4. Membránové proteiny, spojené se sacharidy.
Periferní proteiny - protein-protein interakce.
Příklad těchto proteinů:
1. Spectrin
2. fibronektin,
Bílkoviny –
integrální proteiny provést následující funkce:
a) proteiny iontových kanálů
b) receptorové proteiny
Iontové kanály
aquaporiny(erytrocyty, ledviny, oko).
Nadmembránová složka
Funkce glykokalyxu: 1. Hrajte roli receptory.
2. Mezibuněčné rozpoznávání.
(adhezivní interakce).
4. R histokompatibilní receptory.
5. Adsorpční zóna enzymů(parietální trávení).
6. Hormonální receptory.
Submembránová složka
Struktury tvořené plazmalemou
Obrysy buňky ani na světelně optické úrovni nepůsobí rovnoměrně a hladce a elektronová mikroskopie umožnila detekovat a popsat různé struktury v buňce, které odrážejí povahu její funkční specializace. Rozlišují se následující struktury:
1. Microvilli – výčnělek cytoplazmy pokrytý plazmalemou. Cytoskelet mikroklků je tvořen svazkem aktinových mikrofilament, které jsou vetkány do koncové sítě apikální části buněk (obr. 5). Jednotlivé mikroklky nejsou viditelné na optické úrovni světla. Pokud je jich v apikální části buňky významný počet (až 2000-3000), rozlišuje se i při světelné mikroskopii „štětcový okraj“.
2. Řasy – se nacházejí v apikální zóně buňky a mají dvě části (obr. 6): a) vnější - axoném
b) vnitřní – becal tělo
axoneme sestává z komplexu mikrotubulů (9 + 1 párů) a přidružených proteinů. Mikrotubuly jsou tvořeny proteinem tubulinem a rukojeti jsou tvořeny proteinem dyneinem – tyto proteiny společně tvoří tubulin-dyneinový chemomechanický převodník.
Bazální tělo sestává z 9 tripletů mikrotubulů umístěných na bázi cilia a slouží jako matrice pro organizaci axonémy.
3. Bazální labyrint- Jedná se o hluboké invaginace bazálního plasmalema s mitochondriemi ležícími mezi nimi. Jedná se o mechanismus pro aktivní absorpci vody a iontů proti koncentračnímu gradientu.
1. Doprava nízkomolekulární sloučeniny provádí se třemi způsoby:
1. Jednoduchá difúze
2. Usnadněná difúze
3. Aktivní doprava
Jednoduchá difúze– nízkomolekulární hydrofobní organické sloučeniny (mastné kyseliny, močovina) a neutrální molekuly (HO, CO, O). Jak se zvyšuje rozdíl v koncentraci mezi kompartmenty oddělenými membránou, zvyšuje se také rychlost difúze.
Usnadněná difúze– látka prochází membránou také ve směru koncentračního gradientu, ale pomocí transportního proteinu – translokace. Jedná se o integrální proteiny, které mají specificitu pro transportované látky. Jsou to například aniontové kanály (erytrocyty), K kanály (plazmolema excitovaných buněk) a Ca kanály (sarkoplazmatické retikulum). Translocase pro H O je to aquaporin.
Mechanismus účinku translokázy:
1. Přítomnost otevřeného hydrofilního kanálu pro látky určité velikosti a náboje.
2. Kanál se otevře pouze tehdy, když se naváže specifický ligand.
3. Neexistuje žádný kanál jako takový a samotná molekula translokázy se po navázání ligandu otáčí o 180 v rovině membrány.
Aktivní transport– jedná se o transport pomocí stejného transportního proteinu (přeloží), ale proti koncentračnímu gradientu. Tento pohyb vyžaduje energii.
Transport vysokomolekulárních sloučenin přes membrány
K přechodu částic přes plazmalemu dochází ve složení vždy membránový váček: 1. Endocytóza: A. pinocytóza, b. fagocytóza, c. receptorem zprostředkovaná endocytóza.
2. Exocytóza: A. sekrece, b. vylučování, c. Rekrece je přenos pevných látek buňkou, snoubí se zde fagocytóza a vylučování.
Endocytóza zprostředkovaná receptory
1. Akumulace receptorů vázajících ligand ve specifické oblasti plazmalemy – ohraničené jámy(jeden ligand, jeden receptor).
2. Povrch jamky na cytosolové straně je pokryt amorfní hustou látkou - clathrin(Do této cesty vstupují LDL transportní proteiny a transportní proteiny pro železo, transferin.
3. Vznik ohraničené bubliny.
4. Fúze ohraničeného vezikula s kyselým endozomem.
rýže. H endosom
5. Osud receptoru a ligandu je dán typem endocytózy.
A). Receptor se vrací, ligand je zničen.
rýže. lysozom
b) Receptor se vrací, ligand se vrací.
rýže. lysozom
c) Receptor je zničen, ligand je zničen.
rýže. lysozom
d) Receptor je transportován, ligand je transportován.
rýže. lysozom
Patologie - Hypercholesterolémie
1. Zvýšené hladiny LDL.
2. LDL není vychytáván buňkami.
3. Hladina LDL v plazmě.
4. Tvoří se aterosklerotické pláty koronárních cév.
PŘEDNÁŠKA
TÉMA „ORGANELY OBECNÉ HODNOTY“
Organely– jedná se o funkční systémy (přístroje) buňky. Rozlišují se tyto systémy: 1 Syntetický aparát
2. Energetický aparát
3. Intracelulární trávicí aparát (endozomální - lysozomální)
4. Cytoskelet
Hyaloplasma- jedná se o koloidní systém, který tvoří 55 % celkového objemu buňky, jsou v něm suspendovány organely a inkluze, obsahuje bílkoviny, polysacharidy, nukleové kyseliny, ionty. Zde probíhá vsunutá výměna.
Existuje několik typů endoplazmatického retikula: 1. Hrubý (granulární endoplazmatické retikulum) - GES
2. Hladké (agranulární endoplazmatické retikulum) - AES
3. Střední (přepravní systém)
Granulované endoplazmatické retikulum je systém zploštělých cisteren, vakuol a kanálků ohraničených membránami, na jejichž povrchu jsou umístěny ribozomy.
Ribozomy sestávají z RNA a histonů (1:1), spojených s membránami proteinem riboforinem. Význam: 1. Spojte proteinové složky v prostoru
2. Zajistit vzájemné rozpoznání komplexu - ribozomální RNA - tRNA
3. Poskytněte enzymy, které katalyzují tvorbu peptidových vazeb
Endoplazmatické retikulum – syntéza proteinů, lipidů a sacharidů – posttranslační změny.
Funkce vodní elektrárny: 1. Syntéza membránových proteinů
2. Syntéza proteinů pro export
3. Počáteční fáze glykosylace
4. Posttranslační změny
Během procesu syntézy bílkovin dochází ke změnám, které se označují následujícími pojmy: 1. Zahájení– jde o vazbu m-RNA na ribozomy
2. Prodloužení– prodloužení peptidového řetězce
3. Skládací– skládání peptidového řetězce do správné trojrozměrné struktury.
Světelným optickým analogem GES je fenomén cytoplazmatické bazofilie, který se může projevit ve dvou formách: a) difúzní zbarvení cytoplazmy,
b) přítomnost bazofilně zbarvených hrudek a granulí v buňce.
V čem bazofilie- je to výsledek přítomnosti ribozomů na membránách HES, které obsahují zbytky kyseliny fosforečné (složka tripletu), která iniciuje negativní náboj, který váže hlavní barvivo ( fenomén bazofilie).
Proteosyntéza: 1. Začíná syntézou na polysomech.
2. V důsledku interakce mRNA a ribozomů vzniká signální peptid (20-25 aminokyselin).
3. Vazba signálního peptidu s ribonukleoproteinovým komplexem (SRP - signální rozpoznávací částice).
4. Tato vazba zastaví syntézu bílkovin.
5. Vazba HSR na specifický receptor na membráně EPS (jedná se o tzv. mooring protein).
6. Po navázání na membránový receptor se HSR oddělí od polysomu.
7. Syntéza molekuly proteinu je odblokována.
8. Integrální receptorové proteiny - riboforiny - zajišťují připojení velké podjednotky ribozomů.
9. V lumen GEPS je signální peptid odštěpen enzymem signální peptidáza.
10. Uvnitř nádrže prochází peptid posttranslační modifikací:
hydroxylace, fosforylace, sulfatace atd.
