Class Notes (834,563)
Canada (508,603)
Biology (2,228)
BIO120H1 (1,171)

Bio251y FAll

9 Pages
Unlock Document

Robert Brym

Bio 230 ­ Lecture 9 ­ Today we are going to look at how proteins get to their proper locations in the cell  mainly in eukaryotes since they have organelles. Recal that protein synthesis, the  translation by ribosomes occurs in the cytosol and once a protein is synthesized it  needs to get to the proper place, so for cytosolic proteins that is straight forward.  ­ Remember that there is a bunch of organelles that are surrounded by membranes  in the cell and these membranes are not permeable to proteins so proteins can’t  diffuse in and out of these organelles so there needs to be specialized mechanisms  in order for proteins to get into where they are supposed to function. This is a  process called protein sorting.  ­ Before we get into protein sorting lets look at review slides to make sure we are  on the same page.  Slide 3 ­ Next week we will look at the import and export to the ER, and the ER that is  covered in ribosomes is called the rough ER and the ribosomes are synthesizing  proteins on the surface of the ER membrane. As they are synthesizing the  proteins, they are injecting the proteins co­translationally into the ER (covered  next week). ­ Then we will see how the proteins move through the secretory pathway from the  ER to the Golgi and eventually end up outside the cell.  Slide 4 ­ So here this is in an animal cell, this is in contrast to a plant cell that has a much  more uniformed structured look b/c it is surrounded by the cell wall. It is a rigid  wall that maintains the cells shape and allows the plant to grow quite large and  maintain the cells in a very strong conformation ­ Now another organelle that he wants to highlight in plants are the chloroplasts  which is the site of photosynthesis were plants convert light energy into chemical  energy and we will talk about how proteins get into the chloroplast ­ Another very prominent feature in plant cells is vacuoles; its filled with water but  plays an important role in terms of digesting macromolecules of the cell and  storage of many compounds ­ Highlight that the plant cell has all of the features that we talked about for animal  cells such as Golgi, ER, nucleurs etc.  Slide 5 ­ When we talk about the cytoplasm it is the space outside the nucleus. In this case  the cytoplasm will include organelles so it is everything between the nucleus and  the membrane ­ The cytosol is the aqueous part of the cytoplasm, it does not include the organelles ­ The lumen is the aqueous part inside the organelle. So organelles are surrounded  by a membrane and the liquid part is called the lumen. Slide 6 Bio 230 ­ Lecture 9 ­ Protein sorting refers to the movement of proteins between various compartments  within the cell. It can be within the cell between different compartments (from the  ER to the Golgi for ex).  ­ It can also be the movement of proteins out of the cell. When proteins go through  the secratory pathway, it enters in the ER and depending on what kind of signals  that that protein contains, that protein may end up outside the cell in a process  called exocytosis.  ­ It can also be the movement of proteins into the cell and this is a process that we  will talk about in the second section of the course. This is the process of  endocytosis. ­ It is important to remember that protein synthesis is initiated on ribosomes in the  cytosol. Remember that transcription is in the nucleus, mRNA is transported to  the cytosol  and ribsosomes will translate in the cytosol and once they are  translated the proteins must be sorted to their proper locations.  Slide 7 ­ There are 2 types of protein sorting;  ­ Post­translational protein sorting: This means that the protein is fully synthesized  in the cytosol before sorting to the proper organelle. o This either occurs where the protein is unfolded, so the protein is actually  maintained unfolded in the cytosol following translation. There are certain  proteins that keep it unfolded and protect it from degradation. These  proteins can then be sorted to the mitochondria and plastids (these are  chloroplast) o Now this is in contrast to sorting using fully folded proteins and this  occurs for proteins that are going to the nucleus and to peroxisomes. So  the ribosome completely synthesizes the protein in the cytosol, that protein  folds and then it will be sorted.  ­ The second category is co­translational protein sorting: this occurs for proteins  that are destined to go to the ER. It is a specific type of protein, they need to have  an ER signal sequence at the end terminus. What happens is that the ribosome  initiates synthesis in the cytosol and the ribosomes direct it to the ER. Then the  ribosome is associated to the ER during protein synthesis. As the protein is being  synthesized it is being injected into the ER, this is co­translational process b/c the  sorting is happening during translation. Slide 8 ­ We refer to 3 types of pathways by which proteins can be sorted.  o There is gated transport: refers to the movement of proteins between the  cytosol and the nucleus. o There is transmembrane transport: this is movement of proteins from the  cytosol to the mitochondria, chloroplast, peroxixomes and ER. The key  here is that this type of transport requires protein translocators to move  proteins across the membranes that are surrounding the organelles.  o There is vesicular transport: in this movement of proteins its little vesicles  of lipid bilayers that move the proteins between different compartments.  