SPIS TREŚCI Wykaz skrótów................. XIII Część I.WIADOMOŚCI WSTE PNE.. 1 Rozdział 1. Ogólna charakterystyka komórki 1 1.1. Definicja komórki i organelli...... 1 1.2. Niektóre dane z początków historii cytologii i biochemii........... 2 1.3. Zarys morfologii i ultrastruktury komórki 6 1.3.1. Właściwości morfologiczne... 6 1.3.2. Zarys ultrastruktury komórek proi eukariotycznych......... 10 1.3.3. Frakcjonowanie komórki metodą wirowania różnicowego oraz w gradiencie roztworów sacharozy 10 1.4. Skład chemiczny komórek........ 12 1.4.1. Porównanie organizmu człowieka i materii nieożywionej pod względem zawartości pierwiastków 12 1.4.2. Frakcjonowanie chemiczne homogenatu tkankowego..... 16 Rozdział 2. Białka główne tworzywo komórki 20 2.1. Zadania cząsteczek białkowych..... 20 2.2. Aminokwasy cegiełki budulcowe białek 21 2.2.1. Ogólna charakterystyka...... 21 2.2.2. Magiczna dwudziestka..... 23 2.2.3. Modyfikacje łańcuchów bocznych aminokwasów........... 26 2.3. Klasyfikacja białek............ 30 2.4. Struktura białek............. 31 2.4.1. Struktura pierwszorzędowa.... 32 2.4.2. Struktura drugorzędowa..... 37 2.4.3. Struktura trzecio- i czwartorzędowa 45 2.5. Podsumowanie z uzupełnieniem..... 49 Część II. MACIERZ CYTOPLAZMATYCZNA, POZAKOMÓRKOWA I BŁONOWA.. 51 Rozdział 3. Macierz cytoplazmatyczna a cytoszkielet.................. 51 3.1. Wstępne obserwacje macierzy cytoplazmatycznej............ 51 3.2. Pojęcia: macierz cytoplazmatyczna i cytoszkielet............... 53 3.3. Podsumowanie z uzupełnieniem..... 56 Rozdział 4. Mikrofilamenty.......... 58 4.1. Wprowadzenie.............. 58 4.2. Budowa chemiczna aktyny G i F.... 59 4.3. Morfologia i lokalizacja mikrofilamentów w komórce................ 61 4.4. Białka wiążące aktynę (ABP) i ich klasyfikacja................ 62 4.5. Charakterystyka niektórych ABP.... 66 4.5.1. ABP stabilizujące monomery aktyny............... 66 4.5.2. ABP inicjujące polimeryzację monomerów aktyny........ 68 4.5.3. ABP stabilizujące mikrofilamenty 70 4.5.4. ABP formujące sieci mikrofilamentów......... 71 4.5.5. ABP formujące wiązki mikrofilamentów......... 75 4.5.6. ABP przymocowujące włókna aktyny do podstruktur komórkowych........... 75 4.5.7. Inne cząsteczki ABP....... 77 4.6. Mikrofilamenty a cytoszkielet mikrokosmków jelitowych........ 79 4.7. Mikrofilamenty wczoraj i dziś..... 81 4.7.1. Aktyny i MF........... 81 VII
4.7.2. Cząsteczki ABP nowo odkryte oraz szczegółowiej zbadane...... 82 Rozdział 5. Mikrotubule............ 87 5.1. Wprowadzenie.............. 87 5.2. Ogólna charakterystyka mikrotubul... 87 5.2.1. Definicja i morfologia...... 87 5.2.2. Interakcja tubuliny z małymi cząsteczkami........... 89 5.2.3. Labilność MT........... 90 5.2.4. Centra organizujące mikrotubule polarność MT......... 90 5.3. Systemy mikrotubul oraz ich występowanie i znaczenie................ 93 5.3.1. Mikrotubule rzęsek i wici.... 93 5.3.2. Mikrotubule cytoplazmy interfazowej............ 97 5.3.3. Mikrotubule aparatu mitotycznego 100 5.4. Klasyfikacja białek MT i budowa tubuliny 104 5.4.1. Ogólna charakterystyka białek MT 104 5.4.2. Badanie struktury pierwszorzędowej tubulin............... 