Funkce Golgiho komplexu
1. Syntéza polysacharidů a glykoproteinů (glykokalyx, hlen).
2. Zpracování molekul:
a) terminální glykosylace
b) fosforylace
c) sulfataci
d) proteolytické štěpení (části molekul bílkovin)
3. Kondenzace sekrečního produktu.
4. Balení sekrečního produktu
5. Třídění proteinů v oblasti trans-Golgiho sítě (díky specifickým receptorovým membránovým proteinům, které rozpoznávají signální místa na makromolekulách a směrují je do odpovídajících vezikul). Transport z Golgiho komplexu probíhá ve formě 3 proudů:
1. Hydrolázové vezikuly (nebo primární lysozomy)
2. Do plazmalemy (jako součást ohraničených bublinek)
3. V sekrečních granulích
Endozomy - membránové váčky s okyselujícím obsahem a zajišťující přenos molekul do buňky. Typ přenosu látky endozomovým systémem je různý:
1. S trávením makromolekul (kompletní)
2. S jejich částečným štěpením
3. Žádná změna během přepravy
Proces transportu a následného rozkladu látek v buňce pomocí endozomů se skládá z následujících po sobě jdoucích složek:
1. Brzy(periferní) endozom
2. Pozdě(perinukleární) endozom prelysozomální stadium trávení
3. Lysozom
Časný endozom– vezikula postrádající klatrin na periferii buňky. pH prostředí je 6,0, dochází zde k omezenému a regulovanému procesu štěpení (ligand je oddělen od receptoru) --- vrátit se receptory do buněčné membrány. Raný endozom je také známý jako Curl.
Pozdní (perinukleární) endozom: a) kyselejší obsah pH 5,5
b) větší průměr do 800 nm
c) hlubší úroveň trávení
Jedná se o trávení ligandu (periferní endozom + perinukleární endozom) --- multivezikulární tělísko.
Lysozomy
1. fagolyzozom– vzniká fúzí pozdního endozomu nebo lysozomu s fagozomem. Proces destrukce tohoto materiálu se nazývá heterofagie.
2.Autofagolyzozom– vzniká fúzí pozdního endozomu nebo lysozomu s autofagozomem.
3. Multivezikulární tělo– velká vakuola (800 nm), sestávající z malých 40-80 nm vezikul obklopených středně hustou matricí. Vzniká jako výsledek fúze časných a pozdních endozomů.
4. Zbytková tělesa- Toto je nestrávený materiál. Nejznámější složkou tohoto typu jsou lipofuscinová granula - vezikuly o prům. 0,3 – 3 µm, obsahující lipofuscinový pigment.
Cytoskelet je soustava mikrotubulů, mikrofilament (intermediate, mikrotrabekuly). Všechny tvoří trojrozměrnou síť, interagující se sítěmi dalších komponent.
1. Mikrotubuly– duté válce pr. 24-25 nm, tloušťka stěny 5 nm, prům. lumen – 14-15 nm. Stěnu tvoří spirálovitě uspořádaná vlákna (nazývají se protofilamenta) o tloušťce 5 nm. Tato vlákna jsou tvořena dimery tubulinu. Jedná se o labilní systém, ve kterém je jeden konec (označený „__“) pevný a druhý („+“) je volný a účastní se procesu depolymerace.
Mikrotubuly jsou spojeny s řadou proteinů, které mají obecný název MAP – spojují mikrotubuly s dalšími cytoskeletálními prvky a organelami. Kinesin – (krok jeho pohybu po povrchu mikrotubulu je 8 nm).
Organela
rýže. Mikrotubule
Mikrovlákna– jedná se o dvě propletená vlákna F-aktinu, složená z g-aktinu. Jejich průměr je 6 nm. Mikrofilamenta jsou polární, g-aktin se připojuje ke konci („+“). Tvoří shluky
podél buněčné periferie a jsou spojeny s plazmatickou membránou prostřednictvím intermediárních proteinů (aktin, vinkulín, talin).
Funkce: 1. Změna cytosolu (přechod ze solu na gel a zpět).
2. Endocytóza a exocytóza.
3. Pohyblivost nesvalových buněk.
4. Stabilizace lokálních výběžků plazmatické membrány.
Mezilehlá vlákna mají d 8-11 nm, sestávají z proteinů charakteristických pro určité typy buněk. Tvoří intracelulární kostru, která zajišťuje buněčnou elasticitu a uspořádané uspořádání cytoplazmatických složek. Mezilehlá vlákna jsou tvořena vláknitými proteinovými molekulami propletenými jako provaz.
Funkce: 1. Strukturální
2. Účast na tvorbě rohovinové hmoty
3. Udržování tvaru, výhonky nervové buňky
4. Přichycení myofibril k plazmalemě.
Mikrotrabekuly- prolamovaná síť tenkých filamentů, která existuje v kombinaci s mikrotubuly a může se podílet na transportu organel a ovlivňovat viskozitu cytosolu.
PŘEDNÁŠKA
K TÉMATU: „JÁDRO. STRUKTURA INTERFÁZNÍHO JÁDRA. ZÁKLADY BIOSYNTETICKÉ ČINNOSTI BUNĚK“
Jádro je hlavní částí buňky, která kóduje informace o stavbě a funkci orgánu. Tato informace je obsažena v genetickém materiálu, DNA, což je komplex DNP s hlavními proteiny (histony). Až na výjimky (mitochondrie) je DNA lokalizována výhradně v jádře. DNA je schopna se sama replikovat, čímž zajišťuje přenos genetického kódu do dceřiných buněk za podmínek buněčného dělení.
Jádro hraje ústřední roli v syntéze proteinů a polypeptidů, je nositelem genetické informace. Všechna jádra tělesných buněk obsahují stejné geny, některé buňky se liší svou strukturou, funkcí a povahou látek produkovaných buňkou. Jadernou kontrolu provádí
represe nebo deprese (exprese) aktivity různých genů. Překlad o povaze syntézy proteinů je spojen s tvorbou m-RNA. Mnoho RNA je komplexem proteinu a RNA, tzn. RNP. Mezifázové jádro ve většině buněk je kulatý nebo oválný útvar o průměru několika mm. V leukocytech a buňkách pojivové tkáně jádro je laločnaté a označuje se termínem polymorfní.
Mezifázové jádro má několik různých struktur: jaderný obal, chromatin, karyolymfu a jadérko.
Jaderný obal
1. Vnější jaderná membrána– ribozomy jsou umístěny na povrchu, kde dochází k syntéze proteinů a vstupují do perinukleárních cisteren. Na cytoplazmatické straně je obklopena volnou sítí intermediálních (vimentinových) filament.
2. Perinukleární cisterny– část perinukleárních cisteren je spojena s granulárním endoplazmatickým retikulem (20-50 nm).
3. Vnitřní jaderná membrána – oddělené od obsahu jádra jadernou laminou.
4. Nukleární lamina 80-300 nm tlustá, podílí se na organizaci jaderné membrány a perinukleárního chromatinu, obsahuje intermediární filamentové proteiny - laminy A, B a C.
5. Jaderný čas– od 3-4 tisíc specializovaných komunikací provádějí transport mezi jádrem a cytoplazmou. Jaderný pór d 80 nm, má: a) pórový kanál – 9 nm
b) komplex jaderných pórů, ten obsahuje receptorový protein, který reaguje na signály jaderného importu (vstupní vstupenka do jádra) Průměr jaderného póru může zvětšit průměr pórového kanálu a zajistit přenos velkých makromolekul do jádra (DNA-RNA polymeráza).
Jaderný čas sestává ze 2 paralelních prstenců, jeden na každém povrchu karyolemy. Prstenec o průměru 80 nm, jsou tvořeny 8 bílkovinnými granulemi, z každé granule se směrem do středu táhne vlákno (5 nm), které tvoří přepážku (bránici). Ve středu je centrální granule. Soubor těchto struktur se nazývá komplex jaderných pórů. Vzniká zde kanál o průměru 9 nm, kterému se říká vodní kanál, protože jím procházejí malé ve vodě rozpustné molekuly a ionty.
Funkce jaderného póru: 1. Selektivní doprava;
2. Aktivní přenos do jádra proteinů se sekvencí charakteristickou pro proteiny jaderné lokalizace;
3. Přenos ribozomálních podjednotek do cytoplazmy se změnou konformace komplexu pórů.
Vnitřní jaderná membrána- hladká a spojená pomocí integrálních proteinů s jadernou laminou, což je vrstva o tloušťce 80-300 nm. Tento záznam resp plátek– skládá se z propletených intermediálních filamentů (10 nm), které tvoří karyoskelet. Jeho funkce:
1. Ukládání strukturální organizace pórové komplexy;
2. Zachování tvaru jádra;
3. Uspořádané balení chromatinu.
Vzniká jako výsledek spontánní asociace 3 hlavních polypeptidů. Toto je strukturální rámec jaderného obalu s místy pro specifickou vazbu chromatinu.
