wykład 3 – regulacja cyklu komórkowego i organelle komórkowe

Biologia komórki. Wykład 4
 Cykl komórkowy i jego
regulacja.
 Modyfikacja,
oraz sortowanie
białek, formy przechowywania
oraz dystrybucja białek w
komórce.
Cykl komórkowy
Cykl komórkowy jest serią zdarzeń,
które zachodzą w dzielącej się komórce
eukariotycznej, prowadząc do jej
podziału.
Ogólnie zdarzenia te można podzielić
na:
1. interfazę w trakcie której komórka wzrasta
gromadząc składniki odżywcze niezbędne
do podziału materiału genetycznego (DNA)
oraz
2. mitozę - podczas której komórka dzieli się
na 2 komórki potomne.
Etapy cyklu komórkowego
Diagram nie odzwierciedla stosunków czasu trwania
poszczególnych faz.
Kontrola cyklu komórkowego
Poprawny przebieg cyklu komórkowego w komórce
jest zapewniany przez złożony układ kontroli
Białka biorące udział w regulacji cyklu komórkowego to cykliny
i kinazy zależne od cyklin
We właściwym czasie układ ten uaktywnia enzymy i inne
białka uczestniczące w kolejnych etapach cyklu, a po ich
zakończeniu składniki te unieczynnia. W cyklu większości
komórek eukariotycznych wyróżnia się 4 stadia - fazy.
Faza G1 - trwa od kilku do kilkunastu godzin, pomiędzy
końcem cytokinezy a rozpoczęciem syntezy DNA
Faza S (synthesis) - u ssaków trwa 7 godzin. W ciągu tej fazy
odbywa się replikacja DNA oraz synteza histonów.
Faza G2 - trwa od końca syntezy białek aż do początku mitozy.
W tej fazie następuje synteza tubuliny - składnika wrzeciona
podziałowego.
Następnie rozpoczyna się mitoza która trwa ok 1 godziny. Cykl
komórkowy może być zakończony podziałem redukcyjnym mejozą
Cykliny - grupa białek biorących udział w regulacji
cyklu procesów związanych z podziałem komórki
Przy przechodzeniu komórki przez fazy G1, G2 i S gwałtownie
wzrasta poziom cyklin typu d, a, e i w końcu b. Te cykliny łączą
się ze swoimi kinazami cyklinozależnymi (cdk) i aktywują je.
Istnieją także inhibitory kinaz cyklinozależnych (cdki).
Regulacja cyklu komórkowego
obejmuje kluczowe dla komórki elementy,
w tym wykrywanie uszkodzeń i naprawę
materiału genetycznego oraz różne
systemy nadzoru zapobiegające
niekontrolowanym podziałom
komórkowym.
Procesy molekularne, które sterują
cyklem komórkowym są
uporządkowane i ukierunkowane, co
oznacza, że każdy proces następuje w
sposób sekwencyjny i niemożliwe jest
"odwrócenie”cyklu.
Rola cyklin i kinaz zależnych od
cyklin
Aktywność cyklin i kinaz zależnych od cyklin (CDKs),
determinuje postęp cyklu komórkowego.
Cykliny i CDKs formują razem aktywny heterodimer, przy czym
cykliny tworzą jednostkę regulatorową, a CDKs pełnią funkcję
katalityczną w obrębie heterodimeru.
Cykliny nie mają żadnej aktywności katalitycznej, zaś CDKs są z
kolei nieaktywne przy braku obecności cyklin.
Kinazy zależne od cyklin (CDKs) po związaniu się z cyklinami
ulegaja aktywacji i przeprowadzają reakcje fosforylacji białek
docelowych, które przez to zostają zaktywowane lub
inaktywowane.
Powoduje to skoordynowane wejście komórki w
następną fazę cyklu.
Szybkość replikacji w
fazie S
Bakterie: 50.000 nk/min, tj. 833
nk/s
Drożdże: 3600 nk/min, tj. 60 nk/s
Płazy 500 nk/min, tj. 8nk/s
Ssaki: 2200 nk/min, tj. 37 nk/s
Stosunek szybkości replikacji
prokariontów do eukariontów 23:1 do
24:1
Siateczka śródplazmatyczna i
aparat Golgiego
1 jądro komórkowe
2 por jądrowy
3 szorstka siateczka
śródplazmatyczna
(Rough endoplasmic
reticulum – rER)
4 Gładka siateczka
śródplazmatyczna(sER)
5 rybosom
6 białka, które są
transportowane przez
pęcherzyki
transportowe (7)
8 aparat Golgiego
9 biegun cis aparatu
Golgiego
10 biegun trans aparat
Golgiego
11 cysterna aparatu
Golgiego
Morfologia rybosomów
1. Duża podjednostka; 2. Mała podjednostka
Struktura dużej jednostki rybosomalnej; na niebiesko
zaznaczone są białka, żółtym rRNA, a czerwonym kluczowa dla
translacji adenina 2486 (w rRNA) w centrum aktywnym
Reticulum endoplazmatyczne
to wewnątrzkomórkowy system kanałów
odizolowanych błonami (membranami)
biologicznymi.
Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i
pęcherzyków.
Reticulum endoplazmatyczne (granularne) – ER-g –
charakteryzujące się obecnością licznych rybosomów,
osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni, rozbudowywana
w komórkach szybko rosnących oraz w komórkach w których
zachodzi biosynteza białek (np. neurony, komórki nabłonka
gruczołowego trzustki).
Retikulum gładkie (agranularne) – ER-a – nie związane z
rybosomami, stąd jego nazwa – gładkie.
Rozwinięte w komórkach syntezujących niebiałkowe produkty
organiczne (np. komórki jelita, komórki tkanki tłuszczowej).
Jego specjalizacją jest detoksykacja (niszczenie substancji
toksycznych).
Funkcje siateczki śródplazmatycznej:
1. synteza białek (szorstkie) i tłuszczów
(gładkie),
2. uczestnictwo w przemianach
węglowodanów
3. unieczynnianie toksyn i leków
(szczególnie w komórkach wątroby),
4. transport wewnątrzkomórkowy
(cytoplazma jest w nim rzadsza),
5. dzieli cytoplazmę komórki na przedziały
(kompartmenty), co pozwala na
przeprowadzenie w różnych przedziałach
reakcji, które przeszkadzałyby sobie
wzajemnie
Aparat Golgiego
Pęcherzyki
transportujące
Sieć trans stanowi stację
rozdzielczą i sortująca
W strukturach Golgiego odbywa się:
sortowanie i dojrzewanie białek i lipidów
modyfikacje reszt cukrowych glikoprotein i glipolipidów;
synteza polisacharydów oraz mukopolisacharydów
(glikozoaminoglikanów, pektyny);
Podstawową jednostką strukturalną aparatu Golgiego jest
diktiosom.
Każdy diktiosom składa się ze stosu podłużnych cystern oraz
odpączkowujących pęcherzyków.
W obrębie diktiosomu wyróżnia się dwa bieguny:
biegun cis (formowania)
biegun trans (dojrzewania)
Od bieguna cis do bieguna trans wzrasta procentowa zawartość
lipidów (cholesterolu).
Sieć trans stanowi stację rozdzielczą i sortującą, w której
produkty z wnętrza diktiosomu zostają rozdzielone zależnie od
przeznaczenia i zapakowane do odpowiedniego typu
pęcherzyków transportujących: białka i lipidy do błony
komórkowej, enzymy lizosomalne do lizosomów i inne
substancje do egzosomów np. hormony peptydowe (GH)
wydzielane na drodze egzocytozy, czyli poza komórkę
Funkcje błon
1. Chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych
i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych
organizmów, w szczególności chorobotwórczych.
2. Regulują transport wybranych substancji z i do
komórki.
3. Reagują na bodźce chemiczne, termiczne i
mechaniczne.
4. Pełnią funkcje enzymatyczne, katalizując różne reakcje
metaboliczne.
5. Utrzymują równowagę między ciśnieniem osmotycznym
wewnątrz i na zewnątrz komórki.
6. Są amfipatyczne
–
zbudowane z apolarnego ogona
węglowodorowego oraz polarnej głowy, dzięki czemu
lipidy budujące błony układają się w kształt
pęcherzyków, bądź w dwuwarstwę.
Budowa błon fosfolipidowych
Schemat organizacji białek błonowych
1. Białko transmembranowe
2. Białko monowarstwy
zewnętrznej
3. Białko monowarstwy
wewnętrznej
4. Białko wewnętrzne błony
Niebieskie – białka
peryferyjne
Białka błonowe występują m.in. w roli:
1. Receptorów - spełniają rolę w
kontaktowaniu się komórki ze światem
zewnętrznym, endocytozie i innych
procesach;
2. Białek enzymatycznych oraz
3. Białek uczestniczących w transporcie
(kanałów, przenośników, pomp)