Ćwiczenie VI.

Organelle komórkowe – część II – mitochondrium, aparat Golgiego i retikulum endoplazmatyczne

Opracowanie: Agata sakowicz

1. Siateczka śródplazmatyczna

1. Jest to zbiór cystern i kanalików zamkniętych błoną.

2. Występuje w dwóch formach:

a. Szorstkiej – ziarnistej pokrytej ziarnami rybosomów

b. Gładkiej – pozbawionej rybosomów i charakteryzującej się rozgałęzionymi kanalikami

3. Siateczka śródplazmatyczna szorstka (RER ang. Rough Endoplasmic Reticulum):

a. Występuje w formie długich błoniastych kanalików zwanych cysternami. Cysterny siateczki są pokryte od zewnątrz ziarnami rybosomów. Pokrycie siateczki rybosomami nie jest zjawiskiem stałym ale jest kompatybilne z biosyntezą białek przeznaczonych do eksportu lub wymagających potranslacyjnej modyfikacji. Po procesie translacji rybosomy odczepiają się od siateczki

b. RER występuje prawie we wszystkich komórkach eukariotycznych roślinnych i zwierzęcych z wyjątkiem plemników oraz erytrocytów

c. RER najobficiej występuje w komórkach które wyspecjalizowały się w syntezie białek na eksport jak komórki trzustki (enzymy trawienne), plazmocyty (gamma-globuliny) i fibroblasty (kolagen)

d. Światło kanalików RER jest miejscem gdzie zachodzi posttranslacyjna modyfikacja białka lub gdzie białko ma być przetransportowane w inny region komórki np. do błony cytoplazmatycznej lub poza obręb komórki

e. Błona budująca cysterny RER oddziela ich treść od cytoplazmy i łączy się z zewnętrzną błoną osłonki jądrowej, dlatego też skład komórkowy błony RER i jądrowej jest bardzo podobny

f. W niektórych typach komórek które mają słabo wykształconą siateczkę lub nie posiadają jej wcale np. limfocyty, rolę RER związaną z posttranslacyjną modyfikacją białka pełni osłonka jądrowa

g. Błona komórkowa RER zawiera fosfolipidy charakteryzujące się dużym stopniem nasycenia kwasów tłuszczowych co sprawia że dwuwarstwa lipidowa jest bardziej płynna niż innych błon komórkowych. Lipidy błony RER zawierają więcej fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanolaminy a mniej cholesterolu i sfingomieliny. Białka błony RER to:

·Białka integralne (odpowiadają za posttranslacyjną modyfikację i eksport białek)

·Białka enzymatyczne związane są: z posttranslacyją modyfikacją białek eksportowych i liposomowych, syntezą lipidów, utlenianiem i redukcją oraz transportem substancji do wnętrza cystern siateczki

·Białka transportowe transportujące cząsteczki fosfolipidów do błon innych organelli np. mitochondriów

W błonach RER obecne są również enzymy transferazy glikozydowe katalizujące procesy glikozylacji białek i lipidów

h. Na rybosomach osadzonych na błonach RER zachodzi synteza:

·Białek eksportowych wydzielanych poza komórkę

·Hydrolaz lizosomowych

·Białek integralnych wchodzących w skład błony komórkowej

i. Rola RER to synteza i modyfikacja białek eksportowych (glikozylacja, formowanie połączeń dwusiarczkowych, fałdowanie łańcucha polipeptydowego, oligomeryzacja w podjednostki białkowe) Za te procesy są odpowiedzialne białka rezydujące, które mają specjalną sekwencję aminokwasów na C-końcu.

2. Siateczka śródplazmatyczna gładka (SER Smooth Endoplasmic Reticulum)

1. Tworzy sieć rozgałęzionych kanalików

2. Jest strukturą występującą prawie we wszystkich komórkach eukariotycznych z wyjątkiem erytrocytów

3. Rola:

·Bierze udział w metabolizmie leków i trucizn

·Jest związana z metabolizmem glikogenu

·Jest zaangażowana w syntezę lipidów gdyż enzymy przeprowadzające syntezę lipidów są zlokalizowane w błonach SER

·Jest zagazowana w syntezę hormonów steroidowych np. testosteronu

4. Specyficzna odmiana SER to siateczka sarkoplazmatyczna (SR ang. Sarcoplasmic Reticulum) występująca w komórkach mięsni. Najliczniejszym białkiem błon SR są białka pompy wapniowej której zadaniem jest utrzymanie dużego stężenia jonów wapnia w cysternach siateczki

3. Aparat Golgiego

1. Białka i lipidy syntetyzowane w RER są transportowane do aparatu Golgiego

2. Aparat Golgiego należy do układu wakuolarnego cytoplazmy łącznie z siateczką śródplazmatyczną, osłonką jądrową i systemem endosomowo-lizosomowym

3. Jest on uformowany z wielu płaskich, błoniastych cystern ułożonych w stos jedna nad drugą i rozdętych pęcherzykowato na końcach