Chromatin
Pod světelným mikroskopem se skládá z nepravidelně sbalené hmoty nízké hustoty, lišící se stupněm hustoty, množstvím a velikostí v buňkách různé typy. Shluky chromatinu se nazývají karyozomy, tzn. mají afinitu k bazickým barvivům. Chromatin mezifázového jádra je DNP chromozomů. Chromozomy v mezifázovém jádře jsou velmi tenké, dlouhé, připomínají vlákna v klubíčku.
Bývaly doby, kdy se věřilo, že tato hmota se skládá z jednoho jednotlivého chromozomu, který se nazýval spirella.
Hustý chromatin se označuje jako heterochromatin, na rozdíl od volného euchromatinu. Na světelně optické úrovni jsou chromozomové prvky viditelné pouze tehdy, tvoří-li agregáty o velikosti 0,2 mikronu (heterochromatin). Hmotnost heterochromatinu je indikátorem buněčné aktivity, buňky obsahující velké bloky heterochromatinu se vyznačují neaktivní fází v syntéze proteinů, a tedy v produkci m-RNA.
Nucleolus
Jedná se o hutnou granuli o průměru 1-3 mikrony, intenzivně obarvenou základními barvivy. Hlavní složkou jadérka je specializovaná oblast chromozomů (smyček), neboli organizátor jadérka. Takové oblasti se nacházejí v pěti chromozomech: 13., 14., 15., 21. a 22.; Zde se nachází četné kopie genů kódujících ribozomální RNA.
U EM jsou v jadérku popsány 3 složky:
1. Fibrilární složka- mnoho tenkých (5-8 nm) filament, s převládající lokalizací ve vnitřní části jadérka. Jedná se o primární transkripty rRNA.
2. Granulovaná složka- jedná se o shluk hustých částic o průměru 10-20 nm, které odpovídají nejvyzrálejším prekurzorům ribozomálních podjednotek.
3. Amorfní složka– Toto je zóna, kde se nacházejí nukleolární organizéry, velmi bledě zbarvená zóna. Na transkripci ribozomální RNA se podílejí velké smyčky DNA a také proteiny, které se specificky vážou na RNA. Tvoří se granule a fibrily nukleolární vlákno (nukleolonem), tloušťka 60-80 nm. Vzhledem k tomu, že jadérko je obklopeno chromatinem, je tzv perinukleární chromatin, a jeho část pronikající do jadérka je intranukleolární chromatin.
Buněčný dopravník je sestavení sekrečního produktu na živém dopravním pásu za účasti různých buněčných organel. V tomto případě se proces sestavení skládá z řady fází, které se vyskytují v určité sekvenci v oblastech buňky, které jsou značně vzdálené od místa přímého působení nukleových kyselin vykonávajících genetickou kontrolu.
Buněčný dopravní pás pro syntézu proteinů zahrnuje obvyklou sekvenci procesů popsaných v části popisující granulární endoplazmatické retikulum. Zde je vhodné představit mechanismus syntézy nebílkovinných látek.
Membránové proteiny spojené s lipidy.
4. Membránové proteiny, spojené se sacharidy.
Periferní proteiny - nejsou ponořeny do lipidové dvojvrstvy a nejsou s ní kovalentně spojeny. Jsou drženy pohromadě iontovými interakcemi. Periferní proteiny jsou spojeny s integrálními proteiny v membráně díky interakci - protein-protein interakce.
Příklad těchto proteinů:
1. Spectrin, který se nachází na vnitřním povrchu buňky
2. fibronektin, lokalizované na vnějším povrchu membrány
Bílkoviny – obvykle tvoří až 50 % hmoty membrány. V čem
integrální proteiny provádět následující funkce:
a) proteiny iontových kanálů
b) receptorové proteiny
2. Proteiny periferní membrány(fibrilární, globulární) vykonávají následující funkce:
a) vnější (receptorové a adhezní proteiny)
b) vnitřní – proteiny cytoskeletu (spektrin, ankyrin), proteiny systému druhého posla.
Iontové kanály– jsou to kanály tvořené integrálními proteiny, tvoří malý pór, kterým procházejí ionty po elektrochemickém gradientu. Nejznámějšími kanály jsou kanály pro Na, K, Ca2, Cl.
Existují také vodní kanály - to jsou aquaporiny(erytrocyty, ledviny, oko).
Nadmembránová složka– glykokalyx, tloušťka 50 nm. Jedná se o sacharidové oblasti glykoproteinů a glykolipidů, které poskytují negativní náboj. Pod EM je volná vrstva střední hustoty pokrývající vnější povrch plazmalemy. Kromě sacharidových složek obsahuje glykokalyx periferní membránové proteiny (semiintegrální). Jejich funkční oblasti se nacházejí v supramembránové zóně – jedná se o imunoglobuliny (obr. 4).
Funkce glykokalyxu: 1. Hrajte roli receptory.
2. Mezibuněčné rozpoznávání.
3. Mezibuněčné interakce(adhezivní interakce).
4. R histokompatibilní receptory.
5. Adsorpční zóna enzymů(parietální trávení).
6. Hormonální receptory.
Submembránová složka nebo nejvzdálenější zóna cytoplazmy, má obvykle relativní rigiditu a tato zóna je obzvláště bohatá na vlákna (d 5-10 nm). Předpokládá se, že integrální proteiny, které tvoří buněčnou membránu, jsou přímo nebo nepřímo spojeny s aktinovými vlákny ležícími v submembránové zóně. Zároveň bylo experimentálně prokázáno, že při agregaci integrálních proteinů agreguje i aktin a myosin nacházející se v této zóně, což svědčí o účasti aktinových filament na regulaci tvaru buněk.
Jsou to tělíska ohraničená bilipidovou membránou a obsahující elektronově hustou matrici sestávající ze sady
hydrolytické enzymové proteiny (více než třicet typů hydroláz) schopné rozložit libovolné polymerní sloučeniny (bílkoviny, tuky, sacharidy) a jejich komplexy na monomerní fragmenty.
Funkcí lysozomů je zajistit intracelulární trávení, tj. rozklad jak exogenních, tak endogenních biopolymerních látek.
Klasifikace lysozomů:
1) primární lysozomy - elektrondenzní tělíska;
2) sekundární lysozomy - fagolyzozomy, včetně autofagolysozomů;
3) terciární lysozomy nebo zbytková tělíska.
Pravé lysozomy jsou malá elektronově hustá tělíska vytvořená v lamelárním komplexu. Trávicí funkce lysozomů začíná až po fúzi s fagozomem (fagocytovaná látka obklopená bilipidovou membránou) a vytvořením fagolyzozomu, ve kterém se fagocytovaný materiál a lyzozomální enzymy mísí. Poté začíná rozklad biopolymerních sloučenin fagocytovaného materiálu na monomery - aminokyseliny, cukry. Tyto molekuly volně pronikají přes membránu fagolysozomu do hyaloplazmy a jsou pak využity buňkou – využity k výrobě energie nebo budování nových intracelulárních makromolekulárních sloučenin. Některé sloučeniny nemohou být štěpeny lysozomovými enzymy, a proto jsou z buňky odstraněny v nezměněné podobě exocytózou (reverzní proces fagocytózy). Látky lipidové povahy nejsou prakticky štěpeny enzymy, ale hromadí se a kompaktují ve fagolysozomu. Tyto útvary se nazývaly terciární lysozomy (neboli zbytková tělíska).
Při procesu fagocytózy a exocytózy dochází v buňce k recyklaci membrán: při fagocytóze se část plazmalemy oddělí a vytvoří obal fagozomu, při exocytóze je tato membrána opět integrována do plazmalemy. Poškozené, změněné nebo zastaralé buněčné organely jsou buňkou využívány mechanismem intracelulární fagocytózy pomocí lysozomů. Zpočátku jsou tyto organely obklopeny bilipidovou membránou a vzniká vakuola – autofagozom. Poté se s ní spojí jeden nebo více lysozomů a vznikne autofagolysozom, ve kterém probíhá hydrolytické štěpení biopolymerních látek jako u fagolyzozomu.
