Cytoplazma cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Cytoplazma cytoplazma organelle podstawowa (cytozol) złoŝony koloid wodny cząsteczek i makrocząsteczek Kompleksy białkowe (+RNA)
Cytoplazma podstawowa (macierz cytoplazmatyczna) ok. 55% objętości komórki złoŝony koloid wodny białek (20%) i wszystkich rozpuszczalnych związków chem., biorących udział w przemianie materii komórki (zol/ŝel) rybosomy proteasomy cytoszkielet krople tłuszczu, ziarna glikogenu Procesy zachodzące w cytoplazmie podstawowej - wszelkie procesy związane z metabolizmem pośrednim biosynteza białek (translacja) początkowy etap oddychania (glikoliza lub oksydacyjny szlak pentozofosforanowy)
Rybosomy u Eukariotów rybosomy 80S; (70S w mitochondriach i chloroplastach) Białka: strukturalne enzymatyczne białek duŝa podjednostka białek mała podjednostka Aktywność katalityczna: RNA Podjednostki rybosomu duŝa mała kompletny rybosom RNA -2/3masy białka - 1/3 Film-translacja 1
Rybosomy-biosynteza białka miejsce wiązania mrna Miejsca wiązania t-rna A-site: akceptorowe (aminoacylo-trna) P-site peptydylowe (peptydylo trna) E-site: wyjścia (ang. exit) Rybosom rrna rdzeń rybosomu (struktura) jest rybozymem - aktywność katalityczna (rrna 23S duŝej podjednostki miejsce katalityczne peptydylotransferazy) miejsce spotkania się wszystkich rodzajów RNA Film-translacja 2
Polirybosomy (polisomy) Film Film-polirybosomy Synteza białek: 20sek kilka min wielokrotna inicjacja translacji
Proteasomy (proteosomy) Kompleks: białka RNA aparat importujący białka do proteolizy (19S)- regulatorowy (aktywator proteasomu, 6 ATP-az) proteasom 26S aparat dokonujący proteolizy białek (20S) katalityczny (4 pierścienie z 7 podjednostek, beczułka) we wszystkich komórkach eukariotycznych w cytoplazmie i jądrze
Proteasomy proteoliza proteasomowa białko -sekwencja rozpoznawcza pudełko destrukcyjne (N-końcu 8-10 reszt) 76 aa związanie ubikwityny (3 enzymy, ligaza; wiązanie izopeptydowe: białko-lys_ Gly76_Ub) proteaza proteasomowa wnikanie do proteasomu degradacja białek do peptydów ( 8-15 aa), odłączenie ubikwityny
Proteosomy proteoliza proteasomowa tylko u eukariotów związana z ubikwityną selektywna białka krótkoŝyjące (SS blisko N-końca) białka uszkodzone, źle sfałdowane
Proteoliza proteoliza lizosomowa nieselektywna; białka pobierane przez komórki strukturalne długowieczne proteoliza proteasomowa (80-90%) białka uszkodzone, nieprawidłowo sfałdowane krótkoŝyjące (regulacyjne) selektywna ubikwitynacja białka (wiązanie ubikwityny przez wiązanie izopeptydowe)
CYTOSZKIELET Sieć włókienek białkowych; struktura wysoce dynamiczna Filamenty aktynowe Filamenty pośrednie Mikrotubule Fibroblast
CYTOSZKIELET
CYTOSZKIELET 7nm 10nm 25nm
Filamenty pośrednie ich średnica 9-12 nm zbudowane z białek specyficznych tkankowo stanowią ochronę mechaniczną komórki odpowiedzialne za spręŝystość cytoplazmy
Budowa filamentu pośredniego animacja
Filamenty pośrednie
Klasyfikacja FP w oparciu o sekwencje domeny trzonowej (α- helisy) I i II homo- i heteropolimery 12 izoform w ludzkim naskórku III IV V zwykle 1 klasa cytoplazmatycznych FP w danym typie komórek komórki nowotworowe ekspresja FP jak w komórkach wyjściowych
Białka wiąŝące filamenty pośrednie Plakiny plektyna desmoplakina Białka epidermalne filagryna Związane z laminami LAP1, LAP2, LBR
FILAMENTY POŚREDNIE Mikrografia fluorescencyjna komórek epitelialnych w hodowli wybarwione wiązki filamentów keratynowych Mikrografia elektronowa cienkich skrawków komórek nerki chomika w hodowli filamenty wimentynowe (strzałki)
