגודרת {gated transport} — חלבונים ומולקולות RNA נעים בין הציטוזול לגרעין דרך ה- NPC, שמתפקדים כשערים סלקטיביים התומכים בטרנספורט אקטיבי של מקרומולקולות ספציפיות בין שני המרחבים המקבילים טופולוגית הללו (הגרעין והציטוזול אמנם שווי ערך טופולוגית אך נבדלים פונקציונלית). על כן, מסיח ג׳ הוא הנכון.
- תנועה וזיקולרית {vesicular transport} — החלבונים נעים בוזיקולות ממדור אחד למדור שווה-ערך טופולוגית אחר. למשל תנועת חלבונים בין הגולג׳י ל- ER נעשה בדרך זו.
- בליעה {engulfment} — ממברנה כפולה שעוטפות חלקים מהציטופלזמה ונסגרת למדור נפרד. זה קורה למשל באוטופאגיה כדי להעביר מקרומולקולות או אברונים מהציטוזול לעיכול בליזוזום.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 694-695
ביולוגיה של התא 3 שאלה 2
מה מבין הבאים אינו נכון לגבי וזיקולות מצופות קלת’רין (Clathrin)?
במה עוסקת השאלה: תנועה בין ממברנלית.
תשובה: ג’. ישנם 4 סוגי וזיקולות בהתאם לחלבון הציפוי המקיף אותן. כל סוג משמש במסלול טרנספורט אחר. במקרה של וזיקולות מצופות קלת’רין – הן אחראיות לטרנספורט מממברנת התא ובין קומפלקס הגולג’י והאנדוזום (Endosome). תוך כדי התארכות הוזיקולה הצעירה מתוך הממברנה מגויסים חלבונים ציטופלסמטים, ביניהם החלבון דינאמין (Dynamin) – הנקשרים לצוואר המקשר את הוזיקולה לממברנה. דינאמין מכיל שני אתרים, האחד קושר פוספואינוזיטידים (PI4,5P2) וכך מחבר את הקומפלקס לממברנה והשני הוא GTPase אשר שולט בקצב ההנצה של הוזיקולות מהממברנה. שימו לב, דינאמין לא “בורר” אילו חלבונים יעברו טרנספורט.
שלילת מסיחים:
א. החלבון קלת’רין מצפה את הוזיקולות ויוצר את השכבה החיצונית של ציפוי הוזיקולה. כל תת יחידה, מורכבת מ-3 פוליפפטידים גדולים (=שרשראות כבדות) ו-3 קטנים (=שרשראות קלות) במבנה ייחודי שנקרא טריסקליון.
ב. הפוליפפטידים שיוצרים את מבנה הטריסקליון, יכולים ליצור מבנה דמויי-כלוב באופן ספונטני, גם במבחנה.
ד. כאמור, לדינאמין יש דומיין GTPase שאחראי לבצע הידרוליזה של GTP בשביל וויסות תהליך ההנצה של הוזיקולה מהממברנה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 753-757
ביולוגיה של התא 3 שאלה 3
וזיקולות COP I:
במה עוסקת השאלה: תנועה בין ממברנלית.
תשובה: א’. ישנם 4 סוגי וזיקולות בהתאם לחלבון הציפוי המקיף אותן. כל סוג משמש במסלול טרנספורט אחר. וזיקולות COP-I מניצות ממדור הגולג’י לעבר ה-ER (תנועה רטרוגרדית).
שלילת מסיחים:
ב. טרנספורט שמתבצע מציסטרנת הגולג׳י שהכי קרובה ל-ER (ציס-גולג׳י) אל זו שהכי רחוקה ממנו (טרנס-גולג׳י) מדגים תנועה אנטרוגרדית ולא רטרוגרדית (תנועה חוזרת) כפי שכתוב במסיח.
ג. הרצפטור עבור M6P משמש לזיהוי חלבונים ליזוזומליים ושינוע שלהם לעבור האנדוזום. שימו לב, וזיקולות שמכילות את הרצפטור הזה יהיו מצופות בקלת’רין (מה-TGN אל האנדוזום המוקדם) או ב- Retromer (מיחזור של הרצפטור לאחר שחרור המטען באנדוזום, כיווניות הפוכה: מהאנדוזום מוקדם אל ה-TGN).
ד. COP-I אחראי על תנועה רטרוגרדית מהגולג’י אל ה-ER.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 751-752 (ציפוי COP-I) ו- 777-779 (קולטן M6P)
ביולוגיה של התא 3 שאלה 4
מה מהבאים אינו נכון אודות וזיקולות COP II?
במה עוסקת השאלה: תנועה בין ממרנלית.
תשובה: ב’. החלבון דינאמין, הוא חלבון ציטופלסמטי חשוב בתהליך ההנצה של וזיקולות מצופות-קלת’רין, ולא COP-II.
שלילת מסיחים:
א. וזיקולות COP-II מניצות מה-ER (בתחילת מסלול ההפרשה) ונעות לעבר ה-CGN בגולג’י – תנועה אנטרוגרדית.
ג. וזיקולות COP-II “אוספות” חלבונים שנוצרו ב-ER (כאמור, תרגום של חלבונים שלא מיועדים להשאר בציטוזול, עוברים לסינתזה ב-ER) ומשנעות אותם לגולג’י להמשך עיבוד
ד. מסיח זה הוא העשרה שכדאי להכיר: סיגנל הכוונה די-חומצי הוא סיגנל שנמצא ע”ג הרצפטור שקשר את החלבון שעובר טרנספורט מה-ER הלאה. הרצף יזוהה ע”י חלבוני מעטפת הוזיקולה Sec23+Sec24, ובאופן ספציפי –ע”י Sec24.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 765-767(COP-II). העשרה בנושא הסיגנל הדי-חומצי ניתן למצוא ב-Lodish, מהדורה שמינית, עמ’ 646.