Bio 230 ­ Lecture 9 What happens is a lipid bilayer vesicle buds off one membrane of a certain  compartment and will fuse with another compartment. As the bubble  forms it will carry a protein/set of proteins and when it fuses to the target  compartment it will release the proteins into that compartment. This  occurs between ER and Golgi and from Golgi into various compartments  including the cell exterior where proteins are moved by vesicles in the  process of vesicular transport. Slide 9 and 10 ­ Gated transport of proteins: protein movement between cytosol and nucleus: ­ The gate/major structure that is involved in the selectivity of proteins moving  between these compartments is called the nuclear pore complex. ­ The nuclear pore complex actually forms pores in the nuclear envelope and the  envelope is a series of lipid bilayers and again they will not allow passive  transport of proteins across. So the nuclear pore complexes form channels that  selectively allow specific proteins/macromolecules in and out of the nucleus ­ Its not all molecules that are selectively transported by the nuclear pore complex,  if the molecules is smaller 5000 daltons (most proteins are larger), these  molecules can move by diffusion in and out of the nucleus through the nuclear  pore complexes.  ­ The nuclear pore complex is actually selective only for macromolecules that are  larger then 5000 daltons  ­ There are 2 processes that can occur: there can be movement of proteins in both  directions. The process of moving proteins from the cytosol to the nucleus is  called nuclear import through the nuclear pore complexes. The opposite of this is  nuclear export which is the movement of proteins from the nucleus to the cytosol. ­ Diagram bottom left slide 10: the nuclear envelope is 2 lipid bilayers that  surround the nucleus and the nuclear pore complex actually forms this channel  through the nuclear envelope. It is through the nuclear pore complex that proteins  will be translocated selectively, its not all proteins that are allowed to move  through this gate its only certain proteins that have certain signals on them. But it  is a channel, it is not completely closed so that is why small molecules are  allowed to move freely in and out of the nucleus. Slide 11 ­ Proteins that are moving into the nucleus during nuclear import are cargo  proteins.  ­ Cargo proteins have specific AA sequences on them called nuclear localization  signals.  ­ Nuclear localization signals is a AA sequence that tells the cell to import that  protein into the nucleus ­ There is a nuclear import receptor that moves the protein from the cytosol into the  nucleus and it binds to this AA sequence on the cargo protein called the nuclear  localization sequence.  ­ Now the AA sequences are not a specific AA sequence but they are rick in lyseine  and argenines. These are positively charged AAs and those properties that allow  this sequence to bind to the nuclear import receptor.  Bio 230 ­ Lecture 9 ­ Once the cargo is bound to the nuclear import receptor this complex will bind to  what are called nuclear porins in the nuclear pore complex. Nuclear porins are  protein molecules that are lining the nuclear pore complex. These are the proteins  that make the channel through the nuclear pore complex.  ­ It is called the nuclear pore complex b/c it is not only one type of protein that  makes up this channel it’s a complex of proteins. One of the major players in  making this structure are nuclear porins ­ So once this has occurred the cargo has bound to the nuclear import receptors, the  nuclear import receptor is bound to these nuclear porins, then the receptor and the  cargo are translocated into the nucleus from the cytosol ­ This figure highlights that you can have different import receptors, there is not  only 1 type, there are different types that can regulate the movement of different  types of proteins and as mentioned this NLS sequence is not a specific AA  sequence, so they can vary and different NLS sequences can be recognized by  different nuclear importer receptors but they all carry out the same function.  Slide 12 ­ In this case the protein are moving from the nucleus to the cytosol are once again  called cargo proteins ­ This time they have a nuclear export signal (NES), usually it’s a series of  hydrophobic AAs that vary in their sequences ­ What type of molcules have NES? Ribosomes, many of the subunits are  assembled in the nucleus, they need to function in the cytosol to carry translation,  so there is nuclear export of assembled ribosomal subunits from the nucleus into  the cytosol. mRNA molecules are transcribed in the nucleus and need to be  shipped into the cytosol to be translated by the ribosome so RNA are exported.  Also proteins where their movement between the nucleus and the cytosol is  regulated. Under some conditions they are in the cytosol and other conditions they  need to be imported into the nucleus. Ex coming.. ­ So you have the cargo protein that needs to be moved and then you have a  receptor that is involved this time its called the nuclear export receptor. It is this  receptor that binds to the cargo protein, its structurally related to the nuclear  import receptor but they are different and they will bind in this case to the nuclear  export signal. So the receptor and the cargo move into the cytosol. ­ So recap: so you have cargo, binds to a specific receptor via a specific sequence  (nuclear localization sequence: NIS and NES) these complexes with the receptor  and the cargo move through the nuclear pore complex.  Slide 13 ­ 14 ­ Now this whole process of import and export is maintained by a special class of  proteins called Ran GTPases and these are fundamental to the movement of  proteins in and out of the nucleus and they play a role in both aspects: import and  export ­ Ran GTPases are GTPases, it can hydrolyze GTP into GDP. So Ran GTPases  cycles between GDP bound form and the GTP bound form.  ­ There are 2 classes of proteins that can regulate the Ran GTPase: one of them is  the Ran GAP: this is GTPase activating protein and this activates the GTPase  activity of Ran. So when that happens it stimulates GTP hydrolysis by Ran and  Bio 230 ­ Lecture 9 Ran will be bound to GDP. So Ran will be bound to GTP if the Ran GAP acts on  it, it will hydrolyze the GTP into GDP and will end up in the GDP bound form. ­ Now the second class of enzymes is called Ran GEF is a guanine nucleotide  exchange factor and what t
More Less

Related notes for BIO120H1

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.