18.03.2009, wykład nr 4., - Organella komórkowe skała chemiczny, budowa,

podstawowe funkcje, siateczka, endoplazmatyczne, rybosomy, układ

Golgiego, mitochondrium

Siateczka endoplazmatyczna.

ER – Endoplasmatic reticulum

RER - siateczka endoplazmatyczna szorstka

SER - siateczka endoplazmatyczna gładka

–

odkryta w latach 40-tych XX wieku przez Claude’a i Portera przy pomocy mikroskopu elektronowego

–

zobaczyli oni złożony, trójwymiarowy system błon elementarnych tworzących kanaliki, cysterny i
wakuole

–

cysterny siateczki są pokryte od zewnątrz rybosomami

–

zbudowana jest z omofilnych błon o grubości 5-6 nm, zawierających specyficzne białka (ryboforyna
odpowiadająca za przyłączanie rybosomów)

–

głównym jej zadaniem jest synteza i modyfikacja bielak eksportowych

–

ryboforyna łączy się z siateczką podjednostki większej

–

syntetyzowane przez nie białko jest magazynowane w kanalikach siateczki w pęcherzykach
przesuwnikowych, które następnie wędrują do aparatów Golgiego

–

zawiera więcej białek (enzymatycznych i strukturalnych) niż plazmolemma, mniejsze ilości lipidów,
niewielką ilość cholesterolu i jego estrów oraz głównie nienasycone kwasy tłuszczowe

–

wzajemny stosunek siateczki ziarnistej (RER) i gładkiej (SER) jest zmienny i zależny od rodzaju
procesów metabolicznych zachodzących w komórce

–

rozbudowa RER jest obserwowana w komórkach syntetyzujących białko, przeznaczone do wydalenia
przez komórkę i spożytkowania poza jej terenem

–

występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych za wyjątkiem dojrzewających erytrocytów
ssaków

–

w obrębie tej samej komórki ER występuje w różnych postaciach: pęcherzyki, wakuole, cysterny,
rureczki, (30-300 nm)

–

ich ściana ma 3 warstwy, SER ma wyższy poziom cholesterolu

–

na rybosomach ER są syntetyzowane białka je budujące

–

składniki lipidowe ER są tworzone w ścianach całej siateczki, niezależnie od jej podziału na RER i SER

–

na terenie ER zachodzą procesy oksydo-redukcyjne, także procesy detoksykacji z udziałem cytochromu
P450

–

RER – cysterny tej siateczki pokryte są rybosomami od zewnątrz, główną rolą jest synteza i
modyfikacja białek ektotropowych

–

SER – tworzy rozgałęzioną sieć kanalików, bierze udział przede wszystkim w tworzeniu lipidów

–

w błonie siateczki śródplazmatycznej mają większą zawartość fosfolipidów niż błona komórkowa,
zawierają mniej cholesterolu i sfingomieliny, brak również warstwy glikoprotein

–

w błonie siateczki gładkiej stwierdza się wyższy poziom cholesterolu

–

uczestniczy w syntezie i magazynowanie potrzebnych do życia składników

–

stanowi podporę dla substancji koloidalnych cytoplazmy podstawowej

–

przyjmuje określoną formę morfologiczną w zależności od rodzaju komórek

–

włókna mięśniowe – siateczka tworzy charakterystyczny układ wokół sarkomerów

–

włókna nerwowe – występują ziarnistości, jądra blisko w postaci rozetowato ułożonych cystern,
tworzących tzw. tigroid znane też jako ciałka Nissla, ziarenka Nissla

Siateczka endoplazmatyczna gładka.