ביולוגיה של התא 3 שאלה 5
ברגע שהם מוכנסים לתוך התא, LDL וטראנספרין (transferrin):
במה עוסקת השאלה: אנדוציטוזה מתווכת קולטנים.
תשובה: ג’. בתהליך האנדוציטוזה מתווכת הקולטנים (Receptor-mediated endocytosis) סופח התא מקרומולקולות ספציפיות מהנוזל החוץ-תאי. המקרו מולקולות נקשרות לקולטנים ממברנליים המרוכזים בשקעים מצופי-קלת’רין ואז נכנסות לתא כחלק מקומפלקס מקרומולקולה-קולטן בתוך וזיקולות מצופות קלת’רין.
אנדוציטוזה מתווכת-רצפטור עבור LDL: רצפטוריLDL המסונתזים נעים לעבר הממברנה, שם הם עוברים אסוציאציה עם חלבוני AP2. במידה ויש כולסטרול בסביבה הוא ייקשר על הרצפטור והקומפלקס יעבור אנדוציטוזה ותווצר וזיקולה עטופת קלת’רין. בהמשך, הוזיקולה תעבור איחוי עם האנדוזום המוקדם – כאשר הרצפטור והליגנד פוגשים ב-pH החומצי באנדוזום הם מתנתקים אחד מהשני. הLDL מגיע לליזוזום ואז עובר בו פירוק כך שמשתחרר כולסטרול חופשי.
אנדוציטוזה מתווכת רצפטור עבור טרנספרין: טרנספרין הוא חלבון נשא מסיס שתפקידו לשנע ברזל בדם. הטרנספרין מגיע כשהוא קשור לקולטן שלו אל האנדוזום, שם בניגוד ל-LDL – ה-pH הנמוך גורם לשחרור הברזל ולא הטרנספרין. לאחר מכן, הטרנספרין הריק, שנקרא כעת אפוטרנספרין (Apotransferrin), והקולטן שלו ממוחזרים יחד לממברנת התא. כאשר אפוטרנספרין פוגש ב-pH הניטרלי של חוץ-התא הוא משתחרר מהרצפטור שלו וחופשי לקשור שוב ברזל.
שלילת מסיחים:
א + ב. LDL עובר פירוק בליזוזום בכדי לשחרר כולסטרול חופשי, ואילו טרנספרין עובר מחזור יחד עם הקולטן שלו.
ד. ההפך הוא הנכון.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 791-793
ביולוגיה של התא 3 שאלה 6
מה מהבאים אינו נכון אודות גליקוליציה של חלבונים?
במה עוסקת השאלה: מודיפיקציות פוסט-תרגומיות של חלבונים.
תשובה: ג’. אחד התפקידים המרכזיים של ה-ER זה הוספת סוכרים לחלבונים. בערך חצי מכל החלבונים המסיסים והמופרשים שעוברים דרך ה-ER בעלי גליקוזילציה. בתהליך הנקרא N-גליקוזילציה (N-linked glycosylation) מתווסף לחלבונים פרקורסור אוליגוסאכרידי של 14 סוכרים המתחבר לחומצה האמינית אספרגין שנמצאת ברצף Asn-X-Ser/Thr. X מסמן כל חומצה אמינית חוץ מפרולין.
שלילת מסיחים:
א. בתהליךה-N גליקוזילציה ב-ER מתווסף לחלבונים פרקורסור אוליגוסאכרידי מוכן המורכב מ-14 סוכרים במבנה של 2 גלוקנאק, 9 מנוז ו- 3 גלוקוז. האנזים הפונקציונאלי בתהליך זה הוא אוליגוסאכריל טרנספראז שמעביר בבת-אחת את הסוכרמליפיד שעליו הוא נוצר בשם דוליקול לחלבון עם שייר מתאים.
ב. התהליך מתחיל ב-ER וממשיך בגולג’י: זמן קצר לאחר הצמדת העץ האוליגוסאכרידי לחלבון העץ עובר “גיזום” בו 3 שיירי גלוקוז ומאנוז בודד מוחסרים ממנו. גיזום או עיבוד זה ממשיך בשלבים הבאים בקומפלקס הגולג’י – התחנה הבאה בדרכם של החלבונים.
ד. כל חלבון אכן יכול לקבל כמה תוספות סוכריות.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 714-715
ביולוגיה של התא 3 שאלה 7
מה נכון אודות חלבונים שעברו קיפול לא נכון ב-ER?
במה עוסקת השאלה: קיפול חלבונים.
תשובה: א’. למרות עזרתם של השפרונים (קלנקסין וקלרטיקולין), חלק מהחלבונים לא מצליחים להגיע לקיפול הרצוי שלהם ב-ER ועל התא לפרק אותם בכדי למנוע אגרגציה ושקיעה. חלבונים אלה מיוצאים מה-ER בתהליך שנקרא רטרוטרנסלוקציה (Retrotranslocation) ועוברים פירוק בפרוטאזום באמצעות יוביקוויטינציה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 715-719
ביולוגיה של התא 3 שאלה 8
פגם בתהליך הוספת שיירי מנוז-6-פוספט (mannose 6-phosphate) לגליקופרוטאינים יגרום ל:
במה עוסקת השאלה: סיגנל מאנוז-6-פוספט.
