Molekulární biologie pro informatiky - 7 Molekulární struktura eukaryotické buňky Eukaryotická buňka https://eluc.kr-olomoucky.cz/uploads/images/22471/content_zivocisna_bunka_Hana.jpg Buněčné kompartmenty •oddělení a organizace chemických reakcí •výhody - protichůdné chemické procesy, mikroprostředí chemické reakce - oddělení nebezpečných rozkladných dějů, dělba práce mezi organelami •nevýhody - koordinace procesů, biosyntéza organel, třídění proteinů Struktura buňky •povrch buňky (CM, BS) •základní cytoplazma •jádro •semiautonomní organely •endomembránový systém (GA, ER) •cytoskelet https://eluc.kr-olomoucky.cz/verejne/lekce/5 Jádro •funkce genetická, metabolická, regulační •hmota uvnitř jádra = chromatin •jaderná membrána - dvě biomembrány (vnější navazuje na membránu ER) - perinukleární prostor (navazuje na lumen ER) - jaderné póry •jaderná lamina - vyztužení vnitřní membrány, vazba chromatinu - lamin A, B, C •jadérko http://xarquon.jcu.cz/edu/zbb/prednasky/07cytoskeleton/077nuclearskeleton/images/jaderny.jpg Monocyt Neutrofil Eozinofil Bazofil Lymfocyty Chromatin Jadérko Jaderná lamina Vnější membrána Vnitřní membrána Jaderná membrána Perinukleární prostor Ribozomy Jaderné póry Hrubé ER http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-18/CB18.html http://xarquon.jcu.cz/edu/zbb/prednasky/07cytoskeleton/077nuclearskeleton/skelet_jaderny.htm https://en.wikipedia.org/wiki/White_blood_cell#/media/File:Blausen_0909_WhiteBloodCells.png •dsDNA, histony , proteiny nehistonové povahy •dvoušroubovice DNA - nukleozomový řetězec - 30-nm chrom. vlákno - 600-nm chrom. vlákno - mitotický chromozom •euchromatin, heterochromatin Chromozom •v interfázním jádře rozprostřen •při mitóze ve formě mitotického chromozomu •haploidní sada chromozomů v pohlavních buňkách •diploidní sada chromozomů v somatických buňkách Chromatin Interfáze Mitotické chromozomy Diploidní Replikace 1. MEI 2. MEI Haploidní http://www.mechanobio.info/figure/1389942033388.jpg.html lookfordiagnosis.com http://facweb.bhc.edu/academics/science/robertsk/biol100/celldivision.htm 2-nm dsDNA 10-nm nukleozomové vlákno 30-nm chromatinové vlákno 600-nm chromatinové vlákno Mitotický chromozom Histony Jaderný pór •3000 - 4000 póru v jádře savčích buněk •komplex cca 100 různých nukleoporinů, osmičetná symetrie •cytoplazmatická strana - kruh s vlákny •nukleoplazmatická strana - kruh v jaderné lamině, struktura ve tvaru koše Transport molekul mezi jádrem a cytoplazmou •pasivní transport - volná difuze menších molekul rozpuštěných ve vodě •aktivní transport - selektivní transport molekul s třídícími signály - vazba molekuly na importin/exportin, translokace jaderným pórem - jednostranný transport zajišťuje Ran Transport přes jaderný pór http://images.slideplayer.cz/11/3008839/slides/slide_13.jpg http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.files/F05-50.gif http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.files/12_010_2.jpg http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.files/12_010_2.jpg http://slideplayer.cz/slide/3008839/ http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.htm# Transport přes jaderný pór Transport do jádra (import) •jaderná lokalizační sekvence (NLS) •NLS rozeznána importinem - vazba k póru - import do jádra •vazba Ran-GTP - vytěsnění přenášeného proteinu •export Ran-GTP/importin z jádra •hydrolýza GTP na GDP •disociace Ran-GDP/importin http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-18/18_31.jpg http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-18/18_31.jpg http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-18/CB18.html http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.htm# Transport z jádra (export) •jaderná exportní sekvence (NES) •vazba Ran-GTP k exportinu - naložení exportovaného proteinu •vazba