Biologia Komórki 2012

Ćwiczenie 4 (Uwaga – cytoszkieletu douczyć się z wykładu)

Wtręty komórkowe

Krople tłuszczu – są oddzielone od cytoplazmy pojedynczą warstwą fosfolipidów, często przylegają do nich kanaliki siateczki śródplazmatycznej gładkiej, które biorą udział w metabolizmie tłuszczy. Krople lipidowe są najliczniejsze w komórkach tłuszczowych (adipocytach). Krople tłuszczu stanowią:

- magazyn wysokoenergetycznego materiału zapasowego w większości komórek, głównie w formie trójglicerydów dobrze skontrastowanych na elektronogramach,

- źródło prekursorów hormonów sterydowych w komórkach gruczołowych jajnika, jądra i kory nadnerczy - zawierają głównie cholesterol o budowie pierścieniowatej, który nie łączy się z metalami ciężkimi i na elektronogramach jest jasny, nieskontrastowany.

Na preparatach histologicznych przygotowanych techniką parafinową tłuszcz zostaje wypłukany, w cytoplazmie pozostają puste, niezabarwione przestrzenie. Uwidocznienie kropli tłuszczu za pomocą barwnika obojętnego (np. Sudanu barwiącego lipidy na kolor pomarańczowy), jest możliwe jeśli tkankę przygotujemy techniką mrożeniową, która nie narusza składu chemicznego komórki.

Komórki sterydotwórcze, ze względu na „gąbczasty” wygląd cytoplazmy (efekt wypłukania tłuszczu w technice parafinowej) nazywane są często spongiocytami.

Glikogen – spolimeryzowana forma magazynowania glukozy, łatwo dostępnego materiału zapasowego komórek - jest gromadzony w dwóch rodzajach nieobłonionych ziaren, widocznych tylko w mikroskopie elektronowym:

– glikogen typu α - występuje w postaci dużych ziaren o średnicy do 150 nm, głównie w mięśniach szkieletowych,

- glikogen typu β - składa się z małych ziarenek o średnicy 3-20 nm układających się w charakterystyczne rozetki. Spotyka się je w dużej ilości w wątrobie.

Jeśli w komórkach występują duże ilości glikogenu, można je wybarwić metodą PAS na kolor czerwony.

Lipofuscyna – pomarańczowo-brunatny barwnik odkładany wewnątrz lizosomów głównie w komórkach postmitotycznych (nigdy nie dzielących się) – w tkance nerwowej, wątrobie, mięśniu sercowym, nerkach. Jest on wewnątrzkomórkowym markerem starzenia się. Gromadzi się z wiekiem i w różnych stanach chorobowych. Sugeruje się, że jego gromadzenie związane jest z upośledzeniem funkcji lizosomów. Nazywany powszechnie „barwnikiem zużycia”. Stanowi głównie produkt peroksydacji przez wolne rodniki białek i nienasyconych kwasów tłuszczowych. Zawiera ok. 50% substancji lipidowych i ok. 30% białek, a także węglowodany. Lipofuscyna może stanowić nawet 30% objętości cytoplazmy.

Melanina - pigment najbardziej rozpowszechniony w świecie zwierzęcym. Melanina jest gromadzona w cytoplazmie melanocytów w postaci ziarenek o średnicy ok. 800 nm w pęcherzykach zwanych melanosomami, które pierwotnie powstają w aparacie Golgiego. Podczas syntezy melaniny (w melanosomach) aminokwas tyrozyna jest przekształcany pod wpływem enzymu tyrozynazy. Aktywność tyrozynazy jest indukowana przez promieniowanie UV lub czynnik wewnętrzny jak hormony, predyspozycje genetyczne. Tyrozyna zostaje przekształcona do dihydroksyfenyloalaniny (DOPA). Późniejsze reakcje oksydacji oraz polimeryzacji pozwalają na przekształcenie DOPA w trzy rodzaje melaniny:

- eumelanina - barwnik czarnobrunatny – najpopularniejszy we włosach i odpowiada za kolor skóry, pieprzyków, brodawek sutkowych,

- feomelanina - barwnik czerwonawy – występuje w rudych włosach, a jego nagromadzenie w skórze tworzy piegi,

- neuromelanina – obecna w niektórych komórkach nerwowych.

Melanocyty są komórkami napływowymi (kształtu gwiaździstego z licznymi wypustkami), które w rozwoju zarodkowym powstają z melanoblastów w ektodermalnych grzebieniach nerwowych (neuroektodermie), potem wywędrowują z neuroektodermy i osiadają w docelowych narządach, gdzie dostarczają ich komórkom pigmentu w pęcherzykach zwanych melanosomami. W okresie postnatalnym (po urodzeniu) melanocyty znajdują się w:

- oku (tęczówce i błonie naczyniowej) – najwięcej pigmentu jest w oczach brązowych, najmniej w niebieskich, melanina jest tu pigmentem nadającym tęczówkom odpowiedni kolor, chroni też w pewnym stopniu oczy przez promieniowaniem UV (jasne oczy są słabo chronione),

