Wykład 1 Podstawy histologii
KOMÓRKA cz. I
Wielkość komórek: 4-150 mikrometrów (mm), przeciętnie ok. 20 mm.
Elementy składowe komórki: (1) błona komórkowa, (2) jądro, (3) organelle (4) cytoszkielet, (5) cytoplazma podstawowa
Błona komórkowa i prawie wszystkie organelle zbudowane są z błon biologicznych
Błony biologiczne
Zbudowane są z
(1) dwuwarstwy fosfolipidowej - cząsteczki fosfolipidów układają się w dwie warstwy zwrócone do siebie grupami hydrofobowymi, a na zewnątrz grupami hydrofilnymi; dwuwarstwa jest półpłynna i decyduje o integralności błony; oprócz fosfolipidów w jej skład wchodzą glikolipidy (uczestniczą w tworzeniu glikokaliksu, p. dalej) i cholesterol (zwiększa sztywność błony);
(2) białek błonowych - białka związane są z zewnętrzną lub wewnętrzną powierzchnią dwuwarstwy (białka powierzchniowe) lub przechodzą przez całą grubość dwuwarstwy (białka transbłonowe); białka mogą się przemieszczać w płaszczyźnie dwuwarstwy (wyjątek - białka związane z cytoszkieletem, p. dalej).
Funkcjonalna klasyfikacja białek błonowych:
a) białka strukturalne (wzmacniają strukturę błony, przytwierdzają do niej cytoszkielet)
b) białka enzymatyczne (katalizują reakcje biochemiczne związane z błoną)
c) białka transportowe (transportują substancje niskocząsteczkowe przez błonę)
d) białka receptorowe (rozpoznają i wiążą cząsteczki sygnałowe - np. hormony) i inicjują
odpowiedź komórki na te substancje
Błona biologiczna jest barierą dla substancji chemicznych i kontroluje ich transport pomiędzy środowiskiem a komórką i pomiędzy poszczególnymi przedziałami wewnątrzkomórkowymi.
A. Transport substancji niskocząsteczkowych (jony, subst. proste: poprzez transbłonowe białka transportowe:
a) kanały jonowe: mogą być otwarte lub zamknięte, w stanie otwartym pozwalają na dyfuzję - transport jonów zgodnie z gradientem stężeń, bez nakładu energii; w zależności od mechanizmu otwierania wyróżniamy: (1) kanały otwierane zmianą potencjału, (2) kanały otwierane ligandem (czyli przez przyłączenie określonej substancji, taki kanał ma część będącą receptorem) i (3) kanały otwierane mechanicznie (rzadkie).
b) przenośniki: zmieniając swoja konformację przenoszą substancje proste przez błonę zgodnie zgodnie z gradientem stężeń, bez nakładu energii - transport ułatwiony
c) pompy: zmieniając konformację i korzystając z energii (ATP) przenoszą jony i substancje proste przez błonę wbrew gradientowi stężeń - transport aktywny.
Przenośniki i pompy mogą transportować tylko jedną substancję (uniport), lub równocześnie dwie różne substancje (kotransport) – jeżeli przenoszą je w tym samym kierunku nazywamy to symportem, a jeżeli w przeciwnych kierunkach – antyportem.
B. Transport substancji wysokocząsteczkowych i niekiedy dużych struktur – tzw. transport pęcherzykowy (błona wytwarza pęcherzyki zawierające transportowaną substancję/strukturę, transportowane są zatem zarówno fragmenty błony - błona pęcherzyka, jak i zawartość pęcherzyka).
Transport pęcherzykowy przez błonę komórkową:
endocytoza (do wnętrza komórki): fagocytoza, pinocytoza, endocytoza receptorowa (swoista)
egzocytoza (z komórki na zewnątrz) – w ten sposób odbywa się wydzielanie
Transport pęcherzykowy pomiędzy różnymi organellami i błoną komórkową nosi nazwę przepływu błon w komórce.
