2014-04-05 Komórka eukariotyczna http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:HeLa_cells_stained_with_Hoechst_33258.jpg cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma W cytoplazmie odbywa się: • cała przemiana materii, dzięki której organizm uzyskuje energię • biosynteza białka • biosynteza innych związków Rola jądra komórkowego: • przechowywanie informacji zawartej w DNA • jej powielanie w procesie podziału komórki • kontrolowanie całości metabolizmu komórki Jądro komórkowe Liczba: 1- kilkaset monokariocyty, bikariocyty, polikariotycy w komórkach ssaków -10% wielkości komórki brak – erytrocyty ssaków; komórki warstwy rogowej naskórka Wielkość i kształt: ok. 1- 100 µm (5 – 25 µm) zależy od typu komórki, wieku i stanu funkcjonalnego kuliste, elipsoidalne, pofragmentowane (kondensacja i fragmentacja chromatyny) Położenie: w środku komórki lub przy błonie 1 2014-04-05 Stany jądra komórkowego • jądro interfazowe – występuje w komórkach znajdujących się między dwoma następującymi po sobie podziałami • jądro mitotyczne – występuje w komórkach dzielących się ( jądro metaboliczne – występuje w komórkach wyrośniętych, kieruje procesami przemiany materii) Ultrastruktura jądra interfazowego Domeny jądra interfazowego • otoczka jądrowa • macierz jądrowa • chromatyna skondensowana (heterochromatyna) rozproszona (euchromatyna) jąderko (a) 2 2014-04-05 Budowa jądra komórkowego nukleoplazma (blaszka) Otoczka jądrowa –pory jądrowe kompleksy porowe 10 nm 120-150nm kształt oktagonalny białka nukleoporyny (100) Liczba zależy od typu komórki, fazy cyklu 3 tys –50 mln /jądro ; średnio 10-20 porów/mm² 3 2014-04-05 Otoczka jądrowa kompleks porowy bł zew bł wew lamina 10-100nm 20-40nm chromatyna Kompleksy porowe przyłączone są do błon osłonki przez glikoproteiny (gp62, gp190, gp210) asymetria strukturalna i czynnościowa błon Kompleks poru jądrowego kanały peryferyczne kanał centralny pierścień cytoplazmatyczny kompleks kanału centralnego (8) pierścień jądrowy pierścień końcowy do 50 kDa 4 2014-04-05 Transport przez pory jądrowe • związki małocząsteczkowe , jony • makrocząsteczki, które nie wchodzą w interakcje z białkami porów zależy od wielkości cząsteczek – do 50 kDa • makrocząsteczki, które wchodzą bezpośrednio w interakcje ze składnikami kompleksu porowego • makrocząsteczki, które wchodzą w interakcje ze składnikami kompleksu porowego za pośrednictwem innych białek transport z udziałem specyficznych białek (karioferyny) i energii film Transport przez pory jądrowe - import NLS –sekwencja sygnałowa NLS –sygnał lokalizacji jądrowej białka adaptorowe (importyny a) (importyny b) nukleoporyny ATP lub GTP 5 2014-04-05 Transport przez pory jądrowe Nadrodzina RAS NLS- sygnał lokalizacji jądrowej Ras, Rho, Rab, Sar, Arf, Ran NSL Ran Ran Ran Ran małych białek G Transport przez pory jądrowe receptor importu jądrowego cargo z sekwencją sygnalizacji jądrowej receptor eksportu jądrowego dysocjacja Ran-GDP cargo przeniesione do cytoplazmy cargo z sekwencją eksportu z jądra cargo przeniesione do jądra wiązanie Ran-GTP film 6 2014-04-05 Nukleoplazma Składniki: 10% ok. 9-20% suchej masy, 6 pg (człowiek) 3,2 x 109 nukleotydów – 24 chromosomy RNA (różne klasy) ok. 1- 8% suchej masy białka: 70-75% histony – białka zasadowe (konserwatywne) DNA 5 klas: H1, H2A, H2B, H3, H4 (masa cząsteczkowa; stosunek Arg :Liz) białka niehistonowe Chromatyna kompleks DNA, histonów i białek niehistonowychróżny poziom kondensacji Macierz jądrowa laminy białka nielaminowe (matryny) (200, różnorodne) białka komórkowo-specyficzne macierzy DNA, RNA macierzy lipidy: 2-4% substancje nieorganiczne 7 2014-04-05 Budowa chromatyny nić nukleosomowa DNA ok. 2m; jądro 5-8 mm 3,2 x 109 nukleotydów, 24 chromosomy (człowiek) 30 nm – włókno 2 nm –2 nici DNA 10 nm -nukleosomy upakowanie DNA ok. 7x Mikrografia elektronowa -chromatyna (łagodna izolacja -trawienie nukleazami) rdzeń nukleosomu Film 5.2 oktamer histonowy 146-nukleotydowy odcinek DNA wysoce konserwatywny H2B H2A H4 H3 DNA 8 2014-04-05 nukleosomy (DNA