- naskórku - melanocyty są zlokalizowane w warstwie podstawnej naskórka. Można je uwidocznić na preparatach mikroskopowych tylko metodami cyto- lub immunocytochemicznymi np. wykazując obecność tyrozynazy. Melanocyty swoimi długimi wypustkami sięgają do wyższych warstw naskórka pomiędzy keratynocyty (komórki naskórka). Stamtąd keratynocyty na drodze fagocytozy pobierają melanosomy wraz z fragmentami wypustek melanocytów do cytoplazmy. Melanina gromadzi się w komórkach naskórka między jądrem komórkowym a powierzchnią komórki skierowaną do światła, chroniąc w ten sposób DNA przed uszkodzeniami powodowanymi przez promieniowanie UV. Melanina wykazuje zdolność absorpcji szkodliwego promieniowania UV i zamieniania go w nieszkodliwe ciepło. U człowieka pod wpływem tych promieni ilość melaniny się zwiększa, powodując przejściową zmianę zabarwienia skóry (opaleniznę). Ponieważ naskórek cały czas odnawia się, a wyższe warstwy komórek ulegają ciągłemu złuszczaniu się, cząsteczki melaniny są usuwane wraz z martwymi komórkami naskórka - opalenizna blednie. Melanocyty nie złuszczają się, pozostają w warstwie podstawnej na stałe.

- cebulkach włosów - zmniejszenie aktywności melanocytów z wiekiem powoduje utratę koloru włosów – siwienie,

- neuronach istoty czarnej w mózgu (i innych, np. neuronach jądra miejsca sinawego mostu i jądra grzbietowego nerwu błędnego, także w pojedynczych neuronach tworu siatkowatego pnia mózgu) - u człowieka w istocie czarnej neuromelanina zaczyna gromadzić się dopiero w wieku 3-6 lat. Jej ilość zwiększa się z wiekiem. Jej rola fizjologiczna w układzie nerwowym jest niewyjaśniona, przypuszcza się, że stanowi ona produkt uboczny syntezy neurotransmiterów monoaminowych, których jedynym źródłem w mózgu są pigmentowane neurony. Zanik pigmentowanych neuronów jest przyczyną wielu chorób neurologicznych, w tym choroby Parkinsona, w której dochodzi do zaniku substancji czarnej. Choroba ta występuje zarówno u człowieka i naczelnych jak i mięsożernych (pies, kot).

- uchu wewnętrznym (w błonie naczyniowej).

Ciekawostki:

1) Albinizm (bielactwo) – brak melaniny w skórze, włosach i innych wytworach skóry, tęczówce oka (czerwone oczy lub, rzadziej, niebieskawe). Osobnik posiadający tę cechę nosi miano albinosa. Albinizm wywołany jest przez brak enzymu tyrozynazy przekształcającego

prekursor melaniny w barwnik melaninę. Warunkuje go gen recesywny.

2) Żywoczerwone, pomarańczowe lub żółte kolory piór ptaków roślinożernych nie są uwarunkowane obecnością melaniny. Zwierzęta nie potrafią wytwarzać pigmentów o takich kolorach. Skąd więc te kolory? Rośliny wytwarzają żółte, pomarańczowe i czerwone barwniki – karotenoidy – ptaki zjadając rośliny (nasiona, owoce) pobierają karotenoidy z pokarmu i gromadzą je w piórach.

3) Ptaki niebieskie natomiast mają w swych piórach melaninę. I są tak naprawdę czarne. Niebieski kolor to złudzenie optyczne. W piórach tych ptaków znajdują się małe pęcherzyki powietrza, które rozpraszają padające na nie światło i powodują efekt koloru niebieskiego.

Ziarnistości wydzielnicze – inaczej pęcherzyki transportujące, powstają w aparacie Golgiego i zawierają substancje białkowe, peptydowe i białkowo-lipidowe wydzielane przez komórkę na zewnątrz. Najwięcej jest ich w komórkach gruczołowych produkujących np. hormony białkowe, peptydowe (np. komórki przysadki), neurotransmitery (neurony), enzymy trawienne (np. komórki trzustki), mediatory stanu zapalnego i substancje przeciwbakteryjne (granulocyty) itd. W komórkach gruczołowych bardzo liczne ziarnistości gromadzą się zawsze w pobliżu miejsca ich wydzielania, np. w komórkach trzustki wypełniają obszar cytoplazmy między jądrem komórkowym a powierzchnią komórki skierowaną do światła pęcherzyka, w neuronach gromadzą się w końcowych odcinkach wypustek aksonalnych. Najczęściej są kuliste, bywają owalne, o bardzo różnych wymiarach, elektronowo gęste lub jasne.

Uwaga! Hormony sterydowe nie są gromadzone w ziarnistościach wydzielniczych! Jako pochodne cholesterolu bezpośrednio po syntezie przechodzą swobodnie na drodze dyfuzji przez wszystkie błony komórkowe.

Wtręty krystaliczne i parakrystaliczne – w niektórych komórkach występują struktury o bardzo regularnej budowie, składające się z włókienek białkowych ułożonych względem siebie równolegle lub prostopadle. Przykładami są:

– kryształki Reinkego w komórkach Leydiga (komórki śródmiąższowe jądra produkujące testosteron),

- wtręty parakrystaliczne w ziarnistościach granulocytów kwasochłonnych zawierających kwaśne białka przeznaczone do zabijania larw pasożytów,

- parakrystaliczny rdzeń zawierający oksydazę moczanową w peroksysomach zwierząt.

Rola fizjologiczna tych struktur krystalicznych nie jest znana, przypuszcza się, że są formą zapasową białek w komórce.

Ciekawostka:

W niektórych chorobach, np. w cytopatii mitochondrialnej (choroba przebiegająca z osłabieniem mięśniowym) spotyka się patologiczne wtręty parakrystaliczne we wnętrzu mitochondriów w komórkach mięśniowych. Sądzi się, że są one zbudowane z nadmiaru białek mitochondrialnych gromadzących się w wyniku defektu genetycznego.