k póru - export z jádra •hydrolýza GTP na GDP - uvolnění přenášené molekuly •mRNA exportována ve formě hnRNP •rRNA exportována ve formě podjednotek ribozomů Naložení Vyložení Přenášený protein Importin NLS Ran hnRNP = heterogenous nuclear ribonucleoproteins Syntéza molekul rRNA, sestavení ribozomálních podjednotek Organizátor jadérka •krátká raménka chromozomů 13, 14, 15, 21, 22 •tandemové repetice rDNA (geny pro rRNA) •přepis rDNA do 45S pre-rRNA (RNA Pol I) •štěpení na 18S, 5.8S a 28S rRNA (snoRNP) 5S rRNA přepisována mimo jadérko (RNA Pol III) Import ribozomálních proteinů - sestavení ribozomálních podjednotek - export podjednotek Jadérko https://www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/eigeneEM/Hypophyse/Hy8k.jpg http://cryoem.berkeley.edu/%7Ebgreber/website/pictures/scheme_maturation_ppall.jpg chromozomy podílející se svojí rDNA na tvorbě jadérka jadérko jaderná membrána jadérko jaderná membrána http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.html https://www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/EMNucleolus.html http://cryoem.berkeley.edu/~bgreber/website/pages/biogenesis.html snoRNP = small nucleolar ribonucleoproteins 5S rRNA – součást velké rib. Podjednotky (u všech domén života  prokaryota i eukaryota) •80S, bez membrány •volně v cytoplazmě, vázané na ER •2 podjednotky - vznik v jadérku, spojení v cytoplazmě - 60S: 5S, 5.8S, 28S rRNA; 50 L proteinů - 40S: 18S rRNA; 30 S proteinů •syntéza proteinů na základě genetické informace uložené v mRNA •polyribozom: řada ribozomů připojených na jedinou molekulu mRNA Ribozomy http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.files/F04-32.gif http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26829/figure/A1090/?report=objectonly http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note6_4.html http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch06/ribosome.html Ribozomy ER Volné ribozomy Vázané ribozomy Endoplazmatické retikulum Cytoplazma Velká podjednotka (60S) Malá podjednotka (40S) Polypeptidový řetězec mRNA Iniciační kodon Stop kodon PolyA vazebný protein čepička eIF-4G eIF-4E Semiautonomní organely •energetická centra buňky •vlastní genom a proteosyntetický aparát •část proteinů řízena jadernými geny •endosymbiotická teorie Mitochondrie •organely buněčného dýchání, zisk ATP •dvě biomembrány - vnější hladká, vnitřní zvrásněna (kristy) •dva kompartmenty - mezi membránami, matrix mitochondrie •enzymy oxidativní fosforylace a dýchacího řetězce na vnitřní membráně •enzymy Krebsova cyklu a katabolismu MK v matrix Proto-eukaryotická buňka Jádro ER Aerobní bakterie Fotosyntetizující bakterie Mitochondrie Moderní heterotrofní eukaryotická buňka Moderní fotosyntetizující eukaryotická buňka 3t3.jpg Vnější membrána Vnitřní membrána Krista TEM Matrix Ribozomy https://frombenchtobedside.wordpress.com/ http://archive.cnx.org/contents/420d9f1a-a15c-4ee5-b879-52dd4debf8d5@2/eukaryotic-origins Michal Stoklasa, Mitochondrie anaerobních prvoků, Praha, 2015 http://www.biologyexams4u.com/2013/02/mitochondria-structure-and-function.html#.Vuar4Xqhlr8 MK = mastné kyseliny •oxygenní fotosyntéza i) světelná fáze (thylakoidy) - přeměna světelné energie na chemickou, vznik ATP a NADPH, O2 ii) temnostní fáze (stroma) - uložení chemické energie fixací CO2, tvorba glukózy a zásobních látek (škrob) Semiautomní organely Chloroplasty •thylakoidy - ploché vaky navrstvené do gran - fotosyntetické pigmenty (zelený chlorofyl) •tři kompartmenty - prostor mezi dvojitou membránou obalu, lumen thylakoidů - stroma (matrix): vnitřní základní hmota; DNA, ribozomy a inkluze http://clashtalk.kinja.com/take-a-minute-to-appreciate-photosynthesis-1742386609; http://www.biologydiscussion.com/chloroplasts/chemical-composition-of-chloroplasts-600-words-biolog