104 5.5. Białka towarzyszące mikrotubulom... 110 5.5.1. Wykrycie i klasyfikacja MAP.. 110 5.5.2. MAP wielkocząsteczkowe.... 112 5.5.3. MAP średniocząsteczkowe.... 114 5.5.4. MAP małocząsteczkowe..... 115 5.5.5. MAP a cytoszkielet........ 117 5.6. Dyneiny................. 121 5.6.1. Wykrycie i klasyfikacja..... 121 5.6.2. Dyneiny aksonemowe...... 122 5.6.3. Białka motoryczne MT nieaksonemowe.......... 125 5.7. Mikrotubule 10 lat później...... 130 5.7.1. MT i centrosom.......... 130 5.7.2. MT i MAP............ 131 5.7.3. Dyneiny aksonemowe i cytoplazmatyczne........ 134 5.7.4. Kinezyny............. 137 Rozdział 6. Filamenty pośrednie........ 140 6.1. Wprowadzenie.............. 140 6.2. Klasyfikacja i nazewnictwo filamentów pośrednich................ 140 6.2.1. Filamenty keratynowe...... 141 6.2.2. Filamenty desminowe, wimentynowe i glejowe..... 146 6.2.3. Neurofilamenty.......... 147 6.3. Budowa białkowych podjednostek filamentów pośrednich.......... 148 6.3.1. Sekwencja aminokwasowa niektórych białek IF....... 148 6.3.2. Struktura domenowa podjednostek białkowych IF........... 151 6.4. Białka towarzyszące filamentom pośrednim 155 6.5. Niektóre właściwości biologiczne filamentów pośrednich.......... 162 6.6. IF wczoraj i dziś........... 164 6.6.1. Klasyfikacja IF.......... 165 6.6.2. Białka budujące IF........ 165 6.6.3. Budowa domenowa białek IF oraz IF................. 166 6.6.4. Białka zasocjowane z filamentami pośrednimi............ 167 6.6.5. Znaczenie białek IF........ 167 Rozdział 7. Macierz zewnątrzkomórkowa.. 169 7.1. Wprowadzenie.............. 169 7.2. Białka kolagenowe macierzy zewnątrzkomórkowej.......... 170 7.2.1. Ogólna charakterystyka kolagenów 170 7.2.2. Struktura i wytwarzanie typowych włókienkowych cząsteczek kolagenu............. 172 7.2.3. Niektóre niewłókienkowe cząsteczki kolagenu.............. 179 7.3. Glikoproteiny niekolagenowe...... 183 7.3.1. Elastyna.............. 184 7.3.2. Fibronektyna........... 185 7.3.3. Laminina i nidogen........ 187 7.3.4. Tenascyna............. 191 7.4. Glikozaminoglikany i niektóre proteoglikany............... 193 7.4.1. Klasyfikacja GAG........ 193 7.4.2. Charakterystyka niektórych GAG 193 7.4.3. Charakterystyka i klasyfikacja proteoglikanów.......... 199 7.4.4. Struktura niektórych proteoglikanów 200 7.4.5. Oddziaływanie PG lub GAG z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej oraz z powierzchnią komórki..... 204 7.5. ECM 10 lat później......... 207 7.5.1. Glikoproteiny kolagenowe.... 209 7.5.2. Glikoproteiny niekolagenowe.. 211 7.5.3. Proteoglikany ECM........ 214 Rozdział 8. Błona plazmatyczna oraz białka powierzchni komórkowej........... 219 8.1. Wprowadzenie.............. 219 8.2. Niektóre modele błon komórkowych.. 219 8.3. Błona erytrocytów jako przykład budowy molekularnej błony komórkowej.... 222 8.3.1. Ogólna charakterystyka...... 222 8.3.2. Białka błony erytrocytarnej... 225 8.3.3. Lipidy błony plazmatycznej (w tym erytrocytarnej).......... 234 8.4. Przenikanie substancji przez błony... 240 8.4.1. Przemieszczanie substancji przez błonę plazmatyczną bez zmian w jej strukturze............. 241 8.4.2. Endocytoza i rola klatryny.... 244 8.5. Błona komórkowa a wtórne przekaźniki informacji................ 247 8.5.1. Udział błonowych białek G w tworzeniu camp........ 248 VIII