תשובה: ד’. אנזימים המיועדים לליזוזום ראשית מגיעים לאנדוזום באמצעות וזיקולות המניצות מה-TGN ולאחר מכן ממשיכים לאנדוליזוזום ולליזוזום. אנזימים אלה נושאים סיגנל של מאנוז-6-פוספט (M6P) אשר מתווסף אך ורק על N-אוליגוסאכרידים בזמן שהם עוברים בלומן של הציס גולג’י. הסיגנל נקשר על ידי קולטן מאנוז-6-פוספט ממברנלי שמגייס את האנזימים לתוך וזיקולות מצופות קלת’רין לשם טרנספורט לאנדוזום. הקולטן משחרר את האנזימים באנדוזום בתהליך תלוי pH בדומה לרצפטור KDEL. לכן, במידה ולא יהיה סימון של אותם החלבונים הרלוונטים – הם לא יצליחו להגיע לאברון המטרה, הליזוזום. שימו לב שההידרולאזות במצב זה לא ישארו בגולג׳י, אלא הן יופרשו מהתאים (כי זה מסלול הדיפולט מה- TGN לחלבונים שאין להם שום סיגנל).
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 777-780
ביולוגיה של התא 3 שאלה 9
חלבון די-סולפיד איזומראז (Protein disulfide isomerase) מכיל, באופן נורמלי, רצף C-טרמינלי של KDEL. בהיעדר רצף זה החלבון:
במה עוסקת השאלה: רצפי מיון במסלול ההשבה.
תשובה: ב’. מסלול ההשבה, המחזיר חלבונים שברחו חזרה ל-ER, תלוי ברצפי השבה (Retrieval signals):
- חלבונים ממברנליים תושבי ה-ER מכילים רצפים שנקשרים לחלבוני ציפוי COPI וכך מוחזרים ל-ER במסלול ההשבה. הרצף הנפוץ ביותר נמצא בקצה ה-C טרמינאלי של החלבון, מכיל שתי ח. אמינו ליזין ואחריהן עוד שתי ח. אמינו אחרות ונקרא רצף KKXX.
. 2 חלבונים מסיסים תושבי ה-ER (לדוגמא BiP) מכילים רצף קצר אחר בקצה ה-C טרמינאלי שלהם המורכב מח. האמינו ליזין-אספרטט-גלוטמט-לאוצין ונקרא בקיצור רצף KDEL.
תהליך חשוב המתרחש בלומן של ה-ER הוא יצירת קשרים די-סולפידיים שנעשים ע”י PDI. לכן, PDI הוא “חלבון תושב” של ה-ER וחייב להכיל סיגנל KDEL (מכיוון שהוא מסיס). בהעדר רצף זה – PDI יופרש החוצה מהתא מכיוון ולא יהיה שום סיגנל שיחזיר אותו אל ה-ER כאשר יגיע אל הגולג’י.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 768-769
ביולוגיה של התא 3 שאלה 10
בהיעדר כל סיגנל או רצף הכוונה, המיקום התאי הצפוי של חלבון יהיה:
במה עוסקת השאלה: רצפי מיון של חלבונים בתא.
תשובה: ד’. תרגום החלבונים בתא מתחיל כולו בריבוזומים שנמצאים בציטוזול. במידה ומדובר בחלבון שאמור להכנס למסלול ההפרשה (המתחיל ב-ER) הוא יכיל רצף סיגנל המורכב מ-8 ח.א לא פולאריות שנמצאות בקצה ה-N טרמינלי של החלבון. כשהסיגנל יחשף – יזהה אותו SRP: חלבון מסיס בציטוזפלמה שתפקידו לקשור את רצף הסיגנל של החלבון ולהביאו ל-ER ובנוסף – עצירה של התרגום ע”י הריבוזום הציטוזולי. התרגום ייעשה בהמשך בתהליך הקו-טרנסלציה-טרנסלוקציה.
במידה והחלבון לא מכיל שום רצף סיגנל – זה אומר לנו שהוא גם לא מכיל סיגנל הכוונה התחלתי ל-ER (במידה והחלבון היה מכיל רצף סיגנל ל- ER, אז לאחר הטרנסלוקציה ל- ER הוא היה עובר לגולג’י ומשם נארז בוזיקולה אקסוציטית במסלול הקונסטיטוטיבי). מכיוון שכל חלבון שעובר תרגום בציטוזול –נשאר בציטוזול, תשובה ד’ היא הנכונה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 694-696
ביולוגיה של התא 3 שאלה 11
איזה חלבון טרנסממברנלי יוחדר לממברנת התא כך שקצה C יפנה לחוץ-התא? (ח״א = חומצות אמינו)
במה עוסקת השאלה: ייבוא של חלבונים ממברנלים ל-ER.
תשובה ד׳: ראשית, זכרו שבגלל שלומן ה- ER מקביל טופולוגית לחלל החוץ-תאי, אז אם החלבון יוחדר ל- ER כך שקצה N שלו פונה ללומן, כאשר החלבון יעבור לממברנת התא קצה N שלו יפנה לחוץ-התא.
במקרה של חלבון טרנסממברנלי single-pass, התחלת הטרנסלוקציה והאוריינטציה של החלבון בממברנה נקבעת בשתי דרכים שונות:
א) אם החלבון מכיל ER signal sequences בקצה N, בנוסף למקטע הטרנסממברנלי הפנימי — קצה N תמיד יהיה בלומן.