y/788; http://www.shmoop.com/photosynthesis/inputs-architecture.html http://www.shmoop.com/images/biology/biobook_photosyn_1.png https://i.kinja-img.com/gawker-media/image/upload/idwxsmbyduh6lb8y6moo.jpg Stroma Granum Tylakoid Vnitřní dvojvrstevná membrána Vnější dvojvrstevná membrána Cytoplazmatická membrána Funkce •soudržnost buňky, ochrana před vnějšími vlivy •tvar buňky, ukotvení cytoskeletu •regulovaný transport látek (semipermeabilita) •podíl na adhezi buněk a buněčné signalizaci http://www.aldebaran.cz/bulletin/2010_16/membrana.jpg Složení i) lipidy •amfifilní dvojvrstva •fosfolipidy, glykolipidy, cholesterol ii) proteiny •integrální, ukotvené s lipidy, periferní •funkce: receptory, signalizace, transport látek, mezibuněčný kontakt, kontakt cytoskeletu iii) sacharidy •glykolipidy a glykoproteiny, glykokalyx na vnější straně buňky •funkce: mechanická, informační, vazebná místa pro patogeny Model tekuté mozaiky •molekuly lipidů i proteinů v neustálém pohybu, pohyb proteinů v rámci fosfolipidové dvojvrstvy http://dl1.cuni.cz/mod/page/view.php?id=195338&lang=de Transport mezi vnitrobuněčnými oddíly Sekreční a endocytické dráhy •spolupráce buněčných organel, transport materiálů mezi organelami •sekreční (exocytická) dráha - biosyntéza organel - vylučování molekul do me- zibuněčného prostoru •endocytická dráha - příjem a zpracování signálů a materiálu z vnějšího prostředí •vezikulární transport - transport proteinů a lipidů mezi organelami Jaderná membrána Endoplazmatické retikulum Golgiho aparát Lysozom Pozdní endozom Raný endozom CYTOPLAZMA Sekreční váček Cytoplazmatická membrána EXTRACELULÁRNÍ prostor http://www.histology.leeds.ac.uk/cell/endo-exo.php Transport mezi vnitrobuněčnými oddíly Chaperony •podporují sbalování proteinů, brání agregaci proteinů •proteinové rodiny - Hsp70, Hsp90, válcovité chaperoniny Hsp70 a jejich regulátory •vazba na nově vznikající proteiny na ribozomu •ve stresových podmínkách - vazba na chybně poskládané proteiny, sbalení proteinů po denaturaci •působí při transportu proteinů •DnaK: bakteriální Hsp70, podpůrné proteiny DnaJ a GrpE DnaJ stimuluje hydrolýzu ATP DnaK-ADP pevně váže nesložený protein GrpE stimuluje uvolnění ADP DnaK váže ATP Uvolnění složeného proteinu Vazba DnaJ k nesloženému peptidu Vazba komplexu k DnaK-ATP http://chemistry.umeche.maine.edu/CHY431/Folding4.html Transport mezi vnitrobuněčnými oddíly Hsp70 u savců •Hsc73 (cytosol), BiP (ER), mHsp70 (mitochondrie), ctHsp70 (chloroplasty) •Hsp40 - vyhledávají specifické substráty (obdoba DnaJ) •samy si zajišťují výměnu ADP/ATP a uvolnění peptidu (ekvivalent GroE netřeba) Hsp90 •správné skládání a funkce receptorů pro steroidní hormony (kortizol, estrogen, progesteron, aj.) https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/e/e7/Gr_hsp90_translocation.png/1280px-Gr_hsp90_tra nslocation.png •např. glukokortikoidový receptor (GR) - kortizol •v klidu se na GR váže imunofilin 51 a Hsp90, které ho udržují ve správné konformaci pro vazbu lignadu •po vazbě kortizolu se vymění imunofilin 51 za 52 •imunofilin 52 váže dynein (Dyn), který připojuje komplex k cytoskeletu a zajišťuje jeho traslokaci do jádra •v jádře se pomocné proteiny uvolní, GR dimerizuje a spouští expresi cílových genů https://en.wikipedia.org/wiki/Hsp90#/media/File:Gr_hsp90_translocation.png Transport mezi vnitrobuněčnými oddíly Hsp60, chaperoniny •válcovité částice •skládání nových i denaturovaných proteinů http://oregonstate.edu/instruction/bi314/summer09/Fig-08-23-0.jpg http://chemistry.umeche.maine.edu/CHY431/Folding4.html http://oregonstate.edu/instruction/bi314/summer09/Fig-08-23-0.jpg Transport mezi vnitrobuněčnými oddíly Třídění proteinů •proteiny pro jádro, mitochondrie, chloroplasty a peroxizomy transportovány přímo z cytoplazmy pro Golgiho aparát, lysozomy, endozomy, extracelulární