8.5.2. Fosfolipidy inozytolowe i jony wapniowe jako wtórne przekaźniki w przetwarzaniu informacji... 252 8.6. Białka adhezji komórkowej....... 259 8.6.1. Wstępna charakterystyka..... 259 8.6.2. Połączenia międzykomórkowe oraz niektóre białka JAM....... 261 8.6.3. Integryny............. 266 8.6.4. Kadheryny............ 271 8.6.5. Selektyny............. 274 8.7. Transbłonowe receptorowe kinazy tyrozynowe (W. M. Krajewska)..... 276 8.7.1. Rodzina receptorów ErbB.... 278 8.7.2. Kinazy aktywowane przez mitogeny kinazy MAP............ 283 Część III. JA DRO KOMÓRKOWE I JEGO MACIERZ............. 287 Rozdział 9. Jądro komórkowe zarys budowy mikroskopowej i chemicznej.......... 287 9.1. Odkrycie i dane morfologiczne..... 287 9.2. Zarys ultrastruktury jądra (w tym: ciała zwinięte Z. Kiliańska)........ 288 9.3. Budowa chemiczna jądra komórkowego 293 Rozdział 10. Otoczka jądrowa......... 301 10.1. Wprowadzenie............. 301 10.2. Elementy strukturalne otoczki jądrowej 301 10.2.1. Ogólna morfologia i skład chemiczny błon otoczki..... 302 10.2.2. Pory i kompleksy porowe otoczki jądrowej............. 304 10.2.3. Blaszka jądrowa (lamina).... 308 10.3. Otoczka jądrowa a cykl komórkowy.. 314 10.4. Otoczka jądrowa w wymianie jądrowo-cytoplazmatycznej....... 317 10.5. Jądrowy kompleks porowy i transport jądrowo-cytoplazmatyczny 10 lat później (A. Lipińska).......... 324 10.5.1. Morfologia kompleksu porowego 324 10.5.2. Ważniejsze białka NPC..... 327 10.5.3. Transport białek......... 330 Rozdział 11. Chromatyna jej komponent białkowy..................... 334 11.1. Wprowadzenie............. 334 11.2. Histony i protaminy.......... 335 11.2.1. Definicja i nazewnictwo histonów 335 11.2.2. Izolowanie i frakcjonowanie histonów............. 337 11.2.3. Sekwencje aminokwasowe histonów............. 341 11.2.4. Występowanie histonów.... 347 11.2.5. Zmienność histonów...... 349 11.2.6. Modyfikacje struktury pierwszorzędowej histonów... 352 11.2.7. Domenowa struktura histonów. 359 11.2.8. Ogólna charakterystyka protamin 362 11.3. Białka niehistonowe.......... 364 11.3.1. Trudności w otrzymaniu i analizie białek NHC........... 364 11.3.2. Niejednorodność białek niehistonowych oraz ich specyficzność molekularna i metaboliczna.......... 369 11.3.3. Klasyfikacja białek NHC.... 374 11.3.4. Białka HMG jako uniwersalne białka NHC........... 378 11.3.5. Białka NHC regulatorowe... 387 Rozdział 12. Chromatyna jej struktura oraz DNA....................... 390 12.1. Najwcześniejsze modele........ 390 12.2. Hierarchiczna struktura chromatyny.. 391 12.2.1. Nukleosom chromatosom cząstka rdzeniowa...... 393 12.2.2. Włókno 30-nanometrowe.... 397 12.2.3. Uorganizowanie wyższego rzędu włókna 30 nm (poziom III i IV) 401 12.2.4. Mitotyczna kondensacja chromatyny........... 409 12.3. Morfologia chromatyny i chromosomów olbrzymich............... 414 12.3.1. Heterochromatyna i euchromatyna 414 12.3.2. Chromosomy politeniczne i szczoteczkowe......... 417 12.4. Ogólna charakterystyka DNA..... 419 12.4.1. Od Griffitha do modelu Watsona i Cricka............. 