Biologia komórki, 22.11.2011 r.

Komórka.
Najmniejsza żywa jednostka organizmu człowieka (Virchow).
Główne elementy komórki:
mitochondria – źródło energii
jądro – materiał genetyczny
cytoszkielet – macierz jądrowa

Cytoplazma.
Pełna zawartość żywej komórki bez jądra komórkowego.

Cytoszkielet – cytoplazmatyczny system białkowych filamentów w cytoplazmie komórek eukariotycznych.
Masa cytoszkieletu obejmuje 1/3 całej masy komórki.

Komórki rakowe tracą sztywność cytoszkieletu, przez co są bardziej podatne na rozciąganie.

Elementy cytoszkieletu:
- mikrofilamenty – 5-7 nm średnicy
- filamenty pośrednie – 10 nm średnicy
- mikrotubule – 25 nm średnicy

Podstawą ruchu jest:
proces polimeryzacji i depolimeryzacji mikrotubul i mikrofilamentów
współdziałanie tych elementów cytoszkieletu z białkami motorycznymi, które przekazują energię chemiczną zmagazynowaną w ATP w energię mechaniczną

Budowa cytoszkieletu:
- filamenty pośrednie
- mikrotubule
- filamenty aktynowe

Rola cytoszkieletu:
- podpiera cytoplazmę
- jest „kością i mięśniem” komórki (odpowiada za ruchy i pełzanie komórek, skurcze komórek mięśniowych oraz za zmiany kształtu komórek)
- przemieszcza organelle wewnątrz komórki
- utrzymywanie prawidłowej struktury tkanek
- udział w podziałach komórki
- ruch rzęsek i wici
- transport pęcherzyków i organelli przez cytoplazmę
- przekazywanie informacji między komórkami
- utrzymywanie polarności komórek
- ruch rzęsek i wici
- udział w apoptozie – genetycznie programowanym samobójstwie komórek

Filamenty pośrednie.
najbardziej sztywne i wytrzymałe
chronią komórkę przed mechanicznym stresem
dużo we włosach, paznokciach, nabłonkach, chronią komórki nerwowe, w blaszce jądrowej (chroni materiał genetyczny – rozpadają się, gdy komórka ulega podziałowi)
włókna białkowe o średnicy 10 nm
zabezpieczają komórkę przed stresem mechanicznym
przypominają linę złożoną z wielu skręconych nici
nie biorą udziału w ruchu
są bardziej stabilne niż mikrofilamenty i mikrotubule

podstawowa jednostka - wydłużone białko włókniste – zbudowane z globularnej głowy, globularnego ogona i domeny środkowej

Klasy filamentów pośrednich:
- filamenty keratynowe w komórkach nabłonkowych
- filamenty wimentynowe i filamenty wimentynopodobne w komórkach tkanki łącznej i mięśni oraz komórkach glejowych układu nerwowego, np. w zastawce przedsionkowo-komorowej serca
- neurofilamenty w komórkach nerwowych

Filamenty blaszki jądrowej.
- wyścielają i wzmacniają wewnętrzna powierzchnię błony jądrowej
- zorganizowane w dwuwymiarową sieć
- ulegają demontażowi i formowaniu Si na nowo (przy podziałach komórkowych)
- podjednostką jest białko lamina

Keratyny.
- najbardziej zmienna rodzina białek filamentów pośrednich
- występują dwa typy keratyn:
typ I (kwaśne): 16 izoform
typ II (obojętne/zasadowe): 13 izoform
- keranocyty – forma niedojrzała
- funkcja ochronna

Wimentyna i białka pokrewne.
- desmina (53 KDa) łączy razem miofibryle, peryferyna
- wimentyna może tworzyć polimery z jednego rodzaju białka

Mikrotubule.
długie, sztywne, wydrążone rurki białkowe
określają pozycje organelli w obrębie komórki
ukierunkowują transport wewnątrzkomórkowy

tubulina – białko budujące mikrotubulę (pojedyncza cegiełka) – dimer α i ß

Funkcja mikrotubul:
- cytoszkielet komórki
- ruch chromosomów
- cytokineza komórkach roślinnych
- budowa wici i rzęsek
- transport pęcherzyków

Tubulina – dimer złożony z dwóch białek:
α – tubuliny (koniec minus)
ß – tubuliny (koniec plus)

Protofilamenty – linearny łańcuch zbudowany z dimerów tubuliny.
Dobudowywanie od minus do plus.

Centrosom.
γ – tubulinowy pierścień – miejsce enukleacji.

Dynamiczna niestabilność mikrotubul.
Może się wydłużać lub skracać.
W każdej cegiełce znajduje się energia w postaci GTP.
Bardzo silnie związane.
Dodawanie szybsze niż rozkład GTP.
Gdy cegiełki tracą energię – rozłączają się.

Proces polimeryzacji mikrotubul wymaga spełnienia następujących warunków:
obecności nukleotydu GTP (trifosforanu guanozyny)
obecności jonów magnezu
małego stężenia jonów wapnia
słabo kwaśnego odczynu (pH = 6,8)
braku ATP w okolicy pierścienia inicjującego

Białka motoryczne mikrotubul:
kinezyny – przemieszczają się w kierunku końca plus
dyneiny – przemieszczają się w kierunku końca minus

Białka motoryczne mikrotubul są kompleksami złożonymi z dwóch identycznych łańcuchów ciężkich i wielu mniejszych łańcuchów lekkich.

Białka motoryczne różnią się typem filamentów, z którymi się łączą, kierunkiem, w którym się przemieszczają wzdłuż filamentów i rodzajem transportowania cargo.

Retikulum endoplazmatyczne (kinezyny) i aparat Golgiego (dyneiny) są zależne od mikrotubul pod względem ustawienia i umiejscowienia.

Rzęski i wici.
Posiadają stabilne mikrotubule.
Kompleks mikrotubul stabilnych – 2 centralne mikrotubule otoczone przez 9 dubletów.
Bezpłodność spowodowana brakiem stabilnych mikrotubul w witce.

Filamenty aktynowe.
- cienkie, elastyczne niezbędne do wykonywania wielu ruchów
- tworzą aparat kurczliwy mięśnia

Struktury filamentów aktynowych:
- mikrokosmki
- pęczki kurczliwe w cytoplazmie
- pierścienie skurczowe

Mechanizm polimeryzacji aktyny.
Tymozyna i profilina.
Białka chroniące aktynę przed całkowitą polimeryzacją.

Kora komórki bogata w filamenty aktynowe.

Molekularny mechanizm pełzania komórek.
pierwszy etap – wypychanie powierzchni komórki do przodu (lamelliopodia i filopodia)
drugi etap – przywieranie wypustek do powierzchni
trzeci etap – podciąganie pozostałej części komórki