Filamenty pośrednie keratynowe w komórkach epitelialnych desmosomy i hemidesmosomy
desmosomy półdesmosomy
Filamenty pośrednie wzmacniają komórkę zwierzęcą
Filamenty pośrednie wzmacniają komórkę Zdjęcie z mikroskopu świetlnego skóry prawidłowej i od pacjenta z chorobą genetyczną -zwykłe pęcherzowe oddzielanie się naskórka (epidermolysis bullosa simplex) - mutacja w obrębie genu keratyny odpowiedzialna za nieprawidłowe formowanie filamentów keratynowych (monomery jednej z keratyn pozbawione globularnych domen na C i N-końcach)
Odmienność filamentów jądrowych zbudowane z lamin tworzą sieć (nie liny) ulegają demontaŝowi i ponownemu formowaniu Mikrografia elektronowa sieci filamentów jądrowych oocytu Xenopus
Fosforylacja lamin konieczna do rozpadu filamentów blaszki jądrowej
Cytoszkielet aktynowy G-aktyna 370 aminokwasów 42 43 kda izoformy: α, β, γ aktyna konserwatywna
Cytoszkielet aktynowy Filamenty aktynowe (F-aktyna) agregacja Oddziaływania hydrofobowe Słabe wiązania niekowalencyjne 13
Cytoszkielet aktynowy hydroliza ATP
Cytoszkielet aktynowy Polimeryzacja aktyny
Cytoszkielet aktynowy 50% ~ 50% 50-200µM G-aktyny
Białka wiąŝące aktynę (ABP -actin binding protein) białka wiąŝące monomery (profilina, tymozyna) białka czapeczkujące białka tnące białka wiąŝące się wzdłuŝ FA białka wiąŝące filamenty ze sobą białka wiąŝące filamenty z błonami
Białka wiąŝące F-aktynę białka tnące, białka czapeczkujące
- białka wiąŝące się wzdłuŝ FA stabilizują filamenty destabilizują filamenty kofilina tropomiozyna
Białka wiąŝące aktynę białka wiąŝące filamenty ze sobą równolegle krzyŝowo
równolegle krzyŝowo
- białka wiąŝące FA krzyŝowo Komórki melanoma: (A)- niski poziom filaminy (B) - poziom filaminy zwiększony
- białka wiąŝące FA do błony komórkowej Rodzina białek EMR (ezrin, radixin, monesin) Miejsca kontaktów zogniskowanych - focal contacts
Miejsca kontaktów zogniskowanych - focal contacts Fibroblasty w hodowli: A) focal contacts- zdjęcie z mikroskopu odbiciowego B) filamenty aktynowe wybarwione znakowaną falloidyną
Organizacja filamentów aktynowych w komórce
Organizacja filamentów aktynowych rola białek Rho Nadrodzina RAS Rho Rab Arf/Sar Ran Ras Rodzina Rho rho rac cdc42
Filamenty aktynowe zmieniają kształt błony w komórkach zwierzęcych A) mikrokosmki B) włókna napręŝenowe C) filopodia D) pierścień kurczliwy
Filamenty aktynowe Filamenty aktynowe w fibroblastach REF-52 - mikrografia elektronowa. a) sieć aktynowa w lamelipodium na końcu wiodącym komórki b) włókna napręŝeniowe (stress fibers) wzdłuŝ napręŝeń cytoplazmy Filamenty aktynowe zmieniają kształt błony w komórkach zwierzęcych
Organizacja filamentów aktynowych w komórce Mikrokosmki: stabilna struktura aktynowa
Aparat kurczliwy mięśni sarkolema 2,5 µm włókna mięśniowe: kilka- kilkaset µm - grubość kilka- kilkadziesiąt cm - długość
Cytoszkielet aktynowy - funkcje warunkuje kształt komórki ruch komórki ruchy wewnątrzkomórkowe cytokineza mikrokompartmentacja
Cytoszkielet aktynowy generacja ruchu przez polimeryzację aktyny przez aktynozaleŝne białka motoryczne
Generacja ruchu przez polimeryzację aktyny motorem ruchu sama aktyna kierunkowa polimeryzacja / depolimeryzacja aktyny źródłem energii hydroliza ATP w związanych monomerach aktynowych
Generacja ruchu przez polimeryzację aktyny Zapoczątkowanie polimeryzacji aktyny w komórce: fragmentacja istniejących filamentów odsłonięcie końców + filamentów nukleacja de novo nukleacja de novo kompleks Arp2/3