łącznikowy) 20-95 polinukleotydów H1- swoistość tkankowa Włókno chromatynowe 30 nm solenoid solenoid upakowanie DNA ok. 40x lewoskrętne zwinięcie nici nukleosomowej – nić 30nm – modele zygzaka 9 2014-04-05 Jądro komórkowe chromosom metafazowy upakowanie DNA: 10 000 –50 000x Jądro komórkowe 10 2014-04-05 chromatyna w różnej formie skondensowania: euchromatyna heterochromatyna jąderko (jąderka) Liczba, wielkość, kształt zależą od: typu komórki zaangażowania w syntezę białek plemniki, erytrocyty ptaków; oocyty płazów; 25% objętości jądra; Jąderko w formowaniu jąderka uczestniczą pętle chromatyny zawierające fragmenty rDNA (geny rRNA) z różnych chromosomów interfazowych (10) otoczka jądrowa jąderko synteza prekursorowego rRNA formowanie podjednostek tworzących rybosomy Organizator jąderka (NOR- nucleolus organizer region) to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące cząsteczki 18S i 28S rRNA, podzielone intronami. 11 2014-04-05 chromatyna w różnej formie skondensowania pofałdowanie włókna chromatynowego w pętle (domeny)–300 nm i kondensacja - włókna 700nm euchromatyna Dynamika upakowania DNA dostęp do DNA - ekspresja genów, replikacja DNA, naprawa DNA Jądro komórkowe Dynamika upakowania DNA • wykorzystanie kompleksów remodelujących chromatynę odtwarzanie standartowych nukleosomów ATP dysocjacja białek wiążących DNA dodanie białek wiążących DNA dostęp do DNA - ekspresja genów, replikacja DNA, naprawa DNA 12 2014-04-05 Jądro komórkowe Dynamika upakowania DNA • odwracalna modyfikacja ogonów histonowych (enzymy) metylacja acetylacja fosforylacja zmiana zdolności wiązania innych białek wyciszenie genu/ heterochromatyna ekspresja genu ekspresja genu „ kod histonowy” Cytoplazma cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Cytoplazma cytoplazma podstawowa organelle (cytozol) złożony koloid wodny cząsteczek i makrocząsteczek Kompleksy białkowe (+RNA) 13 2014-04-05 Cytoplazma podstawowa (macierz cytoplazmatyczna) • ok. 55% objętości komórki • złożony koloid wodny białek (20%) i wszystkich rozpuszczalnych związków chem., biorących udział w przemianie materii komórki (zol/żel) Procesy zachodzące w cytoplazmie podstawowej - wszelkie procesy związane z metabolizmem pośrednim biosynteza białek (translacja) początkowy etap oddychania (glikoliza lub oksydacyjny szlak pentozofosforanowy) rybosomy proteasomy cytoszkielet krople tłuszczu, ziarna glikogenu Rybosomy u Eukariotów rybosomy 80S; (70S w mitochondriach i chloroplastach) Białka: strukturalne enzymatyczne białek białek duża podjednostka mała podjednostka Aktywność katalityczna: RNA Podjednostki rybosomu duża RNA -2/3masy białka - 1/3 mała Film-translacja 1 kompletny rybosom 14 2014-04-05 Rybosomy-biosynteza białka miejsce wiązania mRNA Miejsca wiązania t-RNA A-site: akceptorowe (aminoacylo-tRNA) P-site peptydylowe (peptydylo tRNA) E-site: wyjścia (ang. exit) Film-translacja 2 Rybosom • rRNA – rdzeń rybosomu (struktura) • rybozymem - aktywność katalityczna (rRNA 23S dużej podjednostki –miejsce katalityczne peptydylotransferazy) • miejsce spotkania się wszystkich rodzajów RNA Polirybosomy (polisomy) Film Film-polirybosomy Synteza białek: 20sek –kilka min wielokrotna inicjacja translacji 15 2014-04-05 Proteasomy (proteosomy) Kompleks: białka – RNA aparat importujący białka do proteolizy (19S)regulatorowy (aktywator proteasomu, 6 ATP-az) aparat dokonujący proteolizy białek (20S) katalityczny (4 pierścienie z 7 podjednostek, beczułka) proteasom 26S • we wszystkich komórkach eukariotycznych • w cytoplazmie i jądrze Proteasomy • białko -sekwencja rozpoznawcza „pudełko destrukcyjne” proteoliza proteasomowa (N-końcu 8-10 reszt) 76 aa • związanie ubikwityny (3 enzymy, ligaza; wiązanie izopeptydowe: białko-Lys_– Gly76_Ub) proteaza proteasomowa • wnikanie do proteasomu • degradacja białek do peptydów ( 8-15 aa), odłączenie ubikwityny 16 2014-04-05 Proteosomy proteoliza proteasomowa tylko u eukariotów związana z ubikwityną selektywna białka „krótkożyjące” (SS blisko N-końca) białka uszkodzone, źle sfałdowane 17