Biologia komórki. Wykład 4

1. Biologia komórki. Wykład 4 • Cykl komórkowy i jego regulacja. • Modyfikacja, oraz sortowanie białek, formy przechowywania oraz dystrybucja białek w komórce.

2. Cykl komórkowy Cykl komórkowy jest serią zdarzeń, które zachodzą w dzielącej się komórce eukariotycznej, prowadząc do jej podziału. Ogólnie zdarzenia te można podzielić na: interfazę w trakcie której komórka wzrasta gromadząc składniki odżywcze niezbędne do podziału materiału genetycznego (DNA) oraz mitozę - podczas której komórka dzieli się na 2 komórki potomne.

3. Etapy cyklu komórkowego Diagram nie odzwierciedla stosunków czasu trwania poszczególnych faz.

4. Kontrola cyklu komórkowego Poprawny przebieg cyklu komórkowego w komórce jest zapewniany przez złożony układ kontroli Białka biorące udział w regulacji cyklu komórkowego to cykliny i kinazy zależne od cyklin We właściwym czasie układ ten uaktywnia enzymy i inne białka uczestniczące w kolejnych etapach cyklu, a po ich zakończeniu składniki te unieczynnia. W cyklu większości komórek eukariotycznych wyróżnia się 4 stadia - fazy. Faza G1 - trwa od kilku do kilkunastu godzin, pomiędzy końcem cytokinezy a rozpoczęciem syntezy DNA Faza S (synthesis) - u ssaków trwa 7 godzin. W ciągu tej fazy odbywa się replikacja DNA oraz synteza histonów. Faza G2 - trwa od końca syntezy białek aż do początku mitozy. W tej fazie następuje synteza tubuliny - składnika wrzeciona podziałowego. Następnie rozpoczyna się mitoza która trwa ok 1 godziny. Cykl komórkowy może być zakończony podziałem redukcyjnym - mejozą

5. Cykliny - grupa białek biorących udział w regulacji cyklu procesów związanych z podziałem komórki Przy przechodzeniu komórki przez fazy G1, G2 i S gwałtownie wzrasta poziom cyklin typu d, a, e i w końcu b. Te cykliny łączą się ze swoimi kinazami cyklinozależnymi (cdk) i aktywują je. Istnieją także inhibitory kinaz cyklinozależnych (cdki).

6. Regulacja cyklu komórkowego obejmuje kluczowe dla komórki elementy, w tym wykrywanie uszkodzeń i naprawę materiału genetycznego oraz różne systemy nadzoru zapobiegające niekontrolowanym podziałom komórkowym. Procesy molekularne, które sterują cyklem komórkowym są uporządkowane i ukierunkowane, co oznacza, że każdy proces następuje w sposób sekwencyjny i niemożliwe jest "odwrócenie”cyklu.

7. Aktywność cyklin i kinaz zależnych od cyklin (CDKs), determinuje postęp cyklu komórkowego. Cykliny i CDKs formują razem aktywny heterodimer, przy czym cykliny tworzą jednostkę regulatorową, a CDKs pełnią funkcję katalityczną w obrębie heterodimeru. Cykliny nie mają żadnej aktywności katalitycznej, zaś CDKs są z kolei nieaktywne przy braku obecności cyklin. Kinazy zależne od cyklin (CDKs) po związaniu się z cyklinami ulegaja aktywacji i przeprowadzają reakcje fosforylacji białek docelowych, które przez to zostają zaktywowane lub inaktywowane. Powoduje to skoordynowane wejście komórki w następną fazę cyklu. Rola cyklin i kinaz zależnych od cyklin

8. Szybkość replikacji w fazie S Bakterie: 50.000 nk/min, tj. 833 nk/s Drożdże: 3600 nk/min, tj. 60 nk/s Płazy 500 nk/min, tj. 8nk/s Ssaki: 2200 nk/min, tj. 37 nk/s Stosunek szybkości replikacji prokariontów do eukariontów 23:1 do 24:1

9. Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego 1 jądro komórkowe 2 por jądrowy3 szorstka siateczka śródplazmatyczna (Roughendoplasmicreticulum – rER)4 Gładka siateczka śródplazmatyczna(sER)5 rybosom6 białka, które są transportowane przez pęcherzyki transportowe (7)8 aparat Golgiego9 biegun cis aparatu Golgiego10 biegun trans aparat Golgiego11 cysterna aparatu Golgiego