ב) אם רצף הסיגנל היחיד של החלבון זה בעצם המקטע הטרנסממברנלי ההידרופובי הפנימי שלו — האוריינטציה נקבעת לפי הגודל של קצה N והתכונות של השרשרת הפוליפפטידית:
- אם האזור ה- N-טרמינלי ארוך וכבר התקפל ביציבות, אז הוא לא יוכל לעבור דרך התעלה הצרה של Sec61 ולכן האזור ה- N-טרמינלי ישאר בציטוזול והאזור ה- C-טרמינלי שעדיין מסונתז יעבור טרנסלוקציה. התוצאה היא שקצה C יפנה ללומן וקצה N לציטוזול (ועל כן מסיח ד הוא המסיח הנכון).
- אם האזור ה- N-טרמינלי של החלבון הוא קצר ולא מקופל, האוריינטציה תלויה בתכונות של השרשרת הפוליפפטידית, בעיקר בהתפלגות הח״א הטעונות מסביב למקטע הטרנסממברנלי — יותר ח״א חיוביות לפני המקטע = קצה N יהיה בציטוזול, יותר ח״א חיוביות אחרי המקטע = קצה N יהיה בלומן.
שלילת מסיחים (ראו איור):
מסיח א — יש לחלבון רצף סיגנל N-טרמינלי המכווין ל- ER, לכן קצה N יהיה בלומן (התפלגות הח״א החיוביות לא רלוונטי, זה מופיע במסיח סתם כדי לבלבל אתכם).
מסיח ב — מכיוון שיש יותר ח״א לאחר המקטע (כלומר קרוב יותר לקצה C של החלבון), המקטע יוחדר כך שקצה N יפנה ללומן.
מסיח ג — יש כאן חלבון שחוצה את הממברנה פעמיים. בחלבונים טרנסממברנליים multipass, כיוון החדרת המקטע הטרנסממברנלי הראשון קובע את האוריינטציה של שאר החלבון. הכיווניות של החדרת המקטע הראשון נקבעת לפי אותם עקרונות כמו חלבון single-pass. באופן כללי, בחלבונים שחוצים את הממברנה מספר זוגי של פעמים — סביר להניח שקצה N ו- C יפנו לאותו כיוון. במקרה זה, קצה N הקצר של החלבון יהיה בציטוזול מכיוון שיש יותר ח״א חיוביות לפני המקטע ההידרופובי הראשון, ובגלל שיש מקטע טרנסממברנלי נוסף, זה מאלץ את זה קצה C גם להיות בציטוזול.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 709-711
ביולוגיה של התא 3 שאלה 12
מי מבין המשפטים הבאים הנוגעים לטרנספורט חלבונים לפרוקסיזומים אינו נכון?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט לפרוקסיזום.
תשובה: ג’. ייבוא חלבונים לפרוקסיזום תלוי בהימצאות רצף הכוונה המורכב מ-3 חומצות האמינו – סרין, ליזין ולאוצין (SKL) בקצה ה-C טרמינאלי. החלבון Pex5 מזהה את רצף הסיגנל וקושר את החלבון המיובא בציטופלזמה. לאחר מכן הוא מלווה את החלבון לקומפלקס הטרנסלוקטור המורכב מלפחות 6 פרוקסינים שונים בממברנת הפרוקסיזום, דרכם נכנס החלבון אל הפרוקסיזום.
שלילת מסיחים:
א. פרוקסיזומים, בשונה מהמיטוכונדריה, בעלי ממברנה בודדת – שכמו כל ממברנה, מורכבת מדו-שכבה של פוספוליפידים.
ב. בשונה מהעברה של חלבונים אל המיטוכונדריה (שם החלבון צריך להיות במצבו הלא-מקופל כדי לעבור דרך TIM ו-TOM), החלבון המיובא הוא מקופל!
ד. Pex5 מלווה את החלבון במעבר ודרך ממברנת הפרוקסיזום. לאחר שחרור החלבון בפרוקסיזום Pex5 עובר יוביקוויטינציה וחוזר לציטופלזמה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 724-726
ביולוגיה של התא 3 שאלה 13
מי מבין המשפטים הבאים הנוגעים למיטוכונדריה וכלורופלסטים אינו נכון?
במה עוסקת השאלה: השוואה בין מיטוכונדריה לכלורופלסטים.
תשובה: ב’. הגנים המעורבים ביצירת ATP בשרשרת הנשימה במיטוכונדריה מקודדים ע”י ה-DNA המיטוכונדריאלי. הגנום המיטוכונדריאלי (mtDNA) מקודד ל: 13 mRNA שכולם מקודדים ליחידות הרלוונטיות בשרשרת הנשימה התאית, 22 tRNA ו-2 rRNA. שימו לב שמרבית הגנים המיטוכונדריאלים מקודדים בדנ”א הגרעיני! גם הכלורופלסט מכיל גנום עצמאי, וגם במקרה זה – מרבית הגנים דווקא נמצאים בגנום הגרעיני. לכן, מסיח ב’ שגוי בגלל החלק הראשון של המסיח.
שלילת מסיחים:
א. גם למיטוכונדריה וגם לכלורופלסט יש ממברנה חיצונית (עם חדירות גבוהה) וממברנה פנימית (פחות חדירה). חשוב לציין שלכלורופלסט יש מדור נוסף מוקף ממברנה – התילקואיד (Thylakoid), אשר על הממברנה שלו נמצאים האנזימים המשתתפים בפוטוסינזתה ועל גביה גם קיים מפל פרוטונים.