419 12.4.2. Niektóre właściwości cząsteczki DNA............... 425 12.5. Zarys replikacji DNA podstawowe pojęcia.................. 430 Rozdział 13. Jąderko.............. 442 13.1. Wprowadzenie............. 442 13.2. Morfologia jąderek........... 443 13.3. Ultrastruktura jąderek.......... 444 13.3.1. Składniki ultrastrukturalne jąderka 444 13.3.2. Typy morfologiczne jąderek.. 451 13.4. Białka jąderek jako ich główny składnik chemiczny................ 452 13.4.1. Niektóre jąderkowe białka enzymatyczne i regulatorowe.. 454 13.4.2. Niektóre jąderkowe białka strukturalne i szkieletowe.... 459 13.5. Jąderko a cykl komórkowy....... 460 13.6. Nukleologeneza biogeneza jąderka i rybosomów.............. 461 Rozdział 14. Rybonukleoproteiny pozająderkowe................. 468 14.1. Komórkowe RNA i RNP........ 468 IX
14.2. Rybonukleoproteiny zawierające pre-mrna i mrna.......... 470 14.2.1. Wykrycie mrna, pre-mrna i cząstek pre-mrnp....... 470 14.2.2. Struktury zawierające pre-mrna ziarnistości oraz włókna okołoi międzychromatynowe..... 472 14.2.3. Białka hnrnp.......... 475 14.2.4. Transkrypcja i dojrzewanie cząsteczek pre-mrna...... 478 14.2.5. Niektóre białka regulujące transkrypcję........... 489 14.3. Małocząsteczkowe jądrowe RNA (snrna) 496 14.3.1. Uwagi wstępne......... 496 14.3.2. Lokalizacja snrna w komórce. 499 14.3.3. Montowanie cząstek U-snRNP. 499 14.3.4. Funkcje snrna......... 501 14.4. Regulacja transkrypcji 10 lat później (M. W. Krajewska)........... 506 Rozdział 15. Macierz jądrowa......... 516 15.1. Wykrycie i nazewnictwo........ 516 15.2. Izolowanie i występowanie macierzy jądrowej................. 517 15.2.1. Klasyczna technika Berezneya i Coffeya oraz jej modyfikacje. 517 15.2.2. Powszechność występowania macierzy jądrowej........ 523 15.3. Struktura mikroskopowa i chemiczna macierzy jądrowej........... 524 15.3.1. Ultrastruktura macierzy jądrowej 524 15.3.2. Skład chemiczny macierzy jądrowej 526 15.4. Znaczenie macierzy jądrowej..... 536 15.4.1. Determinowanie przez macierz morfologii jądra komórkowego. 536 15.4.2. Udział macierzy jądrowej w uorganizowaniu przestrzennym materiału genetycznego..... 537 15.4.3. Udział macierzy jądrowej w procesach replikacji i reperacji DNA............... 539 15.4.4. Udział macierzy jądrowej w transkrypcji i potranskrypcyjnym dojrzewaniu RNA... 542 15.4.5. Macierz jądrowa a działanie hormonów............ 543 Część IV. NIEKTÓRE POZAJA DROWE PROCESY I ORGANELLE........ 547 Rozdział 16. Zarys biosyntezy białka i peptydów 547 16.1. Wprowadzenie............. 547 16.2. Kod genetyczny............. 549 16.2.1. Rozszyfrowanie kodu genetycznego.......... 549 16.2.2. Cechy kodu genetycznego... 551 16.3. Wielkocząsteczki w procesie translacji 554 16.3.1. Uwagi wstępne......... 554 16.3.2. Transportujące RNA (trna).. 555 16.3.3. Aminoacylo-tRNA ligazy (syntetazy)............ 559 16.3.4. Rybosomy............ 564 16.4. Etapy biosyntezy białka........ 567 16.4.1. Etap I biosyntezy białka.... 568 16.4.2. Etap II biosyntezy białka.... 570 16.4.3. Antybiotyki a biosynteza białek 581 16.4.4. Biosynteza białka jej ekonomiczność, rozrzutność i tempo.............. 