–

t

worzy połączenia z siateczka ziarnistą

–

rożni się od niej budową i funkcją

–

zaangażowana w syntezę kwasów tłuszczowych, cholesterolu i steroidów

–

bierze udział w detoksykacji szkodliwych metabolitów i ksenobiotyków

–

występują cytochromy P450 – powodują:

1

–

hydroksylację

–

dealkilacje

–

utlenianie azotu ksenobiotyków

–

przypuszcza się ze uczestniczy w procesie glikogenolizy, syntetyzuje i gromadzi tłuszcze obojętne, a
także triglicerydy

–

jest miejscem syntezy obu warstw lipidowych błony komórkowej

–

we włóknach mięśniowych jest dobrze rozwinięta (tzw. system kanalików T)

Dynamika przemian siateczki endoplazmatycznej szorstkiej.

–

w przebiegu mitozy RER ulega fragmentacji w stopniu zróżnicowanym w różnych typach komórek

–

w komórkach z dużym nasileniem fragmentacji RER rozpada się na pęcherzyki o zmiennej średnicy
0,3-1,0 μm

–

hipoteza zakłada, że powstałe z fragmentacji pęcherzyki nieodejmujące funkcje w mitozie, służą także
jako zbiornik Ca

2+

niezbędnego w regulowaniu funkcji wrzeciona kariokinetycznego

Rybosomy.

–

odkryte w 1953 przez Robinsona w komórkach fasoli, a później także w komórkach zwierzęcych

–

są to struktury nieobłonione

–

u eukariontów podjednostki rybosomowe powstałe w jadrze przez asocjacje świeżo zsyntetyzowanego
rRNA z białkami rybosomowymi (powstałymi w cytoplazmie i przetransportowanymi do jadra)

–

obecne nie tylko w cytoplazmie podstawowej, ale także w organellach cytoplazmatycznych i w jąderku

–

występują jako wolne rybosomy (biologicznie nieaktywne – 10%) oraz jako związane z ER lub
polirybosomy (aktywne biologicznie – 90%) – polirybosomy są powiązane z mRNA

–

w zależności od lokalizacji wytwarzają one określone białka:

–

wolne polirybosomy – białka komórkowe

–

polirybosomy związane – białka sekrecyjne, np.:

–

kolagen

–

immunoglobuliny

–

hormony

–

w komórkach tych występuje intensywny proces syntezy białka np. komórki plazmatyczne trzustki,
wątroby zawierają 75% rybosomów w postaci polirybosomów związanych z siateczka

–

rybosomy eukariotyczne i prokariotyczne są podobne pod względem budowy i funkcji

–

w skład obu rodzajów wchodzi duża i mała podjednostka – tworzą one kompletny rybosom o masie kilu
milionów daltonów

–

mniejsza podjednostka jest spłaszczona i można ja porównać do czapeczki nałożonej na podjednostka
większa – dopasowuje one cząsteczki tRNA do kodonów mRNA

–

tylko duża podjednostka łączy się z błonami siateczki śródplazmatycznej – katalizuje ona powstawanie
wiązań peptydowych

–

spoistość podjednostek uwarunkowana jest obecnością jonów magnezowych (brak ich prowadzi do
rozpadu podjednostek rybosomu)

–

przy rozpoczęciu syntezy białka, obie podjednostki łączą się ze sobą obejmując mRNA zwykle w
pobliżu jego końca 5'

–

cząsteczki tRNA dopasowują odpowiednie aminokwasy (antykodony) do kodonów znajdujących się na
mRNA

–

kodon rozpoczynający translację to AUG kodon metioniny

–

Rodzaje RNA wytwarzanego w komórkach:

–

mRNA – kodują białka

–

rRNA – stanowi część struktury i uczestniczy w syntezie białka

–

tRNA - przyłączanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i transportowanie ich do rybosomów

–

pojedynczy rybosom w ciągu 1 sekundy w komórce eukariotycznej przyłącza 2 aminokwasy a w
komórce prokariotycznej około 20 aminokwasów

–

podczas syntezy aminokwasy są łączone w określonej kolejności w polipeptydy przy udziale rRNA,
mRNA

–

każdy rybosom składa się z dwóch podjednostek

–

w zależności od lokalizacji rybosomy wytwarzają określone białka, wolne polirybosomy syntetyzują
białka komórkowe a polirybosomy związane z RER – białka sekrecyjne np. kolagen

