세포생물학 Chapter 9: 내막계와 막 운반

개요(1) 장 초점: 내막계를 정의하고 소낭-중재 수송의 개념을 설명하라 소포체에서 시작하고 원형질막으로 끝나는 과정의 임시서열을 이해하라 골지체 기능을 상세하게 알아라 골지체에서 원형질막까지의 경로를 이해하라 선별에서 엔도솜의 역활 리소솜의 의의

개요(2) 절 요지: 내막계는 진핵세포 내 소기관 연결망이다 외포작용은 소포체에서 시작한다 골지체는 외포경로에서 단백질을 변환하고 외포작용은 원형질막에서 끝난다 내포작용은 원형질막에서 시작한다 엔도솜은 내포경로에서 단백질을 선별한다 내포작용은 리소좀에서 끝난다

내막계는 진핵세포 내 소기관 연결망이다 중요 개념(1): 내막계는 물질을 쉽게 교환하는 한 세트의 상호 연결된 세포소기관이다 내막계의 일차 기능은 외부공간에 물질의 방출(외포) 또는 세포 외부공간으로부터 물질의 유입(내포)을 각각 조절하는 것이다

내막계는 진핵세포 내 소기관 연결망이다 중요 개념(2): 막으로 둘러싸인 구획인 소낭은 내막계의 소기관 사이를 왕복하고 한 소기관으로부터 다른 소기관으로 물질을 운반하는 역할을 한다 소낭의 생성, 수송, 목적지 이동과 융합은 9단계로 일어난다

내막계는 세포 안팎으로 분자적 수송을 조절한다 내포와 외포경로 내막계

소낭은 내막계의 소기관사이로 물질을 왕복시킨다 소낭은 내막계의 소기관사이로 물질을 왕복시킨다 제공/수용 구획 소낭-중재 수송 전방/후방 수송=소낭 왕복 외포작용, 내포작용과 소낭 융합

소낭-중재 수송-9단계 운반물 선택 출아 절단 피복 해제 수송 구속 접합 융합 분해

외포작용은 내막계에서 시작한다 중요 개념: 새롭게 합성된 내막계 단백질은 소포체에서 수정된다 새롭게 만들어진 단백질의 신호서열은 2차 목적지를 알려주고 어떤 것은 소포체 속에 남아있는 잔류신호를 갖는다 소포체를 떠나는 단백질은 COPII 피복 소낭을 거쳐 골지체의 합성면으로 들어간다 후방방향으로 소낭 수송은 소포체 잔류 단백질을 골지체로부터 소포체로 되돌아오게 한다

외포경로의 기능–내막계에서 새로운 단백질을 선별/분포한다 새롭게 합성된 단백질은 소포체 잔류 단백질이 적절하게 접힘을 도울 때 번역 후 변형을 시작한다 COPII-피복 소낭은 단백질을 소포체에서 골지체로 순환한다 잔류단백질은 골지체에서 되돌아온다

외포경로

골지체는 외포경로에서 단백질을 수정하고 선별한다 중요 개념(1): 골지체는 주머니(cisternae)라 불리는 분리된 구획으로 구성되어 있다. 이들은 서로 위 아래로 중첩되어 있고 골지체 전체 구조 내에서 상대적 위치에 따라 cis, medial 혹은 trans로 분류된다 골지체 잔류 단백질은 기본적으로 외포작용동안 단백질을 변형하는 책임을 맡는다. 이들은 막 횡단 골지 잔류 서열에 의해 골지체에 머문다

골지체는 외포경로에서 단백질을 수정하고 선별한다 중요 개념(2): 골지체 맨 끝은 합성 골지망과 트랜스 골지망이라 불리는 길고 관상의 구조로 정교하게 되어 있다 양쪽의 골지망은 단백질을 다른 위치로 향하는 소낭 속에 선별한다. 트랜스 골지망은 많은 수의 단백질을 많은 다른 소낭 속에 단백질을 선별하는데 특히 효율적이다

골지체

골지체는 시스(cis), 메디얼(medial), 트랜스(trans)로 세분화된다 번역후 수정 (PTM) 을 위한 부위 골지체 단백질은 잔류서열에 의해 잔류한다

트랜스 골지 망은 골지체를 떠나는 단백질을 선별한다

TGN 선별 기작은 복잡하다 많은 다른 “운반물 선택” 기작 번역후 수정 단백질 응집 신호 수용체 지질 뗏목

TGN에서 소낭의 출아는 몇 가지 다른 가작에 의해 일어나는 것 같다 세가지 다른 기작이 제안된다 TGN막을 굽게 유도하는 단백질 막 인지질의 수정 인지질의 비대칭