582 16.5. Pozarybosomowa synteza peptydów.. 583 Rozdział 17. Ubikwityno- i ATP-zależna proteoliza cytosolowa (pozalizosomowa)... 586 17.1. Proteoliza wewnątrzkomórkowa.... 586 17.2. Okresy półtrwania białek........ 587 17.3. Proteoliza ubikwitynozależna..... 589 17.3.1. Nowa funkcja ubikwityny.... 589 17.3.2. Charakterystyka ubikwityny.. 589 17.3.3. Występowanie i zawartość ubikwityny w komórce..... 591 17.3.4. Etapy w proteolizie ubikwitynozależnej....... 591 17.3.5. Enzymy w proteolizie ubikwitynozależnej....... 593 17.3.6. Uwagi końcowe......... 599 Rozdział 18. Niektóre podstawowe procesy cytosolowe.................... 604 18.1. Wprowadzenie............. 604 18.2. Glikoliza................ 605 18.3. Metabolizm glikogenu......... 611 18.3.1. Glikogenoliza.......... 612 18.3.2. Synteza glikogenu........ 614 18.3.3. Kaskada enzymatycznych aktywności............ 615 18.4. Glukoneogeneza............ 616 18.4.1. Przebieg glukoneogenezy.... 617 18.4.2. Przekształcenie pirogronianu w szczawiooctan......... 618 18.4.3. Substraty dla glukoneogenezy. 619 18.5. Cykl pentozofosforanowy....... 619 18.6. Biosynteza kwasów tłuszczowych... 623 18.6.1. Uwagi wstępne......... 623 18.6.2. Podstawowe cząsteczki uczestniczące w biosyntezie kwasów tłuszczowych...... 624 18.6.3. Przebieg syntezy kwasów tłuszczowych.......... 627 Rozdział 19. Mitochondria........... 629 19.1. Wprowadzenie............. 629 19.2. Zarys morfologii, ultrastruktury i budowy chemicznej mitochondriów....... 630 X
19.2.1. Właściwości morfologiczne i rozmieszczenie mitochondriów 630 19.2.2. Schemat ultrastruktury, ogólny skład chemiczny i frakcjonowanie mitochondriów.......... 631 19.3. Błony mitochondrialne......... 635 19.3.1. Ogólna charakterystyka i przepuszczalność błon mitochondrialnych........ 635 19.3.2. Przenośniki nukleotydów adenylowych, fosforanów oraz di- i trikarboksylanów...... 637 19.3.3. Transport równoważników redukcyjnych.......... 639 19.4. Procesy biochemiczne w wewnętrznej błonie mitochondrialnej........ 641 19.4.1. Utlenianie biologiczne..... 641 19.4.2. Syntetaza ATP i fosforylacja oksydacyjna........... 649 19.5. Macierz mitochondrialna jej procesy biochemiczne.............. 651 19.5.1. Dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu........... 651 19.5.2. Cykl cytrynianowy Krebsa... 655 19.5.3. Cykl mocznikowy (inaczej: ornitynowy) albo cykl Krebsa-Henseleita (mały cykl Krebsa).............. 657 19.5.4. Katabolizm szkieletów węglowych aminokwasów (schemat włączania aminokwasów w cykl cytrynianowy).......... 658 19.5.5. Biosynteza porfobilinogenu i porfiryny............ 659 19.5.6. Utlenianie kwasów tłuszczowych ( -oksydacja).......... 662 19.5.7. Wydłużanie łańcuchów kwasów tłuszczowych.......... 666 19.5.8. Półautonomiczność mitochondriów (w tym rys. 19.28 Z. Kiliańska) 667 Rozdział 20. Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego................ 674 20.1. Siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka................. 674 20.1.1. Wprowadzenie.......... 674 20.1.2. Morfologiczne i biochemiczne właściwości siateczki śródplazmatycznej........ 676 20.1.3. Procesy biochemiczne zlokalizowane w gładkiej siateczce śródplazmatycznej.. 