10. Morfologia rybosomów 1. Duża podjednostka; 2. Mała podjednostka

11. Struktura dużej podjednostki 50S rybosomu. Kolorem niebieskim Struktura dużej jednostki rybosomalnej; na niebiesko zaznaczone są białka, żółtym rRNA, a czerwonym kluczowa dla translacji adenina 2486 (w rRNA) w centrum aktywnym

12. Reticulumendoplazmatyczneto wewnątrzkomórkowy system kanałów odizolowanych błonami (membranami) biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i pęcherzyków. Reticulumendoplazmatyczne (granularne) – ER-g – charakteryzujące się obecnością licznych rybosomów, osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni, rozbudowywana w komórkach szybko rosnących oraz w komórkach w których zachodzi biosynteza białek (np. neurony, komórki nabłonka gruczołowego trzustki).Retikulum gładkie (agranularne) – ER-a – nie związane z rybosomami, stąd jego nazwa – gładkie. Rozwinięte w komórkach syntezujących niebiałkowe produkty organiczne (np. komórki jelita, komórki tkanki tłuszczowej).Jego specjalizacją jest detoksykacja (niszczenie substancji toksycznych).

13. Funkcje siateczki śródplazmatycznej:1. synteza białek (szorstkie) i tłuszczów (gładkie),2. uczestnictwo w przemianach węglowodanów3. unieczynnianie toksyn i leków (szczególnie w komórkach wątroby),4. transport wewnątrzkomórkowy (cytoplazma jest w nim rzadsza),5. dzieli cytoplazmę komórki na przedziały (kompartmenty), co pozwala na przeprowadzenie w różnych przedziałach reakcji, które przeszkadzałyby sobie wzajemnie

14. Aparat Golgiego Pęcherzyki transportujące Sieć trans stanowi stację rozdzielczą i sortująca

15. W strukturach Golgiego odbywa się:sortowanie i dojrzewanie białek i lipidówmodyfikacje reszt cukrowych glikoprotein i glipolipidów;synteza polisacharydów oraz mukopolisacharydów (glikozoaminoglikanów, pektyny); Podstawową jednostką strukturalną aparatu Golgiego jest diktiosom. Każdy diktiosom składa się ze stosu podłużnych cystern oraz odpączkowujących pęcherzyków. W obrębie diktiosomu wyróżnia się dwa bieguny:biegun cis (formowania)biegun trans (dojrzewania)Od bieguna cis do bieguna trans wzrasta procentowa zawartość lipidów (cholesterolu). Sieć trans stanowi stację rozdzielczą i sortującą, w której produkty z wnętrza diktiosomu zostają rozdzielone zależnie od przeznaczenia i zapakowane do odpowiedniego typu pęcherzyków transportujących: białka i lipidy do błony komórkowej, enzymy lizosomalne do lizosomów i inne substancje do egzosomów np. hormony peptydowe (GH) wydzielane na drodze egzocytozy, czyli poza komórkę

16. Funkcje błon 1. Chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych organizmów, w szczególności chorobotwórczych.2. Regulują transport wybranych substancji z i do komórki.3. Reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne.4. Pełnią funkcje enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne.5. Utrzymują równowagę między ciśnieniem osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz komórki.6. Są amfipatyczne – zbudowane z apolarnego ogona węglowodorowego oraz polarnej głowy, dzięki czemu lipidy budujące błony układają się w kształt pęcherzyków, bądź w dwuwarstwę.

17. Budowa błon fosfolipidowych

18. Schemat organizacji białek błonowych 1. Białko transmembranowe2. Białko monowarstwy zewnętrznej3. Białko monowarstwy wewnętrznej4. Białko wewnętrzne błonyNiebieskie – białka peryferyjne Białka błonowe występują m.in. w roli:1. Receptorów - spełniają rolę w kontaktowaniu się komórki ze światem zewnętrznym, endocytozie i innych procesach;2. Białek enzymatycznych oraz 3. Białek uczestniczących w transporcie (kanałów, przenośników, pomp)