prostor přichází z ER Zadržení v lumen ER Import do jádra Import do peroxizomů Import do mitochondrií Import do ER Funkce signálu Příklad adresové sekvence Adresová sekvence •sekvence v proteinu určující do jaké organely má jít (15 - 60 aminokyselin) •přesné sekvence pro jednotlivé organely se mohou lišit, vliv hydrofobních, kladně nabitých a záporně nabitých aminokyselin Tři mechanismy importu proteinů do membránových organel 1.transport jaderným pórem 2.proteinové translokátory (ER, mitochondrie, chloroplasty) 3.transportní váčky (sekreční dráha z ER) http://oregonstate.edu/instruction/bi314/fall12/proteinsorting.html Import proteinů pomocí proteinových translokátorů •vstup do mitochondrií a chloroplastů - proteinové translokátory v membráně organel - adresová sekvence na N-konci transportovaného proteinu - během přenosu je protein rozvinut a odstraněna adresová sekvence - po transportu přes membrány je protein opětovně složen http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_12mitochondria.html Protein import from the cytosol into the inner mitochondrial membrane or intermembrane space Protein import from the cytosol into the inner mitochondrial membrane or intermembrane space Protein import into the mitochondrial matrix. Precursor proteinssynthesized on cytosolic ribosomes are maintained in ... http://www.slideshare.net/aljeirou/protein-structure-targeting-and-sorting Import proteinů pomocí proteinových translokátorů Sekreční dráha •hrubé ER - ER - Golgiho aparát - sekreční váčky - extracelulární prostor •proteiny směřující do ER, Golgiho aparátu, lysozomů, plazmatické membrány a vně buňky •sekreční váčky - dopravní prostředky obsahující proteiny z vnitřních organel - proteiny vyloženy po splynutí membrány váčku s membránou cílové organely •poprvé pozorována u buněk žlázového epitelu pomocí radioaktivně značených aminokyselin https://classconnection.s3.amazonaws.com/6/flashcards/488006/jpg/secretory_pathway1316037786320.jpg 3 minuty (endoplazmatické retikulum) 7 minut (Golgiho aparát) 120 minut (extracelulární prostor) Radioaktivní protein Sekreční váčky Golgiho aparát Hrubé ER https://www.studyblue.com/notes/note/n/biology-101-chapter-4-6/deck/1098008 http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html Sekreční dráha Endoplazmatické retikulum (ER) •systém plochých váčků a kanálků, návaznost na jaderný obal a perinukleární prostor •dává vzniknout Golgiho aparátu, lysozomům, plazmatické membráně •funkce: biosyntéza proteinů a lipidů, přeprava látek, reakce na podněty z vnějšího prostředí, skladovaní buněčných produktů •drsné - s ribozomy, syntéza proteinů •hladké - bez ribozomů, metabolismus lipidů a polysacharidů, detoxifikační reakce, zásobárna Ca2+ Import proteinů do ER •adresová sekvence pro ER = signální sekvence •odstranění signální s. z proteinu ER umístí protein do cytosolu •začlenění signální s. do cytoplazmatického proteinu způsobí jeho nasměrování do ER Cytoplazmatický protein ER protein Signální sekvence Cytoplazmatický protein se signální sekvencí ER protein s odstraněnou signální sekvencí NORMÁLNÍ STAV ÚPRAVA SIGNÁLNÍ SEKVENCE Drsné ER Hladké ER http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html Proteiny lumen ER •začátek syntézy proteinu na volných ribozomech •vazba SRP k signální sekvenci, pozastavení translace •SRP receptor přitahuje ribozom/peptid/ /SRP •vazba ribozomu k translokačnímu komplexu •vazba GTP, začlenění signální sekvence do membrá- nového kanálku •hydrolýza GTP, uvolnění SRP, spuštění translace •rostoucí peptid prochází membránou ER •odštěpení signální sekvence signální peptidázou •uvolnění peptidu do lumen ER Syntéza proteinů v drsném ER •sbalování proteinů, tvorba disulfidických vazeb, sestavování oligomerních proteinů, glykosylace •ER je hlavní křižovatka v dopravě