ג. מיטוכונדריה וכלורופלסטים, נכון להיום, נחשבים כאברונים שהתפתחו מבקטריה אנדוסימטיות.
ד. שני האברונים עדיין מכילים DNA עצמאי אך מרבית החלבונים שלהם מסונתזים בגרעין התא. לאחר מכן, מתרחש ייבוא של חלבונים מהציטוזול פנימה אל הלומן.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 861-863
ביולוגיה של התא 3 שאלה 14
מי מבין הזוגות הבאים מזווג בצורה שגויה?
במה עוסקת השאלה: רצפי סיגנל והכוונה של חלבונים.
תשובה: ד’. תהליך ייבוא החלבונים לכלורופלסט דומה מאוד לתהליך המתרחש במיטוכונדריון –שני הקומפלקסים TOC ו-TIC אחראיים לייבוא החלבונים, התהליך מתרחש לאחר-התרגום ורצף הסיגנל על גבי החלבונים המיובאים יוצר סליל אמפיפילי ונחתך לאחר הכניסה לאברון – רצף הסיגנל, כמו במיטוכונדריון, נמצא בקצה ה-N טרמינלי.
שלילת מסיחים:
א. רצף הסיגנל ל-ER, נמצא בקצה ה-N טרמינלי ומכיל 8 חומצות אמינו לא-פולאריות.
ב. רצף הסיגנל המיטוכונדריאלי, נמצא בקצה ה-N טרמינלי ויוצר מבנה תלת מימדי של אלפא-הליקס אמפיפילי בעל שיירים חיוביים בצד אחד ושיירים לא-טעונים בצידו השני.
ג. רצף הסינגל הפרוקסיזומלי, נמצא בקצה ה-C טרמינלי ומורכב מרצף חומצות האמינו האופייני SKL.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 695-696
ביולוגיה של התא 3 שאלה 15
הפרקורסור האוליגו-סוכרי (oligosaccharide) המוסף ב-ER הינו _______________. בעוד האוליגו-סוכר הסופי, איתו חלבונים ממשיכים לגולג’י, הוא ______________.
במה עוסקת השאלה: גליקוזילציה של חלבונים.
תשובה: ד’. בתהליך ה-N גליקוזילציה ב-ER מתווסף לחלבונים פרקורסור אוליגוסאכרידי מוכן המורכב מ-14 סוכרים במבנה של (Glc)3(Man)9(GlcNAc)2. זמן קצר לאחר הצמדת העץ האוליגוסאכרידי לחלבון העץ עובר “גיזום” בו 3 שיירי גלוקוז ומאנוז בודד מוחסרים ממנו. משם החלבונים ממשיכים אל קומפלקס הגולג’י להמשך עיבוד.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 714-716
ביולוגיה של התא 3 שאלה 16
מי מבין האנזימים הבאים מוסיף שייר גלוקוז לחלבונים שקופלו בצורה שגויה ב-ER?
במה עוסקת השאלה: בקרת קיפול חלבונים ב-ER.
תשובה: ג’. לגליקוזילציה תפקיד חשוב בקיפול חלבונים. שני שפרונים של ה-ER בשם קלנקסין (Calnexin) וקלרטיקולין (Calreticulin) נקשרים לאוליגוסאכרידים על גבי חלבונים שאינם מקופלים כראוי ומונעים את יציאתם מה-ER. שני השפרונים נקשרים לחלבונים בעלי שייר גלוקוז יחיד בקצה העץ הסוכרי. אם החלבונים מאבדים את שייר הגלוקוז האחרון שלהם, תהליך המזורז על ידי האנזים גלוקוזידאז (Glucosidase), הם משתחררים ויוצאים מה-ER. חלבון נוסף מסוג גלוקוזיל-טרנספראז (Glucosyl transferase) ממשיך להוסיף שייר גלוקוז בודד לחלבונים לא-מקופלים, מה שמוביל לקשירתם פעם נוספת לשפרונים.
שלילת מסיחים:
א. Peptidyl-prolyl-isomerase הוא אנזים (לא בחומר שלנו בביולוגיה של התא באלברטס) שאחראי לעשות איזומריזציה בין איזומר טרנס לציס של פרולין.
ב. קלרטיקולין הוא שפרון לקטיני שנקשר לחלבונים שאינם מקופלים כראוי ב-ER.
ד. אוליגו-סכרילטרנספראז אחראי על העברת העץ הסוכרי מדוליקול לחלבון בעל שייר ה-Asn.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 714-716
ביולוגיה של התא 3 שאלה 17
איזה מבין המשפטים הבאים, הנוגעים לקאלרטיקולין (calreticulin, CRT) וקאלנקסין (calnexin, CNX) הינו שגוי?
במה עוסקת השאלה: בקרת קיפול חלבונים ב-ER.
תשובה: ג’. לגליקוזילציה תפקיד חשוב בקיפול חלבונים. שני שפרונים של ה-ER בשם קלנקסין (Calnexin) וקלרטיקולין (Calreticulin) נקשרים לאוליגוסאכרידים על גבי חלבונים שאינם מקופלים כראוי ומונעים את יציאתם מה-ER. שני השפרונים נקשרים לחלבונים בעלי שייר גלוקוז יחיד בקצה העץ הסוכרי. שימו לב: קלנקסין הוא שפרון ממברנלי ואילו קלרטיקולין הוא ממברנלי.