Cytoszkielet aktynowy generacja ruchu przez aktynozaleŝne białka motoryczne
Miozyny - aktynozaleŝne białka motoryczne + - około 40 rodzin rośliny kręgowce
Miozyny -aktynozaleŝne białka motoryczne 2 łańcuchy cięŝkie superhelisa 4 łańcuchy lekkie koniec koniec szyjka (ramię dźwigni) Miozyna II dimer
Miozyny -aktynozaleŝne białka motoryczne właściwości hydrolityczne miozyny aktywowane przez aktynę hamowane przez jony Mg +2 Bipolarny filament 15-20 cząsteczek
Niektóre funkcje miozyn film
Kroczenie miozyny po FA Cykl zmian umoŝliwiający wędrówkę miozyny po filamencie aktynowym cykl skurczowy około 15ms 1 filament gruby-300 głów miozyny film
Pełzanie komórki
Mikrotubule podjednostki strukturalne 13 (11-16) 55kDa i 53kDa strukturalna polarność 450 aminokwasów
Mikrotubule wydłuŝanie / /skracanie
Mikrotubule elongacja + - in vitro in vivo - dodawanie dimerów tubulinowych na końcu +
Mikrotubule powstawanie mikrotubul nukleacja elongacja stan równowagi
Mikrotubule powstawanie mikrotubul w komórce MT wyrastające z ośrodków nukleacji (centrosomu) Mikrografia elektronowa: A) pierścienie gama-tubulinowe B) wyrastające pojedyncze Mt
Mikrotubule centrosom
Mikrotubule powstawanie mikrotubul w komórce
Mikrotubule rozmieszczenie mikrotubul w komórce D A-fibroblast; B-komórka epitelialna; C- komórka epidermalna kukurydzy; D- wić komórki eukariotycznej
Mikrotubule dynamiczna niestabilność
Mikrotubule dynamiczna niestabilność Film
Modyfikowanie dynamicznej niestabilności mikrotubul białka towarzyszące MAP (microtubule associated proteins) Film dynamika mt
Mikrotubule białka towarzyszące stabilizujące mikrotubule - stabilizacja ( tau) - wiązanie z innymi elementami (MAP2 -FA) Mikrografia elektronowa przekroju poprzecznego wiązki Mt: C) nadekspresja MAP2 D) nadekspresja tau
Mikrotubule białka motoryczne - kinezyny i dyneiny B) kinezyna C) dyneina cytoplazmatyczna D) dyneina rzęskowa
Mikrotubule białka motoryczne nadrodzina kinezyn 200 białek min 14 rodzin Kinezyny KRPs (kinesin related proteins) kroczą do końca + Mt (wyjątek Ncd)
Mikrotubule białka motoryczne - kinezyny
Mikrotubule - białka motoryczne kinezyna konwencjonalna (kinezyna 1) głowa miejsce wiązania ATP miejsce wiązania do Mt szyjka trzonek 1 trzonek 2
Mikrotubule białka motoryczne - kinezyny Kinezyny: kierunkowość ruchu procesywność (krok 8nm, 1 ATP) Film Cząsteczka GFP-kinezyny krocząca po mikrotubuli (0,3mm/s)
Mikrotubule białka motorycznedyneiny: -cytoplazmatyczne -rzęskowe cząsteczki dyneiny cytoplazmatycznej - 2µm/s rzęskowej - 14µm/s
Rola mikrotubul organizują wnętrze komórki - polaryzacja komórki
Film fibroblast +nokodazol nadają polaryzację komórce
rozmieszczenie organelli ER Golgi Mt Mt organizacja ER, aparatu Golgiego przemieszczanie mitochondriów Filmy
transport wewnątrzkomórkowy Mikrotubule zaangaŝowane w transporcie: pęcherzyków z ER do aparatu Golgiego (dyneiny) pęcherzyków z TGN do błony komórkowej (kinezyny) pęcherzyków z aparatu Golgiego do ER (kinezyny)
Rzęski i wici 13 13 + 10 13 + 10 + 10 rzęski, wici centriole, ciałka podstawowe
Rzęski, wici - budowa szprycha neksyna 9+2 wewnętrzna otoczka
ramiona dyneiny neksyna ramiona dyneiny mają aktywność ATP-azy mogą przesuwać się wzdłuŝ sąsiednich MT
Rzęski dyneina rzęskowa 9-12 łańcuchów polipeptydowych film
Ruch wici
Bicie rzęski 0,25µm; 5-10µm niesymetryczne; uderzenia batem