677 20.1.4. Procesy detoksykacji...... 683 20.1.5. Szorstka siateczka śródplazmatyczna a biosynteza białka... 687 20.2. Aparat Golgiego............ 691 20.2.1. Wprowadzenie.......... 691 20.2.2. Morfologia i ultrastruktura aparatu Golgiego............. 692 20.2.3. Budowa chemiczna i podstawowe funkcje aparatu Golgiego.... 696 20.2.4. Modyfikacje posyntetyczne w aparacie Golgiego...... 699 20.2.5. Sortowanie i pakowanie produktów wydzielniczych......... 706 20.2.6. Biogeneza składników błon... 709 20.3. ER i AG w transporcie pęcherzykowym 10 lat później............ 711 20.3.1. Zarys budowy i funkcji aparatu Golgiego............. 711 20.3.2. Udział białek w transporcie pęcherzykowym z ER do AG.. 713 Rozdział 21. Lizosomy i mikrociała...... 721 21.1. Lizosomy................ 721 21.1.1. Wprowadzenie.......... 721 21.1.2. Zarys budowy morfologicznej i molekularnej lizosomów.... 724 21.1.3. Enzymy lizosomowe...... 726 21.1.4. Zarys biogenezy lizosomów oraz przykłady ich patologii..... 731 21.2. Mikrociała, peroksysomy, glioksysomy 735 21.2.1. Wykrycie i nazewnictwo.... 735 21.2.2. Peroksysomy izolowanie i morfologia........... 736 21.2.3. Wyposażenie enzymowe peroksysomów i glioksysomów..... 739 21.2.4. Hipotezy dotyczące biogenezy peroksysomów i białek w nich zawartych............ 744 Część V.CYKL KOMÓRKOWY I APOPTOZA................. 747 Rozdział 22. Cykl komórkowy elementarne fakty oraz hipotezy............... 747 22.1. Niektóre dane historyczne....... 747 22.2. Zarys cyklu komórkowego....... 748 22.3. Mitoza.................. 750 22.4. Mejoza................. 753 22.4.1. Pierwszy podział mejotyczny.. 755 22.4.2. Drugi podział mejotyczny.... 757 22.5. Regulacja cyklu komórkowego.... 758 22.5.1. Wykrycie czynnika MPF.... 758 22.5.2. Zarys głównych reakcji w cyklu komórkowym na przykładzie heterodimeru CDK1/cyklina B.. 760 22.5.3. Kinazy i cykliny a fazy cyklu komórkowego.......... 763 22.5.4. Ubikwitynozależna proteoliza białek regulatorowych cyklu komórkowego.......... 765 22.5.5. Cykl podziałowy a niektóre struktury komórkowe...... 767 XI
Rozdział 23. Apoptoza organizmów zwierzęcych (Z. Kiliańska)................... 772 23.1. Wprowadzenie............. 772 23.2. Apoptoza a nekroza.......... 773 23.3. Główne białka uczestniczące w apoptozie 775 23.3.1. Kaspazy............. 776 23.3.2. Inne proteazy.......... 783 23.3.3. Endonukleazy.......... 784 23.4. Szlaki sygnalizacyjne apoptozy.... 786 23.4.1. Receptory śmierci i ich ligandy 786 23.4.2. Ścieżki sygnalizacyjne wykorzystujące receptory Fas, TNF-R1 i granzym B...... 787 23.4.3. Szlak wewnętrzny apoptozy.. 791 23.4.4. Szlak sfingomielinowo-ceramidowy............... 795 23.4.5. Szlak apoptotyczny indukowany stresem.............. 796 23.5. Przebieg apoptozy........... 797 23.5.1. Faza inicjacji.......... 798 23.5.2. Fazy wykonawcza i zniszczenia 798 23.6. Regulatory apoptozy.......... 803 23.6.1. Białka rodziny Bcl-2...... 803 23.6.2. Białka IAP............ 809 23.6.3. Inne białka............ 812 Niektóre cytowane podręczniki i publikacje książkowe [P].................. 815 Piśmiennictwo.................. 819 Skorowidz.................... 931