KOMÓRKA. Cz. II. Egzocytoza. Endocytoza: fagocytoza. pinocytoza - niezależna od klatryny - zależna od klatryny (endocytoza receptorowa)

Transkrypt

1 KOMÓRKA Egzocytoza Cz. II transport pęcherzyków zawierających substancje do wydzielenia fuzja pęcherzyków z błoną komórkową - wydzielenie substancji Fuzja błon Dwa rodzaje egzocytozy: konstytutywna: ciągła wolna wydzielina niezagęszczona małe pęcherzyki Warunki połączenia się (fuzji) dwóch błon biologicznych: błony muszą być podobne w obu błonach muszą być specyficzne białka (SNARE), które rozpoznając się i wiążąc ze sobą wymuszają fuzję błon sygnał regulowana: na sygnał (np. nerwowy lub hormonalny) szybka wydzielina zagęszczona duże ziarna wydzielnicze Endocytoza: Fagocytoza Pinocytoza fagocytoza pinocytoza - niezależna od klatryny - zależna od klatryny (endocytoza receptorowa) pobierane duże cząstki stałe lub struktury błona komórkowa wspina się otaczając cząstkę udział cytoszkieletu potrzebna energia powstają duże pęcherzyki (fagosomy) pobierany płyn błona komórkowa wpukla się bez udziału cytoszkieletu bez udziału energii powstają małe pęcherzyki (pinosomy) 1

2 Endocytoza receptorowa: selektywna pobierane substancje związane z receptorami błona komórkowa zachowuje się jak w pinocytozie błona pęcherzyka klatryna adaptyna Transport pęcherzykowy substancji związanych z receptorami wymaga udziału tzw. białek okrywających (klatryna, białka COP) - tworzą się pęcherzyki okryte Endocytoza receptorowa: etapy procesu Endocytoza receptorowa: etapy procesu c.d. wczesny endosom wczesny endosom 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). 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 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 2

3 Lizosomy pęcherzyki, w których zachodzi trawienie wewnątrzkomórkowe; zawierają enzymy trawienne (hydrolazy) i trawione substancje 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. Lizosomy powstają przez połączenie (fuzję) pęcherzyków hydrolazowych zawierających enzymy trawienne z pęcherzykami zawierającymi substancje, które mają zostać strawione Hydrolazy lizosomowe (esterazy, glikozydazy, peptydazy) działają w kwaśnym ph, mogą trawić wszystkie rodzaje substancji wysokocząsteczkowych. Hydrolazy w pęcherzykach hydrolazowych są nieaktywne. fagocytoza błony siateczki środplazmatycznej LIZOSOM pinocytoza, endocytoza receptorowa Pęcherzyki hydrolazowe mogą się łączyć: (1) z pęcherzykami powstałymi w wyniku endocytozy: z fagosomami z pinosomami z późnymi endosomami - powstają heterolizosomy LIZOSOM (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 Proteasomy Białka cytozolu są trawione poza lizosomami, przez znajdujące się w cytoplazmie kompleksy enzymatyczne - proteasomy 20S 26S 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. Rozpoznawane i trawione przez proteasomy są tylko te białka, które zostały oznakowane przez przyłączenie do nich innego białka - ubikwityny 3

4 lizosomy peroksysomy endosomy Błona komórkowa 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 MITOCHONDRIA pęcherzyki hydrolazowe fagosomy, pinosomy, pęcherzyki okryte pęcherzyki wydzielnicze siateczka śródplazmatyczna aparat Golgiego przepływ błon w komórce Przedziały mitochondrialne Błona zewnętrzna: białka/lipidy 1:1 poryny - nieselektywna przepuszczalność < 5 kda translokony dla importu białek (TOM) błona zewnętrzna błona wewnętrzna (tworzy wpuklenia: grzebienie lamelarne lub tubularne) przestrzeń międzybłonowa macierz Przestrzeń międzybłonowa: kinazy nukleotydów (np. synteza ADP) miejsca kontaktowe (styk obu błon i translokonów) Główna funkcja mitochondriów, produkcja ATP wymaga współdziałania enzymów cyklu Krebsa, łańcucha przenośników elektronów i syntazy ATP Błona wewnętrzna: 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: aparat genetyczny (mtdna, mtrna, mt-rybosomy) enzymy cyklu Krebsa enzymy β-oksydacji kwasów tłuszczowych ciałka gęste (złogi fosforanów wapnia) cykl Krebsa substraty 4

