Biologia komórki. Wykład 3
Cykl komórkowy i jego
regulacja.
Modyfikacja, oraz
sortowanie białek, formy
przechowywania oraz
dystrybucja białek w
komórce.
Biologia komórki. Wykład 3
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
.
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.
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 dezaktywuje. 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
Kontrola cyklu komórkowego
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.
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 partnera
cyklinowego
.
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
Budowa błon fosfolipidowych
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
.
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)
Reticulum endoplazmatyczne
to wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy 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). Jest odpowiedzialne m.in. za syntezę tłuszczów
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
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
Funkcja aparatu Golgiego polega na modyfikacji chemicznej substancji
potrzebnych komórce, bądź wydzielanych poza nią
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 sortująca, w której produkty z wnętrza diktiosomu
zostają rozsortowane 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
Aparat Golgiego
Sieć trans stanowi stację
rozdzielczą i sortująca
Pęcherzyki
transportujące