proteinů po buňce i) volné proteiny jsou uvolněny do lumen ER - proteiny z lumen organel, sekretované ven z buňky ii) membránové proteiny zůstávají zanořeny v membráně ER - proteiny vyskytující se v membránách organel, plazmatické membráně Sekreční dráha http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg Začlenění proteinu do membrány ER •různé orientace proteinu a počet jeho průchodů přes membránu •sekvence zastavující přenos, vnitřní signální sekvence - α-šroubovice, 20 - 25 aminokyselin, interakce s fosfolipidy - vnitřní s.s. rozeznána pomocí SRP, neštěpena signální peptidázou - jejich orientace určují orientaci proteinu v membráně Sekreční dráha http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-12-0transmemb1.jpg •různé orientace proteinu •protein procházející membránou několikrát - střídání vnitřních s.s. a sekvencí zastavujících přenos http://faculty.samford.edu/%7Edjohnso2/44962w/405/10/f10-13-1transmemb2.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-13-2transmemb3.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-14-0transmemb4.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-14-0transmemb4.jpg Sekreční dráha Sbalování a úprava proteinů v ER •sbalování - chaperony rodin Hsp70 (BiP) a Hsp90 (Grp94) •štěpení - vždy odstranění iniciačního Met a signální sekvence, u některých proteinů i jiné sekvence - např. inzulín: syntetizován jako preproinzulín, do lumen ER uvolňuje proinzulín vyštěpení a degradace interní sekvence spojení 2 výsledných polypeptidů disulfidickou vazbou → inzulín •tvorba disulfidických vazeb - disulfid izomeráza •glykosylace - připojení oligosacharidů http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-16-0glycos.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg Spojující peptid Signální sekvence Štěpení signální sekvence Tvorba disulfidických vazeb Vyštěpení spojujícího peptidu Chybná disulfidická vazba Správná disulfidická vazba Sekreční dráha Hladké endoplazmatické retikulum •syntéza membránových lipidů na cytosolické straně membrány ER •syntéza fosfolipidů - vznik kyseliny fosfatidové z glycerol-3-fosfátu a mastných kyselin nesených CoA - začlenění kyseliny fosfatidové do membrány a její další konverze - translokace fosfolipidů přes membránu pomocí flipáz http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-20-0phospholi.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-21-0flippase.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg Membrána ER Syntéza fosfolipidů Nové lipidy připojeny jen na cytosolickou polovinu dvojvrstvy Růst obou stran fosfolipidové dvojvrstvy Flipáza Sekreční dráha Vezikulární transport z ER •směřuje do Golgiho aparátu, lysozomů, plazmatické membrány, extracelulárního prostoru •proteiny a lipidy po cestě upravovány (glykosylace, tvorba disulfidických vazeb) •náklad váčků je specifický, daný receptory v membráně váčku •proteiny určené pro lumen ER - adresová sekvence Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) Golgiho aparát (GA) •systém plochých nádrží (cisteren) a kanálků •funkce: zpracování, třízení a modifikace proteinů z ER (glykosylace proteinů), syntéza glykolipidů •cis strana - vznik nových cisteren fúzí váčku z ER •trans strana - pučení váčků, které směřují zpět do ER, zpět do GA, ven z buňky; vznik lysozómů http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_08.jpg http://cache3.asset-cache.net/xt/128619942.jpg?v=1&g=fs1%7C0%7CPRC%7C19%7C942&s=1 cis strana cis cisterna střední cisterna trans cisterna trans strana transportní váček http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_08.jpg http://slideplayer.com/slide/2759214/ Sekreční dráha Transportní váčky •různé typy pro transport specifického nákladu •kyvadlová doprava mezi organelami •opláštěné váčky - proteinový obal na cytosolické straně váčků