TGN에서 출아되는 소낭의 절단은 미세소관 모터의 힘을 필요로 한다 디나민-GTPase

외포작용은 원형질막에서 끝난다 중요 개념: 세포는 대부분 외포경로 소낭이 많은 물질이 세포 밖으로 빠져나가는 시기와 방법을 통제하거나 원형질막에 막 관련 단백질의 전달을 통제하기 위해 외포작용의 마지막 과정을 조절한다 통제되는 분비는 조절 분비를 의미하고 신호경로의 통제 하에 이루어진다

외포작용의 마지막 단계를 조절하는 2가지 기작 구성성 분비 비통제 조절 분비 신호단백질에 의해 통제 분비 소낭(효소원 과립) 농축 액포

내포작용은 원형질막에서 시작한다 중요 개념: 내포작용의 시작은 움집 곳의 세포기질 쪽 면에 클라트린 피복의 조립이 동반되며, 원형질막에 운반물 수용체의 움집에 의해 대부분 이루어진다. 현미경사진으로 이 구조는 막공(pit)과 유사하여 때때로 피복 막공이라 불리기도 한다 피복 막공은 소낭 수송의 9단계를 마치고 소낭을 엔도솜에 전달한다

클라트린은 내포경로 소낭의 형성을 안정화한다

엔도솜은 내포경로에서 단백질을 선별한다 중요 개념(1): 엔도솜은 TGN에서 출아되는 특정 소낭과 내포경로 소낭의 융합에 의해 형성된다 엔도솜은 원형질막에서 들어온 물질을 선별한다; 운반물은 엔도솜에 남고 운반물 수용체는 원형질막에 재순환된다

엔도솜은 내포경로에서 단백질을 선별한다 중요 개념(2): 엔도솜 내부는 세포 외부에 비해 약한 산성(acidity)이고 이 산성은 선별기작에서 중요한 열쇠이다 이 선별기작은 골지체서 사용되었던 선별가작과는 매우 다르다.

엔도솜은 초기와 후기 구획으로 다시 나누어진다 특정 상호작용 분자는 정확한 소낭을 TGN 또는 초기 엔도솜의 소낭과 융합하도록 한다 EEA-1,Syntaxin,Rab 5, PIP3 양성자 펌프 단백질은 엔도솜 내용물의 선병과 활성화에 중심적인 역할을 한다

내포작용은 리소솜에서 끝난다 중요 개념(1): 내포경로 물질의 완전 분해는 리소좀 소기관에서 일어난다 리소좀은 몇 가지 방법으로 엔도솜에서 생기는 것 같고 필수적인 양성자 펌프 단백질과 소화효소를 포함한 TGN으로부터 유래한 소낭과 엔도솜의 융합을 요구한다

내포작용은 리소솜에서 끝난다 중요 개념(2): 이 소화효소와 양성자 펌프는 TGN에 있는 단백질에 대해 만노스 6인산(mannose 6 phosphate)을 인식하는 수용체 의해 엔도솜으로 이동된다. 만노스 6인산 수용체는 선별되고 TGN으로 되돌아 가는 반면 가수분해 효소와 펌프는 엔도솜에 남는다. 이 펌프는 엔도솜의 pH를 낮추도록 유발하는 역할을 한다

내포작용은 리소솜에서 끝난다 중요 개념(3): 원형질막 운반물 수용체와 만노스 6인산 수용체가 엔도솜에서 제거되면 엔도솜은 더욱 산성화되고 pH 5.0에 도달될 때 가수분해 효소의 모양 변화가 유발되어 엔도솜을 활성화하고 운반물을 소화하기 시작한다 일단 소화되면, 운반물 소단위들(당, 뉴클레오사이드, 아미노산 등)은 재사용을 위해 세포기질로 수송된다

내포경로 소낭에서 리소솜으로의 성숙

리소솜을 향하는 내생 단백질은 골지체에 의해 추적되고 선별된다

pH는 내포작용을 통제하는데 3가지 방법으로 사용된다

리소솜에서 소화 프로테아제 글리코시데이즈 DNaseII 포스파타제

리소솜은 일부 상주 소기관도 소화할 수 있다 손상된 소기관소화를 자가소화작용(autophagy, 오토파지)이라 한다. 자가소화작용 기작은 조건에 따라 다양하나 공통된 특징은 소기관은 세포기질 내 새로운 막으로 둘러싸이고 이 막은 리소좀과 융합하여 오토파고솜(autophagosome)을 형성한다 리소좀 막단백질 위의 글리코칼릭스는 소화로부터 그들을 보호한다 오토파고솜이 소화를 마치면 보통 사라진다