Komórka cz. 2
advertisement
KOMÓRKA Cz. II Egzocytoza błona komórkowa wydzielina pęcherzyk wydzielniczy • transport pęcherzyków zawierających substancje do wydzielenia • fuzja pęcherzyków z błoną komórkową - wydzielenie substancji Dwa rodzaje egzocytozy: Fuzja błon konstytutywna: • ciągła • wolna • wydzielina niezagęszczona • małe pęcherzyki regulowana: sygnał Warunki połączenia się (fuzji) dwóch błon biologicznych: • w obu błonach muszą być specyficzne białka (SNARE), które rozpoznając się i wiążąc ze sobą wymuszają fuzję błon • błony ulegające fuzji mają zazwyczaj podobny charakter • na sygnał (np. nerwowy lub hormonalny) • szybka • wydzielina zagęszczona • duże ziarna wydzielnicze mikropęcherzyki Endocytoza: Tworzenie pęcherzyków pozakomórkowych tworzenie pęcherzyka Komórki uwalniają do przestrzeni pozakomórkowej dwa rodzaje pęcherzyków: • mikropęcherzyki wypączkowujące z błony komórkowej • egzosomy uwalniane przez egzocytozę zawartości ciał wielopęcherzykowych (rodzaj endosomów) ciała wielopęcherzykowe egzosomy Pęcherzyki pozakomórkowe są pobierane przez inne komórki, a ich białka błonowe i zawartość wpływają na czynność tych komórek. Jest to ważny mechanizm komunikacji i sygnalizacji międzykomórkowej, uczestniczący m.in. w regulacji: • procesów różnicowania komórek • procesów obronnych (zapalenie, reakcje immunologiczne) • proliferacji (w tym nowotworowej) komórek • fagocytoza • pinocytoza - niezależna od klatryny - zależna od klatryny (endocytoza receptorowa) 1 Fagocytoza Pinocytoza • pobierane duże cząstki stałe lub struktury • błona komórkowa „wspina się” otaczając cząstkę • udział cytoszkieletu (mikrofilamentów) • potrzebna energia • powstają duże pęcherzyki (fagosomy) • pobierany płyn • błona komórkowa wpukla się • bez udziału cytoszkieletu • bez udziału energii • powstają małe pęcherzyki (pinosomy) Endocytoza receptorowa: • selektywna • pobierane substancje związane z receptorami • błona komórkowa zachowuje się jak w pinocytozie Endocytoza receptorowa: etapy procesu błona pęcherzyka wczesny endosom klatryna adaptyna Tworzenie pęcherzyków w procesie transportu pęcherzykowego (zwłaszcza przy udziale receptorów) wymaga uczestnictwa tzw. białek okrywających (klatryna, białka COP) - tworzą się „pęcherzyki okryte”. Białka okrywające wspomagają wpuklanie się błony tworzącej pęcherzyk i agregację błonowych receptorów. 1. Przyłączenie ligandów do receptorów na powierzchni błony komórkowej 2. Podbłonowa agregacja klatryny, skupienie receptorów i utworzenie dołeczka okrytego 3. Endocytoza - utworzenie pęcherzyka okrytego 4. Oddzielenie klatryny od pęcherzyka 5. Połączenie pęcherzyka z wczesnym endosomem 6. We wczesnym endosomie: niskie pH (pompa protonowa), oddzielenie ligandów od receptorów, powrót receptorów transportem pęcherzykowym do błony komórkowej (recyrkulacja receptorów). Endocytoza receptorowa: etapy procesu c.d. wczesny endosom późny endosom 7. Przemieszczenie endosomu w głąb komórki - staje się późnym endosomem 8. W późnym endosomie: przyłączenie pęcherzyków hydrolazowych zawierających enzymy trawienne - późny endosom przekształca się w lizosom 9. Trawienie ligandów w lizosomie 2 Lizosomy pęcherzyki, w których zachodzi trawienie wewnątrzkomórkowe; zawierają enzymy trawienne (hydrolazy) i trawione substancje Znaczenie endocytozy receptorowej: • wybiórcze pobieranie niektórych substancji (cholesterol – LDL, żelazo – transferyna) • pobieranie i ew. inaktywacja niektórych substancji sygnałowych (hormonów, czynników wzrostu) • patologia: wnikanie wirusów i toksyn do komórek Lizosomy powstają przez połączenie (fuzję) pęcherzyków hydrolazowych zawierających enzymy trawienne z pęcherzykami zawierającymi substancje, które mają zostać strawione Powstawanie pęcherzyków hydrolazowych 1. Synteza enzymów trawiennych (hydrolaz) i ich glikozylacja w siateczce szorstkiej 