שלילת מסיחים:
א. שני השפרונים נקשרים לחלבונים בעלי שייר גלוקוז יחיד בקצה העץ הסוכרי (המורכב בתחילתו משלושה גלוקוזים, תשעה מנוזים ושני GlcNAc). אם החלבונים מאבדים את שייר הגלוקוז האחרון שלהם, תהליך המזורז על ידי האנזים גלוקוזידאז (Glucosidase), הם משתחררים ויוצאים מה-ER.
ב. מכיוון שהשפרונים מזהים תבנית של עץ סוכרי – הם מוגדרים כלקטינים: חלבונים קושרי פחמימות/סוכרים. חשוב לזכור ששניהם תלויים בסידן לפעולתם.
ד. במידה והחלבון מתקפל באופן תקין, הוא עובר הלאה ויוצא מה-ER לגולג’י. במידה ולא – האנזים גלוקוזיל טרנספראז מוסיף לו גלוקוז בודד שגורם לקשירה שלו לקלנקסין/קלרטיקולין. באופן הזה, החלבון עובר סבבים של הוספת גלוקוז, קשירה וחיתוך גלוקוז עד אשר הוא יתקפל באופן תקין.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 714-716
ביולוגיה של התא 3 שאלה 18
מי מבין המשפטים הבאים, הנוגעים ל-unfolded protein response, הינו נכון?
במה עוסקת השאלה: בקרת קיפול חלבונים.
תשובה: ב’. הצטברות של חלבונים לא-מקופלים ב-ER מעוררת את תגובת חוסר-קיפול החלבונים (Unfolded protein response) אשר כוללת הגברת ביטוי של גנים הקשורים לרטרוטרנסלוקציה, פירוק חלבונים בציטוזול, שפרונים ועוד חלבונים שעוזרים לקיפול חלבונים ב-ER. ישנם 3 מסלולים שמאתחלים את תגובת חוסר-קיפול החלבונים:
- מסלול IRE-1: הצטברות של חלבונים לא מקופלים ב-ER מביאה לקשירה שלהם לקינאז IRE1 אשר עובר אוליגומריזציה (על כן, מסיח ג’ שגוי). לאחר מכן, מתרחשת אוטו-פוספורילציה שמשפעלת איזור שהוא אנדו-ריבונוקלאז (מבקע RNA). מתבצע שחבור של mRNA שמקודד לפקטור שעתוק, האחראי לשעתוק של גנים של שפרונים (בין היתר) שעוזרים לקיפול של חלבונים בתא.
- מסלול PERK: חלבונים לא מקופלים גורמים להפעלה של קינאז נוסף – PERK. לאחר שהוא משופעל, הוא מעכב את translation initiation factor ובכך מפחית יצירה של חלבונים חדשים. באופן הזה, פחות חלבונים יכנסו ל-ER – וככה, יהיה פחות “עומס עבודה”על חלבונים שצריך לקפל. בנוסף, כשהקינאז פעיל הוא מעודד שעתוק של גנים הקשורים לקיפול של חלבונים.
- מסלול ATF-6: מדובר בפקטור שעתוק. בהתחלה ATF6 נוצר כחלבון טרנסממברנלי ב-ER, ולאחר שמתרחשת תגובת UPR, החלבון מועבר לגולג’י –שם פרוטאזות חותכות את האיזור הציטוזולי המסיס של החלבון, שעכשיו נכנס לגרעין ומתפקד כפקטור שעתוק של גנים הקשורים לקיפול חלבונים.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 717-719
ביולוגיה של התא 3 שאלה 19
מי מבין המשפטים הבאים, הנוגע לרטרוטרנסלוקציה של חלבונים אל מחוץ ל-ER, הינו נכון?
במה עוסקת השאלה: בקרת קיפול חלבונים ב-ER.
תשובה: ד’. למרות עזרתם של השפרונים (קלנקסין וקלרטיקולין), חלק מהחלבונים לא מצליחים להגיע לקיפול הרצוי שלהם ב-ER ועל התא לפרק אותם בכדי למנוע אגרגציה ושקיעה. חלבונים אלה מיוצאים מה-ER בתהליך שנקרא רטרוטרנסלוקציה (Retrotranslocation) ועוברים פירוק בפרוטאזום באמצעות יוביקוויטינציה.
ראשית, מה שמפריד בין חלבון שלא מקופל באופן תקין לבין חלבון צעיר שאולי עוד לא הספיק להתקפל זה הורדה של שייר מאנוז מהעץ הסוכרי אשר מתרחשת באופן מאוד איטי ובעצם משמשת כמו טיימר שאומר כמה זמן החלבון הזה נמצא ב-ER. אם הוא הרבה זמן ב-ER ולא התקפל כנראה שיורידו לו את המאנוז והוא יזוהה כחלבון שגוי. הורדת המאנוז נעשית על ידי מאנוזידאז וגורמת לעץ הסוכרי להיות מזוהה על ידי לקטינים ועל ידי מכשור ההוצאה מה-ER = הרטרוטרנסלוקציה. חלבונים שמתקפלים כמו שצריך, יותר מהר מקצב ההורדה של המאנוז פשוט יוצאים מה-ER.
יש הרבה קומפלקסים שאחראיים להוצאה של החלבונים הלא-מקופלים, אבל הם כולם דומים בזה שהם כוללים סט של חלבונים המצויים בממברנת ה-ER ובציטוזול:
- חלבון יוביקוויטין ליגאז E3, אשר מוסיף יוביקוויטינים לחלבונים המיוצאים ומסמן אותם לפירוק (מסיח ב’ נכון)
- ATPase ממשפחת ה-AAA-ATPases אשר מושך את החלבונים החוצה תוך ניצול האנרגיה מהידרוליזת ATP (מסיח ג’ נכון)
- N-glycanase אשר מוריד את העץ האוליגוסאכרידי בשלמותו מהחלבון (בשביל מיחזור של הסוכרים).