Peroxisomy
Peroxisomy jsou cytoplazmatická mikrotělíčka (0,1-1,5 µm), strukturou podobná lysozomům, ale liší se od nich tím, že jejich matrice obsahuje struktury podobné krystalům a mezi enzymy proteiny obsahuje katalázu, která ničí peroxid vodíku vznikající při oxidaci aminokyselin.
SYSTÉM VNITŘNÍCH CISTŘÍ, ODRŮD. INTRACELULÁRNÍ DOPRAVNÍK PRO SYNTÉZU BÍLKOVIN, TUKŮ A SACHARIDŮ: KOMPONENTY, VÝZNAM.
Systém intracelulárních cisteren, ve kterých se hromadí látky syntetizované buňkou, se nazývá Golgiho komplex (aparát). Golgiho komplex je sbírka cisteren shromážděných v malé zóně. Samostatná zóna akumulace těchto cisteren se nazývá diktyozom. Nádrže jsou uspořádány ve stohu. Mezi stohy jsou tenké vrstvy hyaloplazmy. Uprostřed jsou membrány nádrží blízko u sebe a na okraji mohou mít rozšíření (ampule). Kromě hustě umístěných plochých cisteren je v zóně Golgiho aparátu pozorováno mnoho vakuol. Malé vakuoly se oddělují od rozšíření na okrajích plochých cisteren. Je obvyklé rozlišovat v diktyosomové zóně proximální neboli vyvíjející se cis-sekci a distální neboli zralou trans-sekci. V sekrečních buňkách je Golgiho aparát obvykle polarizován: na jedné straně se souvisle tvoří membránové vaky a na druhé straně se oddělují ve formě váčků. Cisterny Golgiho aparátu jsou napojeny na ER tubuly.
Intracelulární dopravník :
ribozom - endoplazmatické retikulum - Golgiho komplex
BUNĚČNÉ JÁDRO: MIKROSKOPICKÁ, ULTRAMIKROSKOPICKÁ STRUKTURA A FUNKCE INTERFÁZNÍHO JÁDRA.
Jádroje nejdůležitější složkou buňky, která ji obsahujegenetický aparát.
Funkce jádra:
1 ukládání genetické informace (v molekulách DNA umístěných v chromozomech);
2 realizace genetické informace, řízení realizace různých procesů v buňce – od syntetické po programovanou smrt (apoptózu);
3 reprodukci a přenos genetické informace (během buněčného dělení).
Obvykle je v buňce pouze jedno jádro, ale jsoumnohojaderné buňky, které se tvoří v důsledku buněčného dělení neprovázenécytotomie,nebo fúze několika mononukleárních buněk (druhé se správněji nazývajísimplasty).
Tvar jádrarůzné buňky nejsou stejné: existují buňky s kulatým, oválným, fazolovitým, tyčinkovitým, vícelaločným, segmentovaným jádrem; Na povrchu jádra jsou často prohlubně. Nejčastěji tvar jádra obecně odpovídá tvaru buňky: u kulatých nebo krychlových buněk je obvykle kulovitý, u prizmatických buněk protáhlý nebo elipsoidní, u plochých buněk zploštělý.
Umístění jádra se liší v různých buňkách; může ležet ve středu buňky (v kulatých, plochých, krychlových nebo protáhlých buňkách), na jejím bazálním pólu (v prizmatických buňkách) nebo na periferii (například v tukových buňkách).
Velikost jádraje relativně konstantní pro každý typ buňky, ale může se měnit v určitých mezích, přičemž se zvyšuje, když se zvyšuje funkční aktivita buňky, a klesá, když je inhibována.
Komponenty jádra. V jádru neštěpný(mezifáze)buňky jsou detekoványkaryolema (jaderný obal), chromatin, jadérko a karyoplazma (jaderná míza). Jak vyplyne z následující diskuse,
chromatin a nukleolus nejsou nezávislé složky jádra, ale jsou morfologickým odrazemchromozomypřítomné v mezifázovém jádru, ale nejsou detekovány jako samostatné formace.
Jaderný obal
Jaderný obal (karyolema) prakticky nedetekovatelné na světelně optické úrovni; pod elektronovým mikroskopem se zjistí, že se skládá z dvě membrány - vnější a vnitřní, - oddělené dutinou 15-40 mm širokou (perinukleární prostor) a sbíhají se v oblasti jaderné póry.
Vnější membrána tvoří s membránami grEPS jeden celek - na jeho povrchu jsou ribozomy a perinukleární prostor odpovídá dutině cisteren grEPS a může obsahovat syntetizovaný materiál. Z cytoplazmatické strany vnější membrána obklopený volnou sítí meziproduktů (vimentin) vlákna.
Vnitřní membrána - hladký, jeho integrální proteiny jsou spojeny s jadernou laminou -lamina -vrstva o tloušťce 80-300 nm, sestávající z propletených mezilehlých vláken(laminy),tvořící karyoskelet. Lamina hraje velmi důležitou roli při: (1) údržběformulářejádra; (2) řádné stohováníchromatin;(3) strukturální organizaceparní komplexy; (4) vznik karyolemy během buněčného dělení.
Jaderné póryzabírají 3-35 % povrchu jaderného obalu. Jsou četnější v jádrech intenzivně fungujících buněk a chybí v jádrech spermií. Póry (viz obr. 3-19) obsahují dva paralelní prstence (jeden na každém povrchu karyolemy) o průměru 80 nm, které se tvoří8 proteinových granulí. Z těchto granulí se sbíhají směrem ke středufibrily, formulář přepážka (membrána) asi 5 nm tlustý, v jehož středu ležícentrální granule (podle některých představ se jedná o ribozomální podjednotku transportovanou pórem). Soubor struktur spojených s jaderným pórem se nazývákomplex jaderných pórů. Ten tvoří vodní kanál o průměru 9 nm, kterým se pohybují malé ve vodě rozpustné molekuly a ionty. Granule pórových komplexů jsou strukturálně spojeny s proteiny jaderné laminy, která se podílí na jejich organizaci.
Jaderná membrána ve zvířecích a lidských buňkách obsahuje až 2000-4000 pórových komplexů. Z cytoplazmy jimi vstupují do jádra syntetizované proteiny a opačným směrem jsou transportovány molekuly RNA a ribozomální podjednotky.
Funkce komplexu jaderných pórů:
1. Zajištění regulace selektivní dopravy látek mezi cytoplazmou a jádrem.
2. Aktivní transport proteinů do jádra mající speciální značení ve formě tzv. jaderné lokalizační sekvence (NLS), rozpoznávané NLS receptory (v komplexu pórů).
3. Přenos ribozomálních podjednotek do cytoplazmy, které jsou však příliš velké pro volný průchod pórů; jejich transport je pravděpodobně doprovázen změnou konformace komplexu peří.
Chromatin
Chromatin(z řeckého chroma - barva) malá zrnka a hrudky materiálu, který se nachází v jádře buněk a je obarven bazickými barvivy. Chromatin se skládá zkomplex DNA a bílkovin a odpovídá chromozomům, které jsou v mezifázovém jádře reprezentovány dlouhými tenkými kroucenými nitěmi a jsou nerozeznatelné jako jednotlivé struktury. Závažnost spiralizace každého chromozomu není stejná po jejich délce. Existují dva typy chromatinu -euchromatin a heterochromatin.
Euchromatinodpovídá chromozomovým segmentům, kterédespiralizované a otevřené transkripci. Tyto segmenty nešpinita nejsou viditelné pod světelným mikroskopem.
Heterochromatin odpovídá zhuštěný, pevně stočené segmenty chromozomů (což je dělánení k dispozici pro přepis). On intenzivně zbarvené základní barviva a ve světelném mikroskopu to vypadá jako granule.
Tím pádem, Podle morfologické charakteristiky jádra (poměr obsahu eu- a heterochromatinu) lze hodnotit aktivitu transkripčních procesů a tím i syntetickou funkci buňky. Při jeho zvýšení se tento poměr mění ve prospěch euchromatinu, při jeho snížení se obsah heterochromatinu zvyšuje. Při úplném potlačení funkce jádra (např. u poškozených a odumírajících buněk, při keratinizaci epiteliálních buněk epidermis - keratinocytů, při tvorbě krevních retikulocytů) se zmenšuje, obsahuje pouze heterochromatin a barví se se zásaditými barvivy intenzivně a rovnoměrně. Tento jev se nazývákaryopyknóza(z řeckého karyon - jádro a pyknosis - zhutnění).