napo- máhá tvarovat membránu do podoby váčku a podílí se na zachycení specifických molekul - po odškrcení váčku plášť odstraněn a váček fúzuje s cílovou mem. http://oregonstate.edu/instruction/bi314/fall12/figure_15_20.jpg Typ váčku Proteiny pláště Výchozí organela Cílová organela Klathrinový klathrin + adaptin 1 GA lysozom Klathrinový klathrin + adaptin 2 plazmalema endozom COP proteiny Coat ER GA cisterna GA cisterna GA GA ER Klathrinové váčky •nakládaná molekula - receptor - adaptin - klathrin •zesíťování klathrinu, vznik jamky a váčku s klathrin. pláštěm •dynamin - vazba kolem ústí váčku, za hydrolýzy GTP se stáhne a odškrtí váček od membrány http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html Sekreční dráha Klathrinové váčky •proteiny určené do lysozomů označeny manóza-6-fosfát •receptor pro manóza-6-fosfát v membráně na trans straně GA •přes adaptiny se k receptoru váží klatriny, které spojí svoje řetězce v sít a zahajují pučení váčku COP váčky •přeprava molekul mezi ER a GA, v rámci GA •plášťový protein Coat, pomocný protein ARF (GTPáza) •ARF-GTP se spojuje s membránou GA, nutný pro vazbu Coat proteinů a podílí se na tvorbě váčků •po odškrcení váčku hydrolýza ARF-GTP na ARF-GDP •rozložení COP, fúze váčku s cílovou membránou http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html www.uni-tuebingen.de http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-08-0transloc1.jpg fúze váčku hydrolýza GTP odškrcení váčku výměna GDP/GTP aktivace ARF vazba Coat Klathrin Lysozomální protein Manóza-6- fosfát Receptor pro manóza- 6-fosfát Adaptin Volný klathrin Klathrinový váček Odškrcení Cytosolická strana Lumen GA Trans strana GA Manóza-6- fosfát Lysozomální proteiny Receptor pro manóza-6-fosfát Sekreční dráha Doručení váčků •proteiny SNARE •v-SNARE na povrchu váčků, t-SNARE na povrchu cílových membrán •unikátní SNARE pro každou organelu a typ transportních váčků •interakce proteinů NSF a SNAP zodpovídá za fúzi váčku s cílovou membránou Sekrece molekul z buňky i) řízená sekrece molekul po přijetí signálu •transportní váčky splývají a tvoří větší váček •po přijetí signálu jeho exocytóza •sekrece specifických molekul u žlaznatých buněk ii) konstitutivní •sekrece průběžná, bez signálu http://media-2.web.britannica.com/eb-media/15/116815-004-05FCECA5.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html http://www.utm.utoronto.ca/~w3bio315/pdf/OLD-PDF/2009%20Fall/lecture16.pdf Lysozomy •funkce: nitrobuněčné trávení, rozklad materiálu z nitra i vnějšku buňky •cca 50 typů kyselých hydroláz na rozklad všech organických složek buňky •pH ~ 5, ATP dependentní H+ pumpy •proteiny v membráně lysozomu chráněny glykosylací •primární lysozom vniká odškrcením od GA - po splynutí s endozomem vzniká sekundární (aktivní) lysozom - terciální lysozom s nestravitelnými zbytky odstraňovanými exocytózou •přes 30 genetických chorob člověka s mutantními geny pro lysozomální enzymy - např. Gaucherova nemoc: glukocerebrosidáza na rozklad glykolipidů, léčba aplikací enzymu http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_09.jpg http://media-2.web.britannica.com/eb-media/38/8038-004-A29C9C02.jpg Sekreční dráha http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-41-0acid.jpg http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_08.