לבסוף החלבון מוכנס לפרוטאזום ומפורק לפפטידים.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 715-717
ביולוגיה של התא 3 שאלה 20
מהו האפקט של הוספת DNP (ר״ת : dinitrophenol) על טנרספורט של חלבונים לתוך המיטוכונדריה?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט של חלבונים למיטוכונדריה.
תשובה: א’. חלבונים המיובאים למיטוכונדריה מסונתזים ראשית כפרקורסורים מיטוכונדריאליים בציטופלזמה ולאחר מכן מיובאים למיטוכונדריה במנגנון של לאחר-התרגום (Post-translational). לאורך שלבי המעבר של חלבון אל המיטוכונדריה, יש ניצול של אנרגיה ב-3 שלבים שונים בתהליך:
- הידרוליזת ATP בשביל ניתוק השפרונים hsp70 מהחלבון הנכנס כאשר הוא נקשר לTOM
- ניצול מפל הפרוטונים ע”ג הממברנה הפנימית כאשר החלבון חוצה דרך קומפלקס TIM – לכן, כאשר משתמשים במפר צימוד (DNP) – יש עיכוב של ייבוא החלבונים אל המיטוכונדריה.
- הידרוליזת ATP בשביל משיכת החלבון לתוך המטריקס בעת קשירה של hsp70 אליו
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 730-731
ביולוגיה של התא 3 שאלה 21
איזה חלבון, המצוי על וזיקולות, מעודד איחוי שלהן עם ממברנת התא?
במה עוסקת השאלה: תנועה וזיקולרית של חלבונים בתא.
תשובה: א’. על מנת לשחרר את מטענן באברון המטרה על הוזיקולות לעבור איחוי עם ממברנת האברון. חלבוני SNARE אחראים לקרב בין שתי הממברנות, ובאופן הזה לגרום ל”סילוק” (Displace) של מולקולות המים מהתווךולאפשר איחוי בין השכבות הליפידיות. חלבוני SNARE מתחלקים לשתי קבוצות – v-SNAREs אשר מצויים בד”כ על גבי וזיקולות ו-t-SNAREs אשר מצויים בד”כ על גבי ממברנת המטרה. קישור v-SNARE ל-t-SNARE הינו מאוד ספציפי ומוסיף שכבת בקרה נוספת לתהליך הטרנספורט על ידי וידוא שוזיקולה מסוימת תעבור איחוי רק עם ממברנת המטרה שלה.
שלילת מסיחים:
ב. t-SNARE נמצא ע”י ממברנת המטרה (Target).
ג. SNAP-25 אחראי לאיחוי של וזיקולות סינפטיות. מוגדר כ-t-SNARE, יחד עם סינטקסין.
ד. קלת’רין הוא חלבון שאחראי לציפוי וזיקולות בתא. יוצר מבנה ייחודי של טריסקליון בזכות השרשראות הכבדות והקלות שלו.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 762-763, 782-783
ביולוגיה של התא 3 שאלה 22
בתהליך של אנדוציטוזה מתווכת-רצפטורים (receptor-mediated endocytosis), מה מהבאים מהווה מסלול החזרה ישיר של הרצפטור לממברנת התא?
במה עוסקת השאלה: אנדוציטוזה מתווכת-רצפטורים.
תשובה: ג’. באנדוציטוזה מתווכת-רצפטורים, ישנם שלושה גורלות אפשריים לרצפטורים הטרנסממברנליים:
(1) מיחזור — שליפת הרצפטור מהאנדוזום המוקדם והחזרתו לאותו מתחם לממברנה הפלזמטית שממנו הגיע. זה בעצם מסלול החזרה ישיר לממברנת התא, ועל כן מסיח ג הוא התשובה הנכונה.
(2) טרנסציטוזה — שליפת הרצפטור מהאנדוזום המוקדם והחזרתו למתחם אחר בממברנה הפלזמטית. המסלול הזה אינו ישיר והרצפטור עובר תחילה לאנדוזום ממחזר.
(3) דאון-רגולציה — הרצפטור נשאר באנדוזום המוקדם ובסופו של דבר יתפרק בליזוזום.
שלילת מסיחים:
מסיח א — מתאר טרנסציטוזה, שבמסלול זה הרצפטור לא עוברת ישירות לממברנה אלא קודם כל מועבר לאנדוזום ממחזר.
מסיח ב — הרצפטור בכלל לא חוזר לממברנה, אלא נכנס ללומן האנדוזום כוזיקולה אינטרה-לומנלית ובסופו של דבר יתפרק כאשר האנדוזום יתבגר ויהפוך לליזוזום.
מסיח ד — טרנסציטוזה זה לא מסלול ישיר לממברנה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 793-794
ביולוגיה של התא 3 שאלה 23
איזה חלבון ממברנלי הכי נפוץ בוזיקולות סינפטיות?
במה עוסקת השאלה: אקסוציטוזה מבוקרת, וזיקולות סינפטיות.
תשובה: ב’. הובלת וזיקולות מה- TGN לממברנה הפלזמטית (= אקסוציטוזה) מתחלק למסלול הקונסטיטוטיבי או למסלולים המבוקרים. המסלולים המבוקרים פועלים רק בתאי הפרשה מתמחים ובנוירונים. המולקולות המיועדות להפרשה מבוקרת מאוחסנות בוזיקולות-הפרשה או בוזיקולות-סינפטיות, שאינן מתאחות עם הממברנה הפלזמטית ומשחררות את תכולתן – עד לקבלת סיגנל מתאים.