2

–

w procesie tworzenia rybosomów biorą udział 4 kwasy nukleinowe i 80 różnych białek, a proces
wymaga współdziałania około 100 genów zasadowych i szeregu o charakterze molekularnym

–

w dużej podjednostce rybosomu występuje 48 białek a w małej 33

–

RNA zawarty w rybosomie stanowi 75-90% całości RNA w komórce

–

mRNA ma zakodowaną informację w postaci trójki nukleotydów – tzw. kodon

–

cząsteczki tRNA dopasowują odpowiednie aminokwasy do kodonów na mRNA

–

kodon rozpoczynający translację to AUG, a powodujące jej zakończenie to kodony UAA, UAG, UGA

–

białka wchodzące w skład rybosomów są białkami heterogennymi - większość z nich stanowi białka
kwaśne, niewielka ilość to zasadowe i obojętne - na ogol znajdują się na powierzchni rybosomu

–

występują lipidy i węglowodany w ilościach śladowych

–

rybosom zawiera także enzym RNA-zę w postaci nieaktywnej oraz kationy Mg

2+

Ca

2+

–

w rRNA oprócz typowych dla RNA zasad jak adenina, guanina, uracyl i cytozyna występują również
zasady mające zemtylowane grupy OH lub NH

2

–

w 2000 roku - ustalenie pełnej struktury przestrzennej dużej i malej podjednostki, która potwierdziła, że
to rRNA a nie białka decydują o:

–

o całościowej strukturze rybosomów

–

zdolności umieszczania aminokwasów na mRNA

Aparat Golgiego.

–

odkrył go Golgi w 1981 roku

–

podstawowa jednostka to diktiosom

–

diktiosom (część aparatu Golgiego) składa się z 5-8 spłaszczonych cystern

–

ułożonych względem siebie równolegle z zachowaniem odległość 20-30 nm

–

liczne nagromadzone pęcherzyki - 30-50 nm

–

duże wakuole o średnicy 500-3000 nm zawierające materiał bezstrukturalny lub ziarnisty

–

posiada kształt półksiężycowaty po stronie wypuklej znajduje się powierzchnia formowania (cis), a po
stronie wklęsłej powierzchnia dojrzewania (trans)

–

w pobliżu powierzchni dojrzewania (trans) obserwuje się wakuole zagęszczające o średnicy 500 – 3000
nm oraz mniejszy pęcherzyk okryte

–

w sąsiedztwie powierzchni formowania (cis) znajdują się pęcherzyki o średnicy 30-50 nm zwane
pęcherzykami transportującymi

–

pod względem struktury i składu chemicznego błona aparatu Golgiego stanowi element przejściowy
między błoną siateczki endoplazmatycznej ziarnistej, a błoną komórkową

–

w obrębie aparatu Golgiego zachodzi synteza glikoprotein pokrywających powierzchnie komórek
zwierzęcych, a w komórkach roślinnych, synteza pektyn oraz hemicelulozy

–

bierze on udział w wydalaniu produktów komórek wydzielniczych (wydzielina zostaje zagęszczona i
opakowana w błony)

–

na jego powierzchni formowania występują enzymy charakterystyczne dla siateczki endoplazmatycznej
(między innymi glukozo-6-fosfataza, oksydoreduktazy, NADH, NADPH)

–

na powierzchni dojrzewania występują enzymy markerowe błony komórkowej (ATP-azy, 5-
nukleotydaza, Mg

2+

-zależne, 5-nukleaza i inne)

–

skład chemiczny błon cystern układu Golgiego jest zróżnicowany

Budowa chemiczna aparatu Golgiego.

–

we frakcjach aparatu Golgiego stwierdzono 60% białek i 40% lipidów

–

duża zawartość fosfoflipidów

–

sfingomieliny

–

chlesterol

–

estry cholesterolu

–

triglicerydy

–

enzymy jak:

–

pirofosfataza tiaminowa

–

glikozylotransferazy

–

fosfataza kwaśna

–

inne enzymy lizosomalne

3

Rola apratu golgiego.