Distribuce heterochromatinu (topografie jeho částic v jádře) a poměr obsahu eu- a heterochromatinu jsou charakteristické pro buňky každého typu, což umožňuje jejich provádění identifikace
vizuálně i pomocí automatických analyzátorů obrazu. Existují však určité společnévzory distribuce heterochromatinu v jádře: jsou umístěny jeho shlukypod karyolemou, přerušena v oblasti pórů (kvůli spojení s laminou) a kolem jadérka (perinukleolární heterochromatin), menší kousky jsou rozptýleny po celém jádru.
Barrovo tělo -akumulace heterochromatinu odpovídající jednomu chromozomu X u žen, který je pevně stočený a neaktivní v interfázi. Ve většině buněk leží blízko karyolemy a v krevních granulocytech vypadá jako malý další lalok jádra("palička"). Detekce Barrových tělísek (obvykle v epiteliálních buňkách ústní sliznice) se používá jako diagnostický test ke stanovení genetického pohlaví (povinný zejména pro ženy účastnící se olympijských her).
Balení chromatinu v jádře. V dekondenzovaném stavu je délka jedné molekuly DNA (dvojité šroubovice) tvořící každý chromozom v průměru asi 5 cm a celková délka molekul DNA všech chromozomů v jádře (asi 10 μm v průměru) je více než 2 m (což je srovnatelné s položením nitě o délce 20 km do tenisového míčku o průměru cca 10 cm), a v mezifázi S - více než 4 m. Specifické mechanismy, které zabraňují zamotání těchto nití během transkripce a replikace zůstávají nevyřešeny, ale potřeba je zřejmákompaktní balení molekul DNA, V buněčném jádru je toho dosaženo díky jejich spojení se speciálními zákl(histonové) proteiny. Kompaktní balení DNA v jádře poskytuje:
(1) řádné uspořádání velmi dlouhé molekuly DNA v malém objemu jádra;
(2) funkčníkontrola aktivity genu (kvůli vlivu povahy balení na aktivitu jednotlivých oblastí genomu.
Úrovně balení chromatinu(Obrázek 3-20). Počáteční úroveň balení chromatinu, která zajišťuje tvorbu nukleozomální vlákno 11 nm v průměru, díky navinutí dvouřetězce DNA (2 nm v průměru) na diskovité bloky 8 molekul histonů (nukleozomy). Nukleozomy jsou odděleny krátkými úseky volné DNA. Druhá úroveň balení je také způsobena histony a vede ke zkroucení nukleozomálního vlákna s tvorbou chromatinová fibrila o průměru 30 nm. V interfázi jsou chromozomy tvořeny chromatinovými fibrilami, přičemž každá chromatid se skládá z jedné fibrily. Při dalším balení se tvoří chromatinové fibrily smyčky (loop domény) o průměru 300 nm, z nichž každý odpovídá jednomu nebo více genům, a ty zase v důsledku ještě kompaktnějšího balení tvoří úseky kondenzovaných chromozomů, které se odhalují až při buněčném dělení.
V chromatinu je DNA spojena kromě histonů také snehistonové proteiny
který regulovat genovou aktivitu.
Histony se zároveň mohou tím, že omezují dostupnost DNA pro jiné proteiny vázající DNA, podílet na regulaci genové aktivity.
Funkce ukládání genetické informace v jádře v nezměněné podobě je nesmírně důležitý pro normální fungování buňky i celého organismu. Odhaduje se, že při replikaci DNA a v důsledku jejího poškození vnějšími faktory dochází ročně v každé lidské buňce k 6 nukleotidovým změnám. Poškození molekul DNA, ke kterému dojde, může být v důsledku procesu opravenoreparace nebo podle substituce po rozpoznávání a označování odpovídající oblast.
Pokud oprava DNA není možná kvůli příliš výraznému poškození, zapne semechanismus programované buněčné smrti (viz. níže). V této situaci lze „chování“ buňky hodnotit jako svého druhu „altruistickou sebevraždu“: za cenu své smrti zachraňuje tělo před možnými negativními důsledky replikace a amplifikace poškozeného genetického materiálu.
Schopnost opravy DNA dospělého klesá každý rok asi o 1 %. Tento pokles může částečně vysvětlit, proč je stárnutí rizikovým faktorem pro rozvoj maligních onemocnění.Poruchy procesů opravy DNA charakteristické pro řadu dědičných chorob, při kterých ostřezvýšené Jak citlivost na škodlivé faktory, tak a výskyt zhoubných novotvarů.
Funkce implementace genetické informace v mezifázovém jádře se v důsledku procesů provádí kontinuálněpřepisy.Genom savců obsahuje asi 3x10 9 nukleotidy, ale ne více než 1 % svého objemu kóduje důležité proteiny a podílí se na regulaci jejich syntézy. Funkce hlavní nekódující části genomu nejsou známy.
Když se DNA přepíše, vytvoří se velmi velká molekula RNA (primární přepis), který se váže na jaderné proteiny za vzniku ribonukleoproteiny (RNP). Primární RNA transkript (stejně jako templátová DNA) obsahuje diskrétní významné nukleotidové sekvence (exony), oddělené dlouhými nekódujícími vložkami (nitrony). Zpracování RNA transkriptu zahrnuje odstranění nitronů a spojení exonů - spojování(z angl. splicing - splicing). V tomto případě je velmi velká molekula RNA přeměněna na poměrně malé molekuly mRNA, které jsou při přenosu do cytoplazmy odděleny od jejich asociovaných proteinů. Lysozomy: struktura, význam. Intracelulární trávicí aparát.
Lysozomy(dříve nazývané sekundární lysozomy) - organely aktivně zapojené dokonečné fáze procesu intracelulárního trávení makromolekuly zachycené buňkou prostřednictvím široké škály lytických enzymů při nízkých hodnotách pH (5,0 a méně). Vznikají za účastipozdní endozomy. Průměr lysozomů je obvykle 0,5-2 mikrony a jejich tvar a struktura se mohou výrazně lišit v závislosti na povaze tráveného materiálu. Stejně jako v případě hydrolázových vezikul jsou spolehlivě identifikovány pouze na základě detekcehydrolytické enzymy. Název jednotlivých typů lysozomů vychází z přítomnosti morfologicky rozpoznatelného materiálu v jejich lumenu;
v jeho nepřítomnosti se používá obecný termínlysozom.Vzniklé nízkomolekulární látky po natrávení obsahu lysozomu difundují přes jeho membránu do hyaloplazmy.
1) Fagolysozomvznikl fúzípozdní endozom nebo lysozomy S fagozom,také zvanýheterofagozom (z řeckého heteros - jiný, phagein - jíst a soma - tělo) - membránový váček obsahující materiál zachycený buňkou zvenčí a podléhající intracelulárnímu trávení; proces ničení tohoto materiálu se nazýváheterofagie;
2) Autofagolyzozom vzniklé fúzípozdní endozom nebo lysozomy S autofagozom(z řeckého autos - sám, phagein - jíst a soma - tělo) - membránový vezikul obsahující vlastní složky buňky, které podléhají destrukci. Proces trávení tohoto materiálu se nazýváautofagie,Zdrojem membrány obklopující buněčné složky je grEPS.
3) Multivezikulární těleso (z latinského multi - mnoho a vesicula - bublina) je velká (200-800 nm v průměru) kulovitá vakuola obklopená membránou, obsahující malé (40-80 nm) bublinky ponořené do lehké nebo středně husté matrice. Vzniká jako výsledek fúze časných endozomů s pozdními a malé váčky pravděpodobně vznikají pučením dovnitř z membrány vakuoly. Matrice těla obsahuje lytické enzymy a zřejmě zajišťuje postupnou destrukci vnitřních váčků.
4) Zbytková tělesa - lysozomy obsahujícínestrávený materiál které mohou zůstat v cytoplazmě dlouhou dobu nebo uvolnit svůj obsah mimo buňku. Běžným typem zbytkového těla v lidském těle jegranule lipofuscinu - membránové vezikuly o průměru 0,3-3 µm obsahující špatně rozpustný hnědý endogenní pigmentlipofuscin.Pod elektronovým mikroskopem se granule lipofuscinu jeví jako struktury proměnlivého tvaru obsahující lipidové kapičky, hustá granule a krevní destičky. Vzhledem k jejich akumulaci v některých buňkách (neuronech, kardiomyocytech) během stárnutí je lipofuscin považován za„pigment stárnutí“ nebo „opotřebení“.