5 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) Grzybek mitochondrialny (kompleks syntazy ATP, F 0 -F 1 ATPaza) składa się z nóżki (F 0 ) zawierającej transporter protonowy i główki (F 1 ) - syntazy ATP. Grzybek działa jak turbina molekularna transporter protonowy przestrzeń międzybłonowa cytochrom c F 0 błona wewnętrzna macierz ubichinon dehydrogenaza NADH cytochromy b c1 oksydaza cytochromowa syntaza ATP Mitchell, Nagroda Nobla obr/min Boyer & Walker, Nagroda Nobla 1997 Inne funkcje mitochondriów: β-oksydacja kwasów tłuszczowych ostatnie etapy syntezy hormonów steroidowych udział w regulacji poziomu Ca 2+ w komórce produkcja ciepła udział w procesie apoptozy Mitochondria zawierają własny aparat genetyczny: pętlowy, bezhistonowy mtdna wszystkie rodzaje mtrna rybosomy enzymy niezbędne do procesów replikacji, transkrypcji i translacji... Jednak jest on zbyt ubogi, aby zapewnić organelli pełną autonomię podjednostki syntazy ATP podjednostki oksydazy cytochromowej podjednostki dehydrogenazy NADH długość genomu: par zasad podjednostki dehydrogenazy NADH 16S RNA 12S RNA start cytochrom b mtdna koduje: 12S i 16S rrna do rybosomów mitochondrialnych 22 cząsteczki trna 13 białek błony wewnętrznej Pozostałe białka mitochondrialne są kodowane w DNA jądrowym, syntetyzowane w cytoplazmie na wolnych rybosomach i po translacji wbudowywane do mitochondriów 5

6 Mitochondria mają zatem mozaikowy (semiautonomiczny) charakter Mitochondria ewolucyjnie wywodzą się z prymitywnych bakterii, które posiadały zdolność do produkcji ATP (teoria endosymbiotyczna) DNA Jądro pierwotna bakteria FAGOCYTOZA (?) pierwotna komórka eukariotyczna synteza białka DNA mitochondrium białko importowane białko syntetyzowane SYMBIOZA, TRANSFER GENÓW mitochondrium jądro blona błona Biogeneza mitochondriów siateczki mitochondrium Peroksysomy Lipidy są wbudowywane w błony mitochondrialne przez specjalne białka przenoszące pęcherzyki (0,1-1 µm) zawierające specyficzny zestaw enzymów Import białek z cytoplazmy do mitochondriów wymaga odpowiednich odcinków sygnałowych w białkach, a także skoordynowanego działania translokonów błony zewnętrznej i wewnętrznej. Enzymy peroksysomowe: oksydazy peroksysomowe (produktem ubocznym ich działania jest nadtlenek wodoru) katalaza (rozkłada nadtlenek wodoru) enzymy ß-oksydacji kwasów tłuszczowych enzymy biosyntezy lipidów aminotransferazy. RER Białka błonowe i enzymatyczne produkowane na wolnych rybosomach Biogeneza peroksysomów Pęcherzyk preperoksysomowy Peroksysom Główne funkcje peroksysomów: utlenianie różnych substratów, w tym detoksyfikacja rozkład nadtlenku wodoru ß-oksydacja długołańcuchowych kw. tłuszczowych synteza cholesterolu, kwasów żółciowych i plazmalogenów degradacja puryn 1. Z szorstkiej siateczki wypączkowują małe pęcherzyki zawierające niektóre błonowe białka peroksysomu (pęcherzyki preperoksysomowe) 2. Do pęcherzyków preperoksysomowych wbudowywane są posttranslacyjnie pozostałe białka błonowe i enzymy peroksysomowe (posiadające odpowiedni odcinek sygnałowy) 3. Powstaje peroksysom, który może się dzielić lub ulegać fuzji z innymi peroksysomami 6