–

zachodzi w nim synteza glikoprotein i glikopoprotein

–

uczestniczy w wydzielaniu białek i lipoprotein

–

powstają lizosomy pierwotne

–

uczestniczy w wewnątrzkomórkowej regulacji wodnej

–

zagęszczanie substancji np. proteoglikany

Zmiany morfologiczne i czynnościowe.

–

zmniejszenie liczby diktiosomów (temperatura powyżej 30 stopni Celsjusza i poniżej 0 stopni Celsjusza
)

–

rozproszenie aparatu Golgiego w komórce (pod wpływem kolchicyny i winkrystyny)

–

hamowanie aktywności glikozylotransferazy (pod wplywem puromycyny i cyklofosfamidu)

–

powiększenie aparatu Golgiego (pod wpływem hormonów – np. noradrenalina)

GERL (Golgi Endoplasmatic reticulolizosom complex)

–

Novikoff wysunął hipotezę, że jest to sąsiadujący z aparatem Golgiego fragment SER uczestniczący w
produkcji lizosomów

–

stanowi gładkościenną cysternę zlokalizowaną po stronie wewnętrznej aparatu Golgiego i przedłuża się
w system kanałów o szczególnym poligonalnym układzie

–

kryterium odróżniającym aparat Golgiego od GERL ma być reakcja na fosfatazy kwaśne przy \braku
reakcji na ATP-azę

–

ostatnio uważa się, że GERL może stanowić zmodyfikowaną cysternę aparatu Golgiego

Mitochondrium.

–

odkrył je Kolliker ok. 1888 w mięśniach skrzydeł owadów

–

opisane po raz pierwszy przez Fleminga w 1890, nazwano je dopiero w 1897 roku

–

mają zdolność do samopowielania

–

ilość ich jest zmienna i zależy od rodzaju komórek i ich stanu czynnościowego

–

kuliste lub podłużne (średnica 0,2 μm, długość 2-6 μm)

–

rozmieszczenie są w całej cytoplazmie lub zgrupowane w strefach zwiększonej czynności komórki

–

otoczone dwiema błonami lipoproteinowymi – zwykle o grubości 6-7nm, błona wewnętrzna 5-6 nm

–

uwypuklenia

–

wnętrze komórki wypełnia bezpostaciowa macierz (matrix)

–

pomiędzy błonami (matrix) znajduje się przestrzeń będąca siedliskiem białek i enzymów

–

w macierzy znajdują się wolne rybosomy i niewiele mitochondrialnego DNA oraz elektrono-gęste
ziarna tzw. ciałka mitochondrialne, w których gromadzą się różne jony

–

nieznaczna ilość DNA i 0,5 % RNA

–

zawiera pełen zestaw enzymów do przenoszenia uwolnionej energii z substratów na
wysokoenergetyczne związku fosforowe (ATP)

–

przeważają enzymy łańcucha oddechowego

–

oddychanie czyli transport elektronów odbywa się w błonie wewnętrznej

–

na błonie wewnętrznej są koliste cząsteczki oksydazy,które stanowią miejsce fosforylacji oksydacyjnej

–

błona wewnętrzna ulega charakterystycznym sfałdowaniom wytwarzając grzebienie

–

liczba grzebieni nie jest stała i może się zwiększać w przypadkach zwiększonej aktywności komórki

–

grzebienie:

–

blaszkowate

–

tubularne (rurkowate) – charakterystyczne głównie dla pierwotniaków, a u kręgowców
występują np. w komórkach nadnerczy czy w komórkach śródmiąższowych jądra

Błona wewnętrzna jest przepuszczalna dla kationów dwuwartościowych np. wapnia, który kumuluje się w
macierzy, a nie dla jonów jednowartościowych.

Znaczniki enzymatyczne.