Sekrece lysozomálních enzymů mimo buňku provádí v osteoklastech - buňkách, které ničí kostní tkáň, stejně jako fagocyty (neutrofily a makrofágy) během extracelulárního trávení různých objektů. Nadměrná sekrece těchto enzymů může vést k poškození okolních tkání.
Role heterofagie v normální buněčné aktivitě a význam jejích poruch. Heterofágie hraje velmi důležitou roli ve funkci buněk všech tkání a orgánů.Nedostatekněkteré lysozomální enzymy (zpravidla způsobené dědičnými abnormalitami) mohou vést k rozvoji řady onemocnění způsobených hromaděním nestrávených látek v buňkách (nejčastěji glykogenu, glykolipidů, glykosaminoglykanů), které narušují jejich funkci(nemoci z akumulace). U nejčastějších onemocnění patřících do této skupiny dochází k poškození neuronů, makrofágů, fibroblastů a osteoblastů, což se klinicky projevuje různě závažnými poruchami struktury a funkce skeletu, nervový systém, játra, slezina.
V ledvinaV důsledku heterofagie buňky zachycují proteiny z lumen tubulů a rozkládají je na aminokyseliny, které se pak vracejí zpět do krve. Heterofágie v buňkách štítné žlázy(tyrocyty)zajišťuje odštěpení hormonů obsahujících jód z proteinové matrice a jejich následné vstřebání do krve. Narušení procesu heterofagie v těchto buňkách způsobuje těžkou dysfunkci těchto orgánů.
Heterofágie má zvláštní význam pro buňky plnící ochrannou funkci, jejichž základem je vstřebávání zvenčí a trávení částic nebo látek. Tak,fagocyty (makrofágy a neutrofilní leukocyty) zachytit a trávit mikroorganismy, které vstupují do tkání makroorganismu nebo na jejich povrch (například epitel sliznic). Při absenci nebo nedostatečné aktivitě lysozomálních enzymů, které ničí mikroby (například u řady geneticky podmíněných poruch), tyto buňky nejsou schopny účinně plnit ochranné funkce, což vede k rozvoji závažných chronických zánětlivých onemocnění.
Většina patogennímikroorganismy se vyhýbají škodlivému působení fagocytů, a to různými způsoby. Takže některé (například patogenmalomocenství) mít udržitelnostk působení lysozomálních enzymů; jiné mikroby (například patogentuberkulóza)schopný potlačitproces fúze fagozomů s lysozomy, některé mohou uniknout zničení,prasknutí membrán fagozomů nebo lysozomů.
Úloha autofagie v normální buněčné aktivitě a význam jejích poruch. Autofagie zajišťuje konstantníobnova ("omlazení") buněčné struktury v důsledku trávení úseků cytoplazmy, mitochondrií, akumulace ribozomů, membránových fragmentů (jejichž ztráta je kompenzována jejich novotvorbou). Tento proces obnovy v buňce je jemně regulován a každá jeho složka
Nent má určitou délku života. V neuronech staršího člověka, které fungovaly po mnoho desetiletí, tedy většina organel není starší než 1 měsíc. V jaterních buňkách (hepatocytech) je většina cytoplazmy zničena za méně než 1 týden. V některých případech může autofagie sloužit jako odpověď buňky na nedostatečnou výživu. Zvláštní případ autofagie je krinofágie(z řeckého krinein - oddělit, vylučovat) - lysozomální destrukce přebytečné nevyřešené sekrece v buňkách žláz. VZTAH BUŇKY K VNĚJŠÍMU PROSTŘEDÍ. EXOCYTÓZA A ENDOCYTÓZA: TYPY A MECHANISMY.
Glykokalyx (povrchová vrstva živočišných buněk) plní především funkci přímého spojení živočišných buněk s vnějším prostředím, se všemi látkami, které ji obklopují.
Plazmatická membrána tvoří bariéru, která odděluje vnitřní obsah buňky od vnějšího prostředí.
Na povrchu mikroklků dochází k intenzivnímu trávení a vstřebávání natrávené potravy.
1) Endocytóza - transport makromolekul, jejich komplexů a částic do buňky. Během endocytózy určitá oblast plazmalemy zachycuje, jako by obalovala, extracelulární materiál a uzavírá jej do membránové vakuoly vytvořené v důsledku invaginace membrány. Následně je taková vakuola spojena s lysozomem, jehož enzymy štěpí makromolekuly na monomery.
Endocytóza se dělí na fagocytózu (vychytávání a vstřebávání pevných částic) a pinocytózu (vychytávání kapaliny). Prostřednictvím endocytózy se provádí výživa heterotrofních protist, ochranné reakce organismů (leukocyty absorbují cizí částice) atd.
2) Exocytóza (exo - out), buňka díky ní odstraňuje intracelulární produkty nebo nestrávené zbytky uzavřené ve vakuolách nebo vezikulách. Vezikula se přiblíží k cytoplazmatické membráně, splyne s ní a její obsah se uvolní životní prostředí. Takto se vylučují trávicí enzymy, hormony, hemicelulóza atd.
- 1. CÍL LEKCE: prostudovat strukturu interfázového jádra ve fixních preparátech. Zvažte strukturální rysy buněčných jader s různými funkčními aktivitami. Hlavní součásti jádra jsou: jaderný obal (karyolemma), chromatin, jadérko, jaderná šťáva. Pod světelným mikroskopem představuje jaderný obal jasnou linii naznačenou ze strany jádra a cytoplazmy. Při zvažování diagramu ultramikroskopické struktury jádra je třeba věnovat pozornost strukturálním rysům karyolemy, spojení jejích membrán s endoplazmatickým retikulem cytoplazmy. Pochopit morfologické charakteristiky chromatinu a jeho chemické složení. Chromatin v jádře může být ve formě shluků (kondenzovaný chromatin) nebo rozptýlený (dispergovaný chromatin). Rozdílný stav chromatinu je indikátorem biosyntetické aktivity buňky. Buňky, které aktivně syntetizují protein, mají jádro s rozptýleným chromatinem a dobře vyvinuté jadérko. V jádrech buněk, které nesyntetizují protein, je chromatin kondenzován a jadérka jsou špatně viditelná.
- 2. Testové otázky: 1. Jádro. Pojem mezifázového jádra. Strukturní složky jádra podle světelné a elektronové mikroskopie: jaderný obal, chromatin, jadérko, jaderná šťáva. Význam a funkce jádra v životě buňky. 2. Nukleární-cytoplazmatické poměry v buňkách s různou úrovní metabolismu. 3. Struktura jaderného obalu v SM a EM. Molekulární organizace a funkční význam jaderné laminy. 4. Jaderný pór a jaderný pórový komplex. Účast na jaderném dovozu a vývozu látek. 5. Chromatin mezifázového jádra. Euchromatin a heterochromatin. Chromatin jako indikátor buněčné biosyntetické aktivity. 6. Molekulární organizace DNA v chromozomech. Úrovně skládání chromatinu. Úloha histonových proteinů při zajišťování struktury chromatinu a realizaci genetické informace. 7. Nukleolus. Struktura jadérka u SM a EM. Hlavní složky jadérka. Úloha jadérka v syntéze rRNA a tvorbě ribozomů. 8. Syntéza a transport biopolymerů v buňce. Buněčný dopravní pás během syntézy proteinů. Morfologické charakteristiky buňky, která syntetizuje proteiny. 9. Buněčný dopravník při syntéze sacharidů a lipidů. Morfologické charakteristiky buňky, která syntetizuje sacharidy a lipidy.
- 3. Droga 1. Struktury jádra. Vaječník. Barvení hematoxylin-eosinem. Udělejte to pod malým zvětšením obecný přehled mikrosklíčko, najděte rostoucí folikul s vajíčkem. Při velkém zvětšení najděte velkou kulatou buňku — vajíčko — a prozkoumejte strukturu jádra. Věnujte pozornost jadernému obalu, jadérku a stavu chromatinu. Nakreslete vajíčko a označte struktury interfázového jádra. Studujte elektronový difrakční obraz jádra. Nakreslete strukturu karyolemy a komplexu jaderných pórů.
- 4. Příprava 1. Struktury jádra. Vaječník. Vejce. Barvení hematoxylin-eosinem
- 5. Vzorek 2. Slinivka břišní. Barvení hematoxylin-eosinem. Buňka, která syntetizuje protein. Při malém zvětšení udělejte celkový přehled mikroskopického preparátu a najděte exokrinní část slinivky břišní. Při velkém zvětšení prohlédněte jednu buňku, věnujte pozornost přítomnosti jadérka a euchromatinu v jádře, všimněte si bazofilie cytoplazmy v bazální části buňky a oxyfilie v apikální části.
