07.03.2012 - Wykład 4

TEMAT: Organella komórkowe: siateczka endoplazmatyczna, rybosomy, mitochondrium, skład chemiczny, budowa i funkcje.

SIATECZKA ENDOPLAZMATYCZNA (ER - Endoplasmatic reticulum)

• 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 niewielkie wakuole.

• zawiera więcej białek (enzymatycznych i strukturalnych) i fosfolipidów niż bł komórkowa, mniejsze ilości lipidów, sfingomieliny, niewielką ilość cholesterolu i jego estrów oraz głównie nienasycone kwasy tłuszczowe, brak również warstwy glikoprotein,

• przyjmuje określoną formę morfologiczną w zależności od rodzaju komórek

- włókna mięśniowe - siat. gładka jest dobrze rozwinięta i tworzy charakt. ukł. wokół sarkomerów (tzw. system kanalików T)

- włókna nerwowe - ziarnista występ. w pobliżu jądra w postaci rozetowato ułożonych cystern tworząc tigroid,

• 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 formach morfotycznych: pęcherzyki, cysterny, rureczki - średnica: 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 eksportowych, zbudowana jest z osmofilnych błon o grubości 5-6 nm, zawierających specyficzne białko - ryboforynę - odpow. za przyłączanie rybosomów; rybosomy łączą się z siateczką podj. większą, syntetyzowane przez nie białko jest magazynowane w kan, siat. - przęcherz. przenośnikowe - ap. Gogliego,

• SER - tworzy połączenie z siateczką ziarnistą - różni się od niej budowa i funkcja

- Zaangażowana w syntezę kw. tłuszczowych i steroidów (cholesterolu),

- bierze udział w detoksykacji szkodliwych metabolitów i ksenobiotyków (cytochromy P450 - powodują hydroksylację, dealkilację lub utlenianie ksenobiotów)

- przypuszcza się, że uczestniczy w procesie glikogenolizy,

• DYNAMIKA PRZEMIAN RER - 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 podejmują nowe funkcje w mitozie, służą także jako zbiornik Ca²⁺ 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

• występują jako wolne rybosomy (biologicznie nieaktywne - 10%) oraz jako związane z ER lub polirybosomy (aktywne biologicznie - 90%) - polirybosomy są powiązane z mRNA; obie formy mogą być związane z siateczką śródplazmatyczną,

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

• 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, immunoglobuliny, hormony,

• Komórki o intensywnym procesie syntezy białka np. k. plazmatyczne, trzustki, wątroby zawierają 75% rybosomów w postaci polirybosomów związanych z siateczką

• rybosomy eukariotyczne i prokariotyczne są podobne pod względem budowy i ich funkcji

• w skład obu rodzajów wchodzi duża i mała podjednostka - tworzą one kompletny rybosom o masie kilku milionów daltonów,

• mniejsza podjednostka jest spłaszczona i można ją porównać do czapeczki nałożonej na podjednostkę większa - dopasowuje ona cząsteczki tRNA do kodonów mRNA,

• tylko duża podjednostka łączy się z błonami siateczki śródplazmatycznej - katalizuje ona powstawianie wiązań peptydowych,

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

• pojedynczy rybosom w ciągu 1 sekundy w kom. eukariotycznej przyłącza 2 aminokwasy, a prokariotycznej ok. 20 aminokwasów,

• podstawowym składnikiem rybosomów jest rybosomalny RNA (75-90%) - cząsteczki rRNA tworzą rdzeń rybosomów,

• białka wchodzące w skład rybosomów są heterogenne, większość to białka kwaśne, część z nich jest zasadowa oraz obojętna - na ogół znajdują się na powierzchni rybosomu,

• występują lipidy i węglowodany w ilościach śladowych

• rysbosom zawiera także enzym RNA-zę w postaci nieaktywnej oraz kationy: Mg2+, Ca2+

• w rRNA oprócz typowych dla RNA zasad jak adenina, guanina, uracyl i cytozyna występują również zasady mające zmetylowane grupy -OH lub -NH2

• 2000 rok - ustalenie pełnej struktury przestrzennej dużej i małej podjednostki, która potwierdziła, że rRNA a nie białka decydują o: całościowej strukturze rybosomów, zdolności umieszczania tRNA na mRNA, o funkcjach katalitycznych (tworzenie wiązań peptydowych),