–

znaczniki enzymatyczny błony zewnętrznej - monoamino oksydaza

–

znaczniki enzymatyczny błony wewnętrznej - dehydrogeneza kwasu bursztynowego

4

W macierzy występują elektronowo - gęste ziarna o średnicy ok 50 nm zwane ciałkami mitochondrialnymi, a w
nich nagromadzają się rożne jony, głównie dwudodatnie, przede wszystkim Ca

2+

.

Skład chemiczny.

–

60-70% to białka wśród nich białka strukturalne

–

część z nich tworzy kurczliwy kompleks aktynomiozynowy odpowiadający za ruch i kurczliwość
mitochondriów

–

45% to białka rozpuszczalne w wodzie tworzące tzw. łańcuch oddechowy

–

25-30 % lipidów, przy czym 90% frakcji lipidowej to fosfolipidy

–

występuje charakterystyczny dala mitochondrium lipid – kardiolipina (więcej w wewnętrznej błonie)

–

w błonie wewnętrznej występuje mniejsza zawartość inozytolu i cholesterolu niż w błonie zewnętrznej
(6-krotnie)

Mitochondrialny DNA (mtDNA).

–

pojedyncze mitochondrium zawiera najczęściej jedną cząsteczkę DNA

–

cząsteczka ta jest zlokalizowana w macierzy

–

cząsteczka ta ma łączność z błoną wewnętrzną

–

dwuniciowa

–

kolista

–

niezwiązana z histonami

–

może występować w kilku morfologicznych postaciach (kolistych i liniowych), które charakteryzuje
się stałymi sedymentacjami: 39S, 27S, 24S

–

mtDNA ma większą zawartość guaniny i cytozyny

–

w porównaniu z DNA jądrowym ma większą gęstość względną i bardzo szybki czas denaturacji
cieplnej

–

w mitochondriach stwierdzono obecność polimeraz DNA i RNA zależnych od DNA

–

transkrypcja mtDNA odbywa się równocześnie na dwóch niciach

–

stanowi własny system informacji genetycznej

–

umożliwia on samoodtwarzanie się mitochondrium

–

może on podlegać mutacjom, które mogą być przekazywana potomnym mitochondriom drogą
dziedziczenia cytoplazmatycznego (dziedziczone jest po matce)

–

mutacje mitochondrialnego DNA mogą wywoływać istotne zmiany w budowie białek błony jądrowej i
lizosomów

–

znacznej część mitochondrialnych białek enzymatycznych kodowana jest przez jądrowe DNA np.
wszystkie enzymy hydrofilowe występujące w macierzy mitochondrialnej.

Procesy mitochondrialnego matriks.

–

dekarboksylacja kwasu pirogronowego

–

cykl Krebsa

–

utlenianie kwasów tłuszczowych

–

cykl mocznikowy

Korelacja pomiędzy obrazem morfologicznym a stanem czynnościowym.

–

stan ortodoksyjny czyli wysokoenergetyczny – (komórka w stanie spoczynku):

–

duże nagromadzenie TAP

–

niewielka liczba grzebieni

–

nieznaczne wysycenie elektronowe macierzy

–

stan niskoenergetyczny (komórka prowadząca intensywne procesy metaboliczne):

–

maleje koncentracja ATP

–

zwiększa się ADP w mitochondrium

–

kondensacyjna forma mitochondriów (silnie wysycona macierz i duża ilość grzebieni
mitochondrialnych)

Mitochondria w komórkach o dużej aktywności metabolicznej.

–

komórki kory nadnerczy

–

komórki kanalików nerkowych

5

–

pobudzone limfocyty

–

hepatocyty

–

komórki mięśniowe

Schorzenia wywołane przez defekty w mitochondrialnym DNA – choroby powstające tą droga to między
innymi:

–

dziedziczna wzrokowa neuropatia

–

Zespół Kearnsa-Sayre'a (KSS)

–

padaczka mioklonalna

–

encefalopatia mitochondrialna z kwasicą mleczanową

–

mutacje mtDNA (towarzyszą cukrzycy oraz chorobom neurodegeneracyjnymi)

6