4. Kompleks aparatu Golgiego otaczają różnej wielkości pęcherzyki gładkie lub pokryte białkiem

5. Aparat Golgiego występuje prawie we wszystkich komórkach eukariotycznych z wyjątkiem erytrocytów

6. Opisano dwie formy aparatu Golgiego:

   • siateczkowatą obecną w komórkach zwierząt kręgowych z wyjątkiem oocytów i plemników

   • łuskowatą (diktiosomalną) – charakterystyczna dla komórek roślinnych i zwierząt bezkręgowych

7. Funkcje aparatu Golgiego:

·Bierze udział w potranslacyjnej modyfikacji białek i lipidów przeznaczonych do eksportu

·Bierze udział w siarkowniu proteoglikanów np. siarczanu chondroityny w tkance chrzęstnej

·Bierze udział w kondensacji produktów syntezy na drodze odwodnienia

·Bierze udział w tworzeniu składników ścian komórek roślinnych

·Bierze udział w formowaniu błony komórkowej

D. Mitochondria

1. Naturalnym środowiskiem mitochondriom jest cytozol

2. Rozmieszczenie mitochondriów w komórce nie jest przypadkowe.

3. W komórkach nabłonka mitochondria układają się zgodnie z kierunkiem transportu substancji które są wydzielane lub pochłaniane przez komórkę.

4. W komórkach kory nadnerczy mitochondria są umiejscowione blisko substancji zapasowych (kropel tłuszczu)

5. Budowa

· Typowe mitochondriom ma dwa systemy błon ograniczających jego wnętrze (macierz mitochondrialną)

· Błona cytoplazmatyczna wewnętrzna jest większa od zewnętrznej dlatego musi ulec pofałdowaniu tworząc grzebienie mitochondrialne

· Błona grzebieni mitochondrialnych ogranicza przestrzeń wewnętrzną grzebieni która może komunikować się z przestrzenia peryferyczną. Przestrzeń ta rozdziela błonę zewnętrzną od wewnętrznej oraz zawiera liczne enzymy

· Skład chemiczny błon mitochondrialnych to 35-40% lipidów i 60%białek.

W skład komponenty lipidowej wchodzą głównie fosfolipidy które stanowią 90% całej frakcji lipidowej. Cholesterol jest głównym składnikiem błon zewnętrznych a kardiolipina jest charakterystyczna dla błony wewnętrznych i czyni ją bardziej nieprzepuszczalną dla jonów. Większa część komponenty lipidowej błon jest związana funkcjonalnie z utrzymaniem jej struktury a pozostała część głównie fosfolipidy współdziała z białkami w procesie transportu elektronów. Błona zewnętrzna jest przepuszczalna dla wielu substancji drobnocząsteczkowych i większości jonów (dzieki czemu skład cytozolu i przestrzeni peryplazmatycznej jest podobny. Natomiast błona wewnętrzna mitochondrium jest przepuszczalna jedynie dla wody i rozpuszczonych w niej cząsteczek gazów: O₂, CO₂ i NH₃.

Białka błon mitochondrialnychmozna podzielic na dwie grupy: rozpuszczalne i nierozpuszczalne w roztworach wodnych. Większość (55%) stanowią białka integralne służące utrzymaniu strukturalnej integralności błon oraz porządkują kompleksy przenośników elektronów w obrębie błon. Ponadto część białek integralnych tworzy kompleksy z układami aktynomiozynowymi odpowiedzialnymi za skurcz błon i całych organelli. Około 45% białek błon mitochondrialnych stanowią białka łańcuchów oddechowych zbudowane z przenosników elektronów (cytochromów i flawoprotein) a 25% frakcji białek rozpuszczonych w roztworach wodnych to białka enzymatyczne związane z transportem elektronów przez łańcuch oddechowy

· Macierz mitochondrialna jest miejscem wielu procesów metabolicznych związanych z utlenianiem kwasów trikarboksylowych, procesami replikacji DNA mitochondrailnego oraz procesami transkrtypcji i translacji genomu mitochondrailnego. W macierzy są ponadto rybosomy mitochondrialne które różnią się od rybosomów cytoplazmatycznych wielkością i współczynnikiem sedymentacji (70S i 80S)

· Genom mitochondialny jest kolistą dwuniciową cząsteczką DNA (mtDNA). Cząsteczka mtDNA koduje 22 rodzaje tRNA, 2 – rRNA i 13 rodzajów mRNA rozpoczynajacych się kodonem ATG. Każdy RNA zawiera informację dla białek o ponad 50 AA.

4. Główne procesy metaboliczne przebiegające w mitochondrium

a. cykl kwasów trikarboksylowych – macierz mitochondrailna

b. oddychanie tlenowe – błona mitochondrialna wewnetrzna

Przebieg ćwiczeń :

Zapoznanie się z budową i funkcjami organelli komórkowych

Oglądanie gotowych preparatów mitochondriom i apartu Golgiego

Wykonanie barwienia w kierunku retikulocytów

Literatura

1. Wincenty M. Kilarski Strukturalne podstawy biologii komórki Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2005 r.

2. Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Tłumaczenie: Pod red. Hanny Kmity i Przemysława Wojtaszka Podstawy biologii komórki. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa, 2007

3. Leokadia Kłyszejko-Stefanowicz Cytobiochemia PWN Warszawa 2003