- 6. Vzorek 2. Slinivka břišní. Barvení hematoxylin-eosinem. Buňky, které syntetizují proteiny
- 7. Příprava 3. Játra. Glykogen v jaterních buňkách. CHIC reakce. Buňka, která syntetizuje sacharidy. Při malém zvětšení udělejte celkový přehled mikrosklíčka a najděte skupinu hepatocytů. Při velkém zvětšení prozkoumejte červenofialové shluky glykogenu v cytoplazmě hepatocytu.
- 8. Příprava 3. Játra. Glykogen v jaterních buňkách. CHIC reakce. Buňka, která syntetizuje sacharidy.
- 9. Vzorek 4. Lipidové inkluze v jaterních buňkách. Barvení kyselinou osmiovou. Buňka, která syntetizuje lipidy. Při malém zvětšení udělejte celkový přehled mikrosklíčka a najděte skupinu hepatocytů. Při velkém zvětšení prohlédněte cytoplazmu hepatocytu a věnujte pozornost kapkám lipidů zbarveným černě.
- 10. Vzorek 4. Lipidové inkluze v jaterních buňkách. Barvení kyselinou osmiovou. Buňky, které syntetizují lipidy.
Se vznikem kompartmentů získává eukaryotická buňka nejen zjevné výhody, ale také řadu problémů. Jedním z nich je třídění a dodání správných sloučenin do správných organel. V první řadě se to týká bílkovin. Osud syntetizovaných proteinů je různý a závisí na místech jejich následného fungování. Existují dvě hlavní cesty pro transport proteinů, které začínají na různých místech v cytoplazmě. Rýže. 1.2.
První transportní větev pracuje s proteiny, které jsou určeny pro plastidy, mitochondrie, jádro a peroxisomy – tedy pro všechny buněčné kompartmenty kromě organel endomembránového systému. K syntéze těchto proteinů dochází na volných ribozomech v cytosolu. Proteiny určené k transportu obsahují třídící signály, které je nasměrují do příslušných organel. Takové signály jsou obvykle obsluhovány jednou nebo více sekcemi proteinu, které se nazývají signální nebo vedoucí peptidy. V membráně organely je speciální translokační protein, který „rozpoznává“ signální peptid. Transportovaná molekula proteinu se musí rozvinout, aby se jako nit rozvinuté koule „provlékla“ „okem jehly“ translokátorového proteinu. V tabulce 1.1. Jsou uvedeny některé charakteristiky různých třídicích signálů. Tato proteinová transportní dráha se někdy nazývá cytosolický. Je třeba poznamenat, že většina proteinů syntetizovaných na volných ribozomech v cytosolu nemá třídicí signály a zůstávají v cytosolu jako trvalé složky.
Další transportní větev se používá pro sekretované proteiny, stejně jako pro proteiny určené pro organely endomembránového systému a plazmatické membrány. Syntéza těchto proteinů také začíná na cytosolických ribozomech, ale po zahájení translace se ribozomy přichytí na membránu ER a vznikne hrubý ER. Výsledné proteiny jsou kotranslačně přeneseny do ER. To znamená, že bezprostředně po syntéze dalšího úseku polypeptidového řetězce projde membránou ER. Po syntéze některé z proteinů vstupují do lumen ER, jiné zůstávají ukotveny v membráně a stávají se transmembránovými ER proteiny. Tato dopravní větev se často nazývá sekreční cesta buňky.
Tabulka 1.1. Signální sekvence pro transport proteinů v rostlinných buňkách.
| Cílová organela | Sekvence signálů | Charakteristický |
| Chloroplasty: stroma | N-koncový vedoucí peptid („stromal“) | Sekvence 40-50 aminokyselin |
| Chloroplasty: lumen a tylakoidní membrány | Dva po sobě jdoucí N-koncové vedoucí peptidy | První peptid je „stromální“, druhý je „lumenální“ |
| Mitochondrie: matrix | N-terminální presekvence | Tvoří kladně nabitou amfipatickou α-smyčku. |
| Mitochondrie: vnitřní membrána, mezimembránový prostor | Dvě po sobě jdoucí N-terminální presekvence | První presekvence je stejná jako u matricových proteinů, druhá se skládá z hydrofobních aminokyselinových zbytků |
| Peroxisomy | Peroxizomální lokalizační signály PTS1 a PTS2 | PTS1 – C-terminální tripeptid – Ser-Lys-Leu PTS2 je lokalizován na N-konci. |
| Jádro | NLS jaderné lokalizační signály. Neštěpí se po přenosu proteinu do jádra | NLS typ 1: Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys. NLS typ 2: dvě sekvence oddělené mezerníkem NLS typ 3: Lys-Ile-Pro-Ile-Lys |
| Signální peptid sekreční dráhy | N-koncový vedoucí peptid | 10-15 hydrofobních aminokyselinových zbytků tvořících a-šroubovici. |
| Endoplazmatické retikulum | Lokalizační signál v ER | C-koncový tetrapeptid KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) |
| Vacuole. | Lokalizační signály ve vakuolách NTPP, CTPP, intraproteinový signál. | NTPP - N-terminální signál: Asn-Pro-lle-Arg CTPP - C-terminální signál. |
Tato dvě odvětví dopravy se liší ve způsobu dopravy. Cesty transportu cytosolových proteinů jsou paralelní, to znamená, že proteiny z cytosolu jsou okamžitě odeslány do požadované organely. Typicky neuplyne více než jedna až dvě minuty od okamžiku, kdy je protein uvolněn do cytosolu, dokud nevstoupí do organely.
Transport proteinů sekreční cestou probíhá postupně – od organely k organele. Před dosažením konečného cíle může protein navštívit několik organel (ER, různé části AG). Cesta od membrány ER do cíle může trvat desítky, ne-li stovky minut. Během procesu přenosu mohou proteiny procházet významnými modifikacemi (především v AG). V závěrečných fázích může transport probíhat paralelně - do vakuoly, periplazmatického prostoru nebo plazmalemy.
A konečně, dvě proteinové transportní dráhy se liší v mechanismu, kterým jsou molekuly přenášeny. Pro cytosolickou dráhu je možný pouze monomolekulární proteinový transportní mechanismus, při kterém každá proteinová molekula individuálně prochází membránou přes odpovídající translokátor. Sekreční dráha je charakterizována vezikulárním mechanismem pro transport proteinových molekul, který je zprostředkován transportními vezikuly (vezikuly). Vezikuly jsou odděleny od jednoho kompartmentu a určité molekuly jsou zachyceny z jeho dutiny. Vezikuly se pak spojí s dalším oddílem a dodají do něj svůj obsah. Při vezikulárním transportu proteiny neprocházejí žádnou membránou, transport může probíhat pouze mezi topologicky ekvivalentními kompartmenty. Mechanismus vezikulárního transportu je selektivně řízen speciálními proteiny, které fungují jako třídící signály. Protein vstupuje do transportního vezikuly, pokud se jeho třídicí signál naváže na receptor na membráně vezikuly. V současné době jsou známy některé třídicí signály v rámci proteinů, zatímco většina jejich komplementárních membránových receptorů nikoli.
1.2. Rostlinná buňka je výsledkem dvojí symbiózy.
Strategie existence vyšších rostlin je určena především jejich dvěma hlavními vlastnostmi – fototrofním typem výživy a nedostatkem aktivní motility. Tyto dvě vlastnosti zanechaly stopy na všech úrovních organizace rostlinného organismu, až po buněčnou úroveň.
Kromě charakteristik společných všem eukaryotickým buňkám mají rostlinné buňky řadu znaků. Ty hlavní:
přítomnost plastidů; přítomnost vakuol; přítomnost pevné buněčné stěny.
Schéma struktury typické rostlinné buňky je na Obr. 1.3.
Přítomnost plastidů je spojena především s fototrofním typem výživy rostlin. Plastidy, stejně jako mitochondrie, mají svůj vlastní genom. Dalším rysem rostlinné buňky je tedy to, že kombinuje tři relativně autonomní genetické systémy: jaderný (chromozomální), mitochondriální a plastidový. Přítomnost tří genomů je důsledkem symbiotického původu rostlinných buněk. Rostlinná buňka, na rozdíl od jiných eukaryotických buněk, byla zároveň vytvořena z nejméně tří původně nezávislých forem:
1) „hostitelský“ organismus, jehož genetický aparát se přesunul do jádra;
2) heterotrofní bakterie (podobná Rhodospirillum), která sloužila jako předchůdce mitochondrií;
3) prastará bakterie s kyslíkovou fotosyntézou (obdoba sinice synechocystis), která se stala předchůdcem plastidů.