Główne szlaki przepływu błon w komórce:
szlak wydzielniczy: siateczka śródplazmatyczna → aparat Golgiego → błona komórkowa
szlak endocytozy: błona komórkowa → pęcherzyki endocytotyczne → lizosomy
Błona komórkowa oddzielająca komórkę od środowiska zewnętrznego, ma szczególne cechy:
- jest najgrubsza spośród wszystkich błon biologicznych (7,5 nm)
- w obrazie z mikroskopu elektronowego ma wyraźna trójwarstwową strukturę (dwie zewnętrzne warstwy ciemne odpowiadają hydrofilnym odcinkom fosfolipidów, środkowa warstwa jasna odcinkom hydrofobowym)
- posiada szczególnie liczne białka receptorowe i transportowe
- zawiera cząsteczki adhezyjne – specyficzne białka odpowiedzialne za łączenie komórek między sobą (selektyny, kadheryny i cząsteczki z nadrodziny immunoglobulin) i z otoczeniem czyli substancją międzykomórkową (integryny);
- wykazuje tzw. potencjał spoczynkowy – różnicę potencjału elektrycznego po jej obu stronach wynikająca z nierównomiernego rozmieszczenia jonów
- na zewnętrznej powierzchni pokryta jest glikokaliksem - warstewką cukrowców wchodzących w skład glikoproteidów i glikolipidów błony. Glikokaliks pełni funkcje ochronne, a także uczestniczy w procesach endocytozy oraz w kontaktowym rozpoznawaniu się i łączeniu komórek.
Sygnalizacja międzykomórkowa.
Komórki „porozumiewają się” ze sobą głównie za pośrednictwem specyficznych substancji chemicznych (cząsteczek sygnałowych, np. cytokin, hormonów, neuroprzekaźników, czynników wzrostowych). Komórka reaguje na sygnał tylko wówczas, gdy posiada receptory dla cząsteczek sygnałowych. Jeżeli cząsteczki sygnałowe są duże, hydrofilne i nie mogą przejść przez błonę komórkową, wówczas receptory muszą się znajdować na powierzchni błony komórkowej (receptory błonowe), natomiast jeżeli cząsteczki sygnałowe mogą wniknąć to komórki, wówczas receptory znajdują się w jej wnętrzu (receptory wewnatrzkomórkowe).
Receptor błonowy jest transbłonowym białkiem, którego fragment wiążący cząsteczkę sygnałową wystaje do przestrzeni pozakomórkowej, a fragment inicjujący reakcję komórki wystaje do cytoplazmy. Zadaniem receptora jest przekazanie sygnału z zewnątrz do wnetrza komórki (transdukcja sygnału). W zależności od spposobu transdukcji sygnału, receptory błonowe dzielimy na:
- receptory związane z kanałami jonowymi (= kanały otwierane ligandem);
- receptory związane z białkami G
- receptory o funkcji enzymatycznej.
Białka G związane są z wewnętrzną powierzchnią błony komórkowej, po której mogą się przemieszczać. Po przyłączeniu cząsteczki sygnałowej do zewnątrzkomórkowej części receptora, jego część wewnątrzkomórkowa wiąże białko G i aktywuje go. Aktywowane białko G przemieszcza się wzdłuż błony i aktywuje efektor – enzym, który powoduje produkcję wewnatrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych, tzw. wtórnych przekaźników (np. cAMP, IP3). Aktywują one specyficzną grupę enzymów wewnątrzkomórkowych – kinazy białkowe, które fosforylują różne białka w komórce, zmieniając ich własności i/lub czynność. W wyniku tych zmian może dochodzić do:
- aktywacji lub inaktywacji enzymów
- aktywacji lub represji genów
- zmian zachowania cytoszkieletu
- podziałów komórki
- otwierania kanałów jonowych.
Jest to ostateczna reakcja komórki na związanie cząsteczki sygnałowej z receptorem błonowym.
Receptory błonowe o funkcji enzymatycznej – po związaniu cząsteczki sygnałowej przez fragment zewnątrzkomórkowy, fragment wewnątrzkomórkowy wykazuje aktywność enzymatyczną (najczęściej kinazy tyrozynowej), co prowadzi do wtórnej aktywacji różnych wewnątrzkomórkowych białek regulacyjnych.
Receptory wewnątrzkomórkowe odpowiadają m.in. za reakcje komórki na hormony steroidowe i hormony tarczycy. Po przyłączeniu cząsteczki hormonu, receptor przemieszcza się do jądra komórkowego, gdzie aktywuje określone geny. Prowadzi to do syntezy nowych białek w komórce, wpływających na zmiany jej metabolizmu.