2. Transport pęcherzykowy enzymów do diktiosomu 3. W diktiosomie reszty mannozy enzymów ulegają fosforylacji - powstają grupy mannozo-6-fosforanu (znacznik) 4. Znacznik rozpoznawany jest i wiązany przez receptory w TGN 5. Od TGN odrywa się pęcherzyk okryty (klatryną) zawierający hydrolazy związane z receptorami. fagocytoza pinocytoza, endosom endocytoza receptorowa LIZOSOM Pęcherzyki hydrolazowe mogą się łączyć: (1) z pęcherzykami powstałymi w wyniku endocytozy: • z fagosomami • z późnymi endosomami Hydrolazy lizosomowe (esterazy, glikozydazy, peptydazy) – działają w kwaśnym pH, mogą trawić wszystkie rodzaje substancji wysokocząsteczkowych. - powstają heterolizosomy Hydrolazy w pęcherzykach hydrolazowych są nieaktywne. błony siateczki środplazmatycznej (2) z pęcherzykami tworzonymi w komórce, zawierającymi jej własne struktury (autofagosomami) - powstają autolizosomy (3) z błoną komórkową (rzadko) - enzymy są wydzielane do procesów trawienia zewnątrzkomórkowego LIZOSOM • Wewnątrz lizosomów panuje niskie pH, w wyniku czego hydrolazy oddzielają się od receptorów, stają się aktywne i trawią zawarte w lizosomach substancje. • Produkty trawienia (substancje niskocząsteczkowe) przechodzą przez błonę lizosomu do cytoplazmy, gdzie mogą służyć do syntezy nowych substancji użytecznych dla komórki, lub do produkcji energii. • Receptory dla mannozo-6-fosforanu powracają transportem pęcherzykowym do diktiosomu. 3 lizosomy Błona komórkowa Proteasomy endosomy Białka cytozolu są trawione poza lizosomami, przez znajdujące się w cytoplazmie kompleksy enzymatyczne - proteasomy peroksysomy fagosomy, pinosomy, pęcherzyki okryte pęcherzyki hydrolazowe 20S 26S pęcherzyki wydzielnicze Rozpoznawane i trawione przez proteasomy są tylko te białka, które zostały „oznakowane” przez przyłączenie do nich innego białka ubikwityny siateczka śródplazmatyczna aparat Golgiego przepływ błon w komórce Mitochondria Przedziały mitochondrialne Mitochondria nie uczestniczą w przepływie błon, a zatem (1) namnażają się przez podział i nie mogą powstać de novo, (2) ich błony mają unikatowy charakter i (3) ich białka są syntetyzowane na wolnych rybosomach i posttranslacyjnie wbudowywane do organelli • błona zewnętrzna • błona wewnętrzna (tworzy wpuklenia: grzebienie lamelarne lub tubularne) • przestrzeń międzybłonowa • macierz Błona wewnętrzna: Błona zewnętrzna: • białka/lipidy 1:1 • kanały anionowe (poryny) nieselektywna przepuszczalność < 5 kDa • translokony dla importu białek (TOM) • białka/lipidy 4:1 • specyficzny lipid (kardiolipina) • liczne białka transportowe (w pełni kontrolowany transport) • translokony dla importu białek (TIM) • łańcuch przenośników elektronów • „grzybki mitochondrialne” - kompleksy syntazy ATP Macierz: Przestrzeń międzybłonowa: • kinazy nukleotydów (np. synteza ADP) • miejsca kontaktowe (styk obu błon i translokonów) • aparat genetyczny (mtDNA, mtRNA, mt-rybosomy) • enzymy cyklu Krebsa • enzymy β-oksydacji kwasów tłuszczowych • ciałka gęste (złogi fosforanów wapnia) 4 Główna funkcja mitochondriów, produkcja ATP wymaga współdziałania enzymów cyklu Krebsa, łańcucha przenośników elektronów i syntazy ATP Trzy składniki łańcucha oddechowego „pompują” protony z macierzy do przestrzeni międzybłonowej. Powstały gradient protonowy służy jako źródło energii dla syntezy ATP w „grzybkach” (a także dla aktywnego transportu przez błonę wewnętrzna oraz dla importu białek) cytochrom c przestrzeń międzybłonowa błona wewnętrzna cykl Krebsa macierz ubichinon dehydrogenaza NADH cytochromy b – c1 oksydaza cytochromowa syntaza ATP substraty Mitchell, Nagroda Nobla 1978 Grzybek mitochondrialny (kompleks syntazy ATP, F0 -F1 ATPaza) składa się z „nóżki” (F 0) zawierającej transporter protonowy i „główki” (F1) - syntazy ATP. Grzybek działa jak „turbina molekularna” transporter protonowy F0 2000 obr/min Boyer & Walker, Nagroda Nobla 1997 Inne funkcje mitochondriów: Mitochondria zawierają własny aparat genetyczny: • pętlowy, bezhistonowy mtDNA • wszystkie rodzaje mtRNA • rybosomy • enzymy niezbędne do procesów replikacji, transkrypcji i translacji • β-oksydacja kwasów tłuszczowych • ostatnie etapy syntezy hormonów steroidowych • udział w regulacji poziomu Ca2+ w komórce • produkcja ciepła • udział w procesie apoptozy 5 ... Jednak jest on zbyt ubogi, aby zapewnić organelli pełną autonomię Mitochondria mają zatem „mozaikowy” (semiautonomiczny) charakter podjednostki syntazy ATP podjednostki oksydazy cytochromowej podjednostki dehydrogenazy NADH Jądro podjednostki dehydrogenazy NADH DNA długość genomu: 16 569 par zasad 16S RNA 12S RNA start cytochrom b synteza białka mtDNA koduje: • 12S i 16S rRNA do rybosomów mitochondrialnych • 22 cząsteczki tRNA • 13 białek błony wewnętrznej mitochondrium DNA białko importowane białko syntetyzowane Pozostałe białka mitochondrialne są kodowane w DNA jądrowym, syntetyzowane w cytoplazmie na wolnych rybosomach i po translacji wbudowywane do mitochondriów Mitochondria ewolucyjnie wywodzą się z prymitywnych bakterii, które posiadały zdolność do produkcji ATP (teoria endosymbiotyczna) blona siateczki błona mitochondrium Biogeneza mitochondriów Lipidy są wbudowywane w błony mitochondrialne przez specjalne białka przenoszące pierwotna bakteria pierwotna komórka eukariotyczna FAGOCYTOZA (?) SYMBIOZA, TRANSFER GENÓW mitochondrium jądro Import białek z cytoplazmy do mitochondriów wymaga odpowiednich odcinków sygnałowych w białkach, a także skoordynowanego działania translokonów błony zewnętrznej i wewnętrznej. Peroksysomy pęcherzyki (0,1-1 µm) zawierające specyficzny zestaw enzymów Główne funkcje peroksysomów: Enzymy peroksysomowe: • oksydazy peroksysomowe (produktem ubocznym ich działania jest nadtlenek wodoru) • katalaza (rozkłada nadtlenek wodoru) • enzymy ß-oksydacji kwasów tłuszczowych • enzymy biosyntezy lipidów • aminotransferazy. • utlenianie różnych substratów, w tym detoksyfikacja • rozkład nadtlenku wodoru • ß-oksydacja długołańcuchowych kw. tłuszczowych • synteza cholesterolu, kwasów żółciowych i plazmalogenów • degradacja puryn 6 RER Białka błonowe i enzymatyczne produkowane na wolnych rybosomach Pęcherzyk preperoksysomowy Cytoszkielet Biogeneza peroksysomów Peroksysom Typ włókien Średnica Białko Funkcja mikrotubule 25 nm tubulina ruch, podporowa 2. Do pęcherzyków preperoksysomowych wbudowywane są posttranslacyjnie pozostałe białka błonowe i enzymy peroksysomowe (posiadające odpowiedni odcinek sygnałowy) mikrofilamenty 6 nm aktyna ruch, podporowa 3. Powstaje peroksysom, który może się dzielić lub ulegać fuzji z innymi peroksysomami filamenty pośrednie 10 nm różne białka podporowa 1. Z szorstkiej siateczki wypączkowują małe pęcherzyki zawierające niektóre błonowe białka peroksysomu (pęcherzyki preperoksysomowe) Mikrotubule Mikrotubule nietrwałe (cytoplazmatyczne, w tym włókna wrzeciona podziałowego) tubulina protofilament Mikrotubule trwałe (po zakończeniu wzrostu nie rozpadają się): • neurotubule w wypustkach komórek nerwowych • mikrotubule budujące złożone struktury: rzęski, witki i centriole rureczki zbudowane z tubuliny - + W strukturach mikrotubule łączą się w dublety lub triplety Dynamiczne (wydłużają się i skracają) koniec „+” – wydłużanie lub skracanie koniec „-” stabilny, zazwyczaj zakotwiczony w pobliżu centrioli Aksonema rzęsek i witek: 9 obwodowych dubletów i 2 mikrotubule centralne Centriola Mikrofilamenty (filamenty aktynowe) zbudowane z aktyny _ + 9 tripletów mikrotubul para centrioli = centrosom Centriole i otaczający je materiał zawierający tubulinę G indukują i regulują wzrost mikrotubul cytoplazmatycznych (centrum organizacji mikrotubul) • nietrwałe • trwałe: w połączeniach międzykomórkowych, w niektórych komórkach nabłonkowych – mikrokosmki, sieć krańcowa, w komórkach mięśniowych – cienkie miofilamenty 7 Za zjawiska ruchu komórkowego odpowiedzialne są tzw. mechanoenzymy (białka motoryczne), które wykorzystując energię z ATP „kroczą” po powierzchni mikrotubul i mikrofilamentów Do mechanoenzymów mogą się przyczepiać różne struktury, które są w ten sposób transportowane wzdłuż mikrotubul, „jak po szynach” E dyneina kinezyna + - Po powierzchni mikrotubul mogą „kroczyć” dwa mechanoenzymy: • dyneina - w kierunku końca „-” • kinezyna - w kierunku końca „+” mikrotubula mikrotubula E Po powierzchni filamentów aktynowych może kroczyć tylko jeden rodzaj mechanoenzymu: miozyna, wyłącznie w kierunku końca „+”. Filamenty aktynowe zakotwiczają się tym końcem w błonie komórkowej, a układ ten odpowiada za zjawiska ruchowe, w których uczestniczy błona: tworzenie wpukleń i fałdów błony, wysuwanie i wciąganie wypustek (fagocytoza, ruch pełzakowaty) – miozyna II, doraźnie agreguje w filamenty W ten sposób transportowane są: • pęcherzyki • organelle (ruch organelli) • duże białka (ruch wewnątrzkomórkowy) Filamenty pośrednie • zbudowane z łańcuchów białkowych skręconych w formę liny (wytrzymałe elastyczne) • nie współpracują z mechanoenzymami, pełnią wyłącznie funkcje podporowe (wewnątrz komórki i w połączeniach międzykomórkowych) • są zbudowane z różnych białek, zależnie od miejsca występowania skurcz komórki: (np. komórki mięśniowe) - miozyna II, tworzy trwałe filamenty Miozyna I, wystepująca w formie pojedynczych cząsteczek uczestniczy w transporcie pęcherzyków wzdłuż mikrofilamentów Materiały zapasowe i wtręty cytoplazmatyczne Nazwa Białka budujące Występowanie laminy jądrowe laminy A i B jądra wszystkich komórek filamenty keratynowe (tonofilamenty) cytokeratyny komórki nabłonkowe *filamenty wimentynowe wimentyna komórki tk. łącznej *filamenty desminowe desmina komórki mięśniowe *filamenty glejowe GFAP (kwaśne włókienkowe białko glejowe) komórki neurogleju neurofilamenty białka neurofilamentów komórki nerwowe *rodzina filamentów wimentynowych glikogen krople lipidowe wtręty krystaliczne i parakrystaliczne ziarna barwników • melanina • lipofuscyna 8 nekroza apoptoza Śmierć komórki: Faza indukcji: • aktywacja „receptorów śmierci” lub specyficznych białek indukujących apoptozę • uwalnianie cytochromu c z mitochondriów • martwica (nekroza) • apoptoza (zaprogramowana śmierć) Martwica: - przerwanie błony komórkowej - zahamowanie procesów życiowych - autoliza - rozpad komórki - odczyn zapalny fragmentacja DNA Apoptoza: - sekwencyjna aktywacja określonych białek („program”) Czynniki wywołujące apoptozę: • uszkodzenie DNA • określone cząsteczki sygnałowe działające na tzw. „receptory śmierci” • brak składników odżywczych lub czynników wzrostowych „pączkowanie” błony tworzenie ciałek apoptotycznych Faza egzekucji: • aktywacja kaspaz (enzymów proteolitycznych) • trawienie białek wewnątrzkomórkowych • zaburzenie procesów metabolicznych • śmierć komórki Morfologiczne cechy apoptozy: • fragmentacja DNA • rozpad jądra na kilka fragmentów • zagęszczenie cytoplazmy • rozpad komórki na małe fragmenty (ciałka apoptotyczne) otoczone błoną Zostaje zachowana ciągłość błony komórkowej, nie dochodzi do odczynu zapalnego autofagosom pęcherzyk hydrolazowy Autofagia – kolejny (choć rzadki) mechanizm śmierci komórki autolizosom Zadanie domowe ☺ YouTube: The inner life of the cell Autofagia jest z reguły mechanizmem umożliwiającym przeżycie komórki w warunkach przejściowego niedoboru substancji odżywczych, ale może się też odbywać w warunkach fizjologicznych. Nasilona autofagia prowadzi do śmierci komórki i jest (obok apoptozy) odpowiedzialna za zanik odcinków wydzielniczych gruczołu mlekowego po zakończeniu laktacji, za zanik ciałka żółtego w jajniku (luteolizę) oraz za obumieranie komórek nowotworowych pod wpływem chemioterapii. 9