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/_11protsorting.html Endocytická dráha Endocytóza •příjem částic, molekul a kapaliny z vnějšího prostředí •malé molekuly přijímány u všech buněk, velké částice přijímány fagocytujícími buňkami •pohlcovaný materiál obklopen plazmalemou - pučení dovnitř buňky - odškrcení endocytického váčku - fúze s lysozomem i) pinocytóza •kapaliny a malé molekuly •klathrinové jamky a váčky •nerozlišuje přijímaný materiál ii) fagocytóza •pohlcení velkých částic •vazba částice k povrchovým receptorům - tvorba pseudopodií obklopujících částici - tvorba fagozomu - fúze s lysozomem iii) autofagie •rozklad vlastních struktur •staré organely, hladovějící buňky •uzavření organely v membráně z ER - tvorba autofagozomomu - fúze s lysozomem FAGOCYTÓZA PINOCYTÓZA AUTOFAGIE GA Primární lysozom Endocytický váček Fagozom Využití živin během procesu degradace Plazmatická membrána Terciální lysozom ER Exocytóza degradovaného materiálu a kyselých hydroláz Sekundární lysozom http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_08.jpg Endocytická dráha http://oregonstate.edu/instruction/bi314/fall12/figure_15_33.jpg http://faculty.samford.edu/~djohnso2/44962w/405/10/f10-42-0endosom.jpg Endocytóza přes povrchové receptory •vazba molekul k příslušným receptorům •uzavření komplexu receptor/ ligand do klathrinových váčků •odstranění obalu váčku •fúze s lysozomem, zpracování pohlceného materiálu, recyklace receptorů Cholesterol •v krvi vázán na proteinovém nosiči (lipoprotein) •nízkodenzitní lipoprotein (LDL) vzniká v játrech a dopravuje cholesterol k buňkám •vazba LDL s cholesterolem na LDLR - klathrinová endocytóza - fúze s lysozomem - uvolnění LDL od LDLR - recyklace receptorů - rozložení LDL - uvolnění cholesterolu do cytoplazmy •porucha LDLR receptoru: hromadění cholesterolu v krvi, vývoj aterosklerózy, srdeční infarkty v raném věku Plazmatická membrána LDL receptory LDL CYTOPLAZMA Endocytóza Uvolnění pláště Fúze s lysozomem Endolysozom Odškrcení transportního váčku Recyklace LDLR Kyselé hydrolázy Volný cholesterol Klathrinový váček Cytoskelet http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-15/15_01T.jpg Struktura Dutý válec, stěna z 13 protofilament Dva propletené řetězce F-aktinu 8 protofilament Monomery α-tubulin β-tubulin G-aktin Cytokeratin, vimentin, desmin, neurofilamenta, nestin, laminy Polarita (+) a (-) konce (+) a (-) konce --- Funkce Organizace a udržení tvaru a polarity buňky Kontrakce svalů Podpora buněčných struktur Pohyb chromozomů Pohyb buněk, cytokineze Udržení tvaru buňky Intracelulární transport Proudění cytoplazmy Tvorba jaderné laminy a lešení Pohyb organel Udržení tvaru buňky Zesílení axonů nervových buněk Pohyblivost buněk (axonema) Intracelulární transport Organizace svalových vláken Mikrotubuly Mikrofilamenta Intermediální filamenta αβ-tubulinové heterodimery Monomery G-aktinu Dimery intermediálních filament Mikrotubuly Mikrofilamenta Intermediální filamenta Spoje buněk •spojení sousedních buněk a spojení buněk s extracelulární matrix (ECM) •důležité pro morfologii a funkci epitelů s těsným uspořádáním buněk •vyžadují napojení na cytoskelet Bazální lamina Aktin Klky Intermediální filamenta ECM HEMIDESMOZOMY MEZEROVÉ SPOJE DESMOZOMY ADHERENTNÍ VAZBY TĚSNÉ VAZBY http://csls-text3.c.u-tokyo.ac.jp/active/11_06.html Těsné vazby •brání průniku molekul a tekutiny Adherentní vazby •propojují mikrofilamenta sousedních buněk Desmozomy •propojují intermediální filamenta sousedních buněk Mezerové spoje •spojují cytoplazmy sousedních buněk Hemidesmozomy •připojují intermediální filamenta k bazální lamině Polarita epiteliálních buněk •apikální povrch - mikroklky a řasinky - pohyb hlenů v dýchací trubici, vajíčka ve vejcovodu, receptory •laterální povrch - adherentní, mezerové a těsné vazby a desmozomy - spojení buněk přes speciální ligandy a cytoskelet •bazální povrch - hemidesmozomy a adhezivní plaky, ukotvení buněk v bazální lamině Spoje buněk Adherentní spoje, desmozomy a hemidesmozomy obsahují plaky •destičky nahromaděných adaptorových proteinů na cytosolické straně plazmatické membrány •ukotvení transmembránových spojovacích proteinů, které váží ECM či proteiny sousední buňky •vazba cytoskeletu Adherentní vazby •kadheriny - spojovací proteiny, homofilní vazby v přítomnosti Ca2+ - extracelulární