Dlouhodobá koevoluce symbiontů vedla k redistribuci funkcí mezi nimi a jejich genetickými systémy, přičemž do jádra bylo přesunuto mnoho genů mitochondriální a plastidové DNA.
V metabolismu těla mají vedoucí úlohu bílkoviny a nukleové kyseliny. Proteinové látky tvoří základ všech životně důležitých struktur buňky, jsou součástí cytoplazmy. Proteiny mají neobvykle vysokou reaktivitu. Jsou obdařeny katalytickými funkcemi, jsou to enzymy, proto proteiny určují směr, rychlost a úzkou koordinaci a konjugaci všech metabolických reakcí.
Rýže. 13 A. Schéma syntézy proteinů v eukaryotické buňce.
Rýže. 13 B. Schéma syntézy proteinů v prokaryotické buňce.
Vedoucí úloha proteinů v jevech života je spojena s bohatostí a rozmanitostí jejich chemických funkcí, s výjimečnou schopností různých přeměn a interakcí s jinými jednoduchými i komplexními látkami tvořícími cytoplazmu.
Nukleové kyseliny jsou součástí nejdůležitějšího orgánu buňky - jádra, dále cytoplazmy, ribozomů, mitochondrií atd. Nukleové kyseliny hrají důležitou, primární roli v dědičnosti, variabilitě těla a při syntéze bílkovin.
Proces syntézy proteinů je velmi složitý vícestupňový proces. Je dokončen ve speciálních organelách - ribozomech. Buňka obsahuje velké množství ribozomů. Například E. coli jich má asi 20 000.
Jak probíhá syntéza proteinů v ribozomech?
Proteinové molekuly jsou v podstatě polypeptidové řetězce tvořené jednotlivými aminokyselinami. Aminokyseliny však nejsou dostatečně aktivní, aby se navzájem kombinovaly samy o sobě. Před vzájemným spojením a vytvořením molekuly proteinu je proto nutné aktivovat aminokyseliny. K této aktivaci dochází působením speciálních enzymů. Každá aminokyselina má navíc svůj vlastní enzym, který je na ni specificky naladěn.
Zdrojem energie pro to (stejně jako pro mnoho procesů v buňce) je adenosintrifosfát (ATP).
V důsledku aktivace se aminokyselina stává labilnější a působením stejného enzymu se váže na t-RNA.
Je důležité, aby každá aminokyselina odpovídala přísně specifické tRNA. Najde „svou“ aminokyselinu a přenese ji do ribozomu. Proto se taková RNA nazývá transportní RNA.
V důsledku toho do ribozomu vstupují různé aktivované aminokyseliny spojené s jejich tRNA. Ribozom je jako dopravník pro sestavení proteinového řetězce z různých aminokyselin, které do něj vstupují (obr. 13 A a B).
Nabízí se otázka: co určuje pořadí vazby jednotlivých aminokyselin na sebe? Koneckonců je to toto pořadí, které určuje, který protein bude syntetizován v ribozomu, protože jeho specifičnost závisí na pořadí aminokyselin v proteinu. Buňka obsahuje více než 2000 specifických proteinů různé struktury a vlastností.
Ukazuje se, že současně s t-RNA, na které „sedí“ její aminokyselina, dostává ribozom „signál“ z DNA, která je obsažena v jádře. V souladu s tímto signálem se v ribozomu syntetizuje ten či onen protein, ten či onen enzym (protože enzymy jsou proteiny).
Řídící vliv DNA na syntézu proteinů se neprovádí přímo, ale pomocí speciálního prostředníka, té formy RNA, která se nazývá messenger nebo messenger RNA (m-RNA nebo i-RNA).
Messenger RNA je syntetizována v jádře pod vlivem DNA, takže její složení odráží složení DNA. Molekula RNA je jako odlitek formy DNA.
Syntetizovaná mRNA vstupuje do ribozomu a této struktuře jakoby zprostředkovává plán - v jakém pořadí by se měly aktivované aminokyseliny vstupující do ribozomu vzájemně propojovat, aby se syntetizoval konkrétní protein. Jinak se genetická informace zakódovaná v DNA přenese do mRNA a poté do proteinu.
Molekula messenger RNA vstupuje do ribozomu a jakoby ho sešívá. Ten její segment, který se aktuálně nachází v ribozomu, definovaný kodonem (tripletem), interaguje zcela specificky s tripletem (antikodonem), který mu odpovídá strukturou v přenosové RNA, která přivedla aminokyselinu do ribozomu. Transferová RNA se svou aminokyselinou přiblíží ke specifickému kodonu mRNA a spojí se s ním; další t-RNA s jinou aminokyselinou je přidána k další sousední sekci i-RNA a tak dále, dokud není přečten celý řetězec i-RNA a dokud nejsou všechny aminokyseliny redukovány ve vhodném pořadí, čímž se vytvoří molekula proteinu. A tRNA, která dopravila aminokyselinu do určité části polypeptidového řetězce, se zbaví své aminokyseliny a opustí ribozom. Poté, opět v cytoplazmě, se k ní může připojit požadovaná aminokyselina a znovu ji přenést na ribozom. V procesu syntézy proteinů se současně neúčastní jeden, ale několik ribozomů - polyribozomů.
Hlavní fáze přenosu genetické informace: syntéza na DNA jako matrici i-RNA (transkripce) a syntéza v ribozomech polypeptidového řetězce podle programu obsaženého v i-RNA (translace), jsou univerzální pro všechny živé bytosti . Časové a prostorové vztahy těchto procesů se však mezi proeukaryoty liší.
U organismů, které mají skutečné jádro (zvířata, rostliny), jsou transkripce a translace přísně odděleny v prostoru a čase: v jádře dochází k syntéze různých RNA, po které musí molekuly RNA opustit jádro a projít jadernou membránou ( Obr. 13 A). RNA jsou pak transportovány v cytoplazmě do místa syntézy proteinů – ribozomů. Teprve poté přichází další fáze – vysílání.
U bakterií, jejichž jaderná látka není oddělena od cytoplazmy membránou, dochází k transkripci a translaci současně (obr. 13 B).
Moderní diagramy ilustrující práci genů jsou sestaveny na základě logické analýzy experimentálních dat získaných pomocí biochemických a genetických metod. Použití jemných elektronových mikroskopických metod umožňuje doslova vidět práci dědičného aparátu buňky. Nedávno byly získány snímky z elektronového mikroskopu, které ukazují, jak na matrici bakteriální DNA v těch oblastech, kde jsou molekuly RNA polymerázy (enzymu, který katalyzuje transkripci DNA do RNA) připojeny k DNA, dochází k syntéze molekul mRNA. . Řetězce mRNA, umístěné kolmo k lineární molekule DNA, se pohybují podél matrice a prodlužují se. Jak se vlákna RNA prodlužují, spojují se s nimi ribozomy, které se naopak pohybují podél vlákna RNA směrem k DNA a vedou k syntéze proteinů.
Ze všeho, co bylo řečeno, vyplývá, že místem syntézy bílkovin a všech enzymů v buňce jsou ribozomy. Obrazně řečeno, jsou to takové proteinové „továrny“, jako montážní dílna, kam se dodávají všechny materiály potřebné pro sestavení polypeptidového řetězce bílkovin z aminokyselin. Povaha syntetizovaného proteinu závisí na struktuře i-RNA, na pořadí uspořádání nukleoidů v ní a struktura i-RNA odráží strukturu DNA, takže v konečném důsledku je specifická struktura proteinu, tj. pořadí uspořádání různých aminokyselin v něm závisí na pořadí umístění nukleoidů v DNA, na struktuře DNA.
Prezentovaná teorie biosyntézy proteinů se nazývá teorie matrice. Tato teorie se nazývá matrice, protože nukleové kyseliny hrají roli matric, ve kterých jsou zaznamenány všechny informace týkající se sekvence aminokyselinových zbytků v molekule proteinu.
Vytvoření maticové teorie biosyntézy proteinů a dešifrování kódu aminokyselin je největším vědeckým počinem 20. století, nejdůležitějším krokem k objasnění molekulárního mechanismu dědičnosti.