וזיקולות-סינפטיות מתווכות את ההפרשה המבוקרת של נוירוטרנסמיטרים בטרמינל האקסון של נוירונים. החלבון השכיח ביותר בממברנת הוזיקולה הוא ה- v-SNARE הטרנסממברנלי synaptobrevin (ועל כן מסיח ב הוא הנכון). לעומת זאת, משאבת +V-ATPase H, המשתמשת בהידרוליזת ATP כדי לשאוב +H לתוך לומן הוזיקולה, קיימת רק ב- 1-2 עותקים לכל וזיקולה. גרדיאנט ה- +H מספק את האנרגיה להכנסת הנוירוטרנסמיטרים לוזיקולה על-ידי האנטיפורטר +H/נוירוטרנסמיטר.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 782-784
ביולוגיה של התא 3 שאלה 24
בתאי אפיתל, איזה חלבון ממברנלי בהכרח יעבור למתחם האפיקלי של הממברנה הפלזמטית?
במה עוסקת השאלה: מסלולי הפרשה סלקטיביים בתאים פולאריים.
תשובה: ב’. בתאים מקוטבים, מסלולי האקסוציטוזה מה- TGN לממברנה הפלזמטית פועלים באופן סלקטיבי כדי להבטיח שקבוצות שונות של ליפידים, חלבונים ממברנליים וחלבונים מופרשים – יועברו למתחם המתאים של הממברנה הפלזמטית. למשל בתאי אפיתל, שלהם יש פולאריות מוגדרת (צד/מתחם אפיקלי ובזולטראלי), יש שתי דרכים עיקריות למיון של חלבונים ממברנליים ושמירה על קיטוב הממברנה:
- מסלול ישיר — מיון ב- TGN ומשם למתחם המתאים בממברנת התא. דוגמה למסלול הישיר זו מערכת השליחה התלויה ברפסודות ליפידים { lipid raft–dependent delivery system} למתחם האפיקלי: לרוב, הממברנה הפלזמטית האפיקלית עשירה מאוד בגליקוספינגוליפידים ובחלבוני GPI-anchored. חלבונים עם עוגן GPI תמיד מופנים לממברנה האפיקלית מכיוון שהם מקושרים לגליקוספינגוליפידים ב- lipid rafts המצויים בממברנת ה- TGN, שמשם מנצות וזיקולות שמיועדות להתאחות עם הממברנה האפיקלית. על כן מסיח ב הוא הנכון.
- מסלול עקיף (טרנסציטוזה) — החלבון תחילה עובר לממברנה בטרנספורט אקראי ולאחר מכן יש
שלילת מסיחים:
מסיח א — אמנם גליקוספינגוליפידים מצויים בשפע במתחם האפיקלי, אך בשאלה שואלים על חלבון ממברנלי ולא ליפיד.
מסיחים ג ו- ד — סתם כאן כדי לבלבל. אין סיבה שהם בהכרח יועברו למתחם האפיקלי.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 786-787
ביולוגיה של התא 3 שאלה 25
איזה סוג של אנדוציטוזה תלוי לחלוטין בקלתרין?
- פאגוציטוזה
במה עוסקת השאלה: אנדוציטוזה.
תשובה: א’. בורות ווזיקולות מצופים בקלתרין מספקים מסלול יעיל לקליטת מקרומולקולות ספציפיות מהנוזל החוץ-תאי. בתהליך זה, הנקרא אנדוציטוזה מתווכת-רצפטורים (receptor-mediated endocytosis), המקרומולקולות נקשרות לרצפטורים טרנסממברנליים משלימים, אשר מצטברים בבורות-מצופים, ולאחר מכן נכנסות לתא כקומפלקסים של רצפטור-מקרומולקולה בוזיקולות מצופה בקלתרין.
שלילת מסיחים:
מסיח ב — אמנם פינוציטוזה יכולה להתרחש מבורות מצופים-קלתרין, אך היא יכולה להתרחש גם ללא תלות-בקלתרין וליצור ויזקולה פינוציטית ממבנים של קוואולי בממברנה.
מסיחים ג+ד — חוץ מפינוציטוזה התלויה בקוואולי, ידועים שני מסלולים אנדוציטים נוספים שאינם תלויים בקלתרין:
- מקרופינוציטוזה {macropinocytosis} — תהליך שבו הממברנה הפלזמטית בולטת מהתא החוצה, כך שחלק מהנוזל החוץ-תאי נבלע לתוך מקרופינוזום. זהו תהליך לא-סלקטיבי להכנסת נוזלים לתוך התא בתנאים מסוימים.
- פאגוציטוזה {phagocytosis} — בתהליך זה הממברנה הפלזמטית מכוונת לעטוף את החלקיק המיועד לבליעה עד שהממברנה מתמזגת עם עצמה, וכתוצאה מכך נוצר פאגוזום סגור בתוך התא.
שני התהליכים הללו משתמשים בפילמור אקטין מתחת לממברנה כדי לתווך את דחיפת הממברנה הדרושה כדי לבלוע חלקיק גדול או נפח גדול של נוזל. גם המקרופינוזומים וגם הפאגוזומים נועדו להתמזג עם ליזוזומים, כך שהתוכן הפנימי מיועד לפירוק.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 789-792 , 802-804