domény v mezibuněčném prostoru •adaptorové proteiny - kateniny (α, β, p120), vinkulin •interakce s mikrofilamenty (F-aktin) http://yxsj.baiduyy.com/whole/image/chapter7/7.26.jpg Plaky z adaptorových proteinů Plazmatická membrána Vlákna cytoskeletu Spojovací proteiny Mezibuněčný prostor http://yxsj.baiduyy.com/whole/image/chapter7/7.26.jpg https://en.wikipedia.org/wiki/Desmosome#/media/File:Desmosome_cell_junction_en.svg Spoje buněk Desmozomy •silná adheze buněk (střevní epitel, kůže, srdce) •spojovací proteiny - desmocolin a desmoglein •adaptorové proteiny - plakofilin, plakoglobin, desmoplakin •Pemphigus vulgaris - autoimuitní onemocnění kůže, tvorba protilátek proti desmogleinu - narušena adheze epitelu, mezi buňky proniká tělní tekutina, tvorba puchýřů http://yxsj.baiduyy.com/whole/image/chapter7/7.27.jpg http://dermaamin.com/site/images/histo-pic/p/pemphigus-histopathology/pemphigus-histopathology26.jp g Desmosome Hemidesmozomy •propojení buněk s bazální laminou (ECM) •podobnost s desmozomy, jako spojovací proteiny využity integriny, které se váží k laminům bazální membrány http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-17/CB17.html http://dermaamin.com/site/histopathology-of-the-skin/68-p/2023-pemphigis-vulgaris-.html http://slideplayer.com/slide/4173835/ Pemphigus vulgaris (kůže) Spoje buněk Těsné vazby •spojovací proteiny - claudin, ocludin, JAM - homofilní interakce s proteiny sousední buňky •podíl na polarizaci buněk, brání laterálními pohybu membránových molekul •překážka pro průchod tekutin a molekul přes vrstvu buněk, oddělení tělních dutin •rozhodují o průchodu molekul transbuněčnou či parabuněčnou drahou •transport glukózy přes střevní epitel - vstup do buňky na apikální straně přes Na+/glukóza synportní protein - export glukózovým transportérem na bazolaterálním povrchu http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/biomembrane2/images/TightjnCL.gif http://clinicalgate.com/wp-content/uploads/2015/02/B9781416022558500188_gr21.jpg Těsné vazby Plazmatické membrány sousedních buněk Spojovací proteiny Spojovací proteiny Apikální povrch Těsné vazby Bazolaterální povrch Paracelulární dráha: přes těsné vazby Transcelulární dráha: přes membrány buněk Transport glukózy ve střevech http://clinicalgate.com/membrane-physiology/ http://bio100.class.uic.edu/f06pm/lect06.htm http://klinphys.charite.de/for721/f_summary_e.htm http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/biomembrane2/tight.html; http://www.bio.davidson.edu/bernd/Lab/EpithelialInfoWeb/Tight%20Junctions.html Spoje buněk Mezerové spoje •6 molekul konexinu uspořádaných do kruhu tvoří konexon •konexony dvou sousedních buněk tvoří hydrofilní kanál, který propojuje cytoplazmy buněk •přímá chemická a elektrochemická komunikace buněk •tok malých molekul mezi buňkami (ionty, cukry, cAMP) Spojení buněk s ECM •fokální adheze a hemidesmozomy, integriny •rozdíl v napojení na cytosklelet - fokální adheze váží mikrofilamenta - hemidesmozomy váží intermediální filamenta Plazmatické membrány sousedních buněk Cytosolická strana membrány Extracelulární strana membrány Konexiny uspořádané do konexonů Hydrofilní kanál Buňka 1 Buňka 2 Extracelulární prostor Integrin Cytosolická strana membrány Vazebné místo pro adaptorové proteiny Plazmatická membrána Extracelulární strana membrány Vazebné místo pro proteiny ECM Cytoplazma Fokální adheze Plazmatická membrána ECM Cytoplazma Plazmatická membrána Intermediální filamenta Adaptorové proteiny tvořící plak Integrin (α6β4) Bazální lamina Laminin Kolagenové fibrily Kolagenová vlákna ECM Hemidesmozom http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-17/CB17.html https://quizlet.com/12976144/cell-bio-lecture-11-flash-cards/ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5f/Animal_Cell_Cross_Section_Model.jpg