7 Cytoszkielet Mikrotubule tubulina protofilament rureczki zbudowane z tubuliny - + Typ włókien Średnica Białko Funkcja mikrotubule 25 nm tubulina ruch, podporowa mikrofilamenty 6 nm aktyna ruch, podporowa filamenty 10 nm różne podporowa pośrednie białka Dynamiczne (wydłużają się i skracają) koniec + wydłużanie lub skracanie koniec - stabilny, zazwyczaj zakotwiczony w pobliżu centrioli Mikrotubule nietrwałe (cytoplazmatyczne, w tym włókna wrzeciona podziałowego) Centriola Mikrotubule trwałe (po zakończeniu wzrostu nie rozpadają się): neurotubule w wypustkach komórek nerwowych mikrotubule budujące złożone struktury: rzęski, witki i centriole W strukturach mikrotubule łączą się w dublety lub triplety 9 tripletów mikrotubul para centrioli = centrosom Aksonema rzęsek i witek: 9 obwodowych dubletów i 2 mikrotubule centralne Centriole i otaczający je materiał zawierający tubulinę G indukują i regulują wzrost mikrotubul cytoplazmatycznych (centrum organizacji mikrotubul) Mikrofilamenty (filamenty aktynowe) zbudowane z aktyny E 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 _ + nietrwałe trwałe: w połączeniach międzykomórkowych, w niektórych komórkach nabłonkowych mikrokosmki, sieć krańcowa, w komórkach mięśniowych cienkie miofilamenty E 7

8 dyneina kinezyna - + mikrotubula Po powierzchni mikrotubul mogą kroczyć dwa mechanoenzymy: dyneina - w kierunku końca - kinezyna - w kierunku końca + 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 mikrotubula W ten sposób transportowane są: pęcherzyki organelle (ruch organelli) duże białka (ruch wewnątrzkomórkowy) skurcz komórki: (np. komórki mięśniowe) - miozyna II, tworzy trwałe filamenty Miozyna I, wystepująca w formie pojedynczych cząsteczek uczestniczy w transporcie pęcherzyków wzdłuż mikrofilamentów 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 Nazwa Białka budujące Występowanie laminy jądrowe laminy A i B jądra wszystkich komórek filamenty keratynowe cytokeratyny komórki nabłonkowe (tonofilamenty) *filamenty wimentynowe wimentyna komórki tk. łącznej *filamenty desminowe desmina komórki mięśniowe *filamenty glejowe GFAP (kwaśne komórki neurogleju włókienkowe białko glejowe) neurofilamenty białka komórki nerwowe neurofilamentów *rodzina filamentów wimentynowych Materiały zapasowe i wtręty cytoplazmatyczne nekroza apoptoza Śmierć komórki: martwica (nekroza) apoptoza (zaprogramowana śmierć) glikogen krople lipidowe wtręty krystaliczne i parakrystaliczne ziarna barwników melanina lipofuscyna Martwica: - przerwanie błony komórkowej - zahamowanie procesów życiowych - rozpad komórki - odczyn zapalny Apoptoza: - aktywacja kolejnych genów (program) - produkcja i aktywacja szczególnych białek Czynniki wywołujące apoptozę: uszkodzenie DNA określone cząsteczki sygnałowe działające na tzw. receptory śmierci brak składników odżywczych lub czynników wzrostowych 8

9 Faza indukcji: aktywacja receptorów śmierci lub produkcja specyficznych białek indukujących apoptozę uwalnianie cytochromu c z mitochondriów autofagosom fragmentacja DNA Faza egzekucji: aktywacja kaspaz (enzymów proteolitycznych) trawienie białek wewnątrzkomórkowych zaburzenie procesów metabolicznych śmierć komórki Autofagia kolejny (choć rzadki) mechanizm śmierci komórki pęcherzyk hydrolazowy pączkowanie błony tworzenie ciałek apoptotycznych 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 autolizosom 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