• u eukariontów podjednostki rybosomowe powstają w jądrze przez asocjację świeżo zsyntezowanego rRNA z białkami rybosomowymi (powstałymi w cytoplazmie i przetransportowanymi do jądra); następnie poszczególne podjednostki są eksportowane do cytoplazmy,

APARAT GOLGIEGO

• odkrył go Golgi w 1898 roku w komórkach nerwowych

• podstawowa jednostka to diktiosom - składa się z 5-8 spłaszczonych cystern, których ściany utworzone są z pojedynczej i gładkiej błony komórkowej, ułożone sa równolegle z zachowaniem odległości 20-30nm,

• licznie nagromadzone pęcherzyki - 30-50nm,

• ma kształt półksieżycowaty, po stronie wypukłej znajduje się powierzchnia formowania (cis) a po stronie wklęsłej powierzchnia dojrzewania (trans)

• w pobliżu powierzchni trans obserwuje się wakuole zagęszczające o φ 500-3000 nm zawierające materiał strukturalny lub ziarnisty oraz mniejsze pęcherzyki okryte

• w sąsiedztwie powierzchni cis są pęcherzyki φ 30-50 nm zwane pęcherzykami transportującymi

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

• w obrębie ap. Golgiego zachodzi synteza glikoprotein pokrywających powierzchnie komórek zwierzęcych, a w komórkach roślinnych zachodzi synteza pektyn i hemicelulozy

• bierze udział w wydalaniu produktów komórek wydzielniczych, (wydzielina zostaje zagęszczona i opakowana w błonę)

• Skład enzymatyczny błon cystern układu Golgiego jest zróżnicowany, na jego powierzchni cis występują enzymy charakterystyczne dla ER (oksydoreduktazy, NADH, NADPH, zależne glukozo-6-fosforany) oraz na powierzchni trans występują enzymy typowe dla błony komórkowej (ATP-azy, Mg²⁺-zależna, 5-nukleotydaza i inne)

• Budowa chemiczna aparatu Golgiego

• we frakcjach aparatu Golgiego stwierdzono 60% białek i 40% lipidów, wykazano: dużą zawartość fosfolipidów, sfingomieliny, cholesterolu i jego estrów, triglicerydy; enzymy jak: pirofosfataza tiaminowa i glikozylotransferazy, fosfatazę kwaśne i inne enzymy lizosomalne,

Rola aparatu Golgiego:

zachodzi synteza glikoprotein i glikolipoprotein,

uczestniczy w wydzielaniu białek i lipoprotein

powstają lizosomy pierwotne

uczestniczy w wewnątrzkomórkowej regulacji wodnej

zagęszczenie substancji (proteoglikany)

Zmiany morfologiczne i czynnościowe:

zmniejszenie liczby diktiosomów - (temp. powyżej 30C jak i poniżej 0C)

rozproszenie ap. Golgiego w komórce (kolchicyna i winkrystyna)

hamowanie aktywności glikozylotransferazy (puromycyna i cyklofosfamid)

powiększenie ap. Golgiego (hormony np. noradrenalina)

GERL (Golgi Endoplasmatic reticulolizosom complex)

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

• stanowi gładkościenny cysternę zlokalizowaną po stronie wewnętrznej ap.Golgiego i przedłuża się w system kanałów o szczególnym poligonalnym układzie

• kryterium odróżniającym ap.Golgiego od GERL ma być reakcja na fosfatazy kwaśne przy braku reakcji na ATP-azę

• GERL może stanowić zmodyfikowaną cysternę ap. Golgiego

MITOCHONDRIUM

• odkrył je Kolliker ok. 1888 w mięśniach skrzydeł owadów

• mają zdolność do samopowielania

• koliste lub podłużne

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

• ich ilość jest zmienna i zależy od rodzaju komórki i jej stanu czynnościowego

• rozmieszczone są w całej cytoplazmie lub zgrupowane w strefach zwiększonej czynności komórki

• otoczone są dwiema błonami, z których każda jest typową błoną. błona wewnętrzna ulega charakterystycznym sfałdowaniom wytwarzając grzebienie (cristae):

• blaszkowate - w komórkach zwierząt

• rurkowate (tuberkularne) - głównie u pierwotniaków, u kręgowców tylko w nadnerczach lub komórkach śródmiąższowych jąder

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

• wnętrze komórki wypełnia bezpostaciowa macierz (matrix) - znajdują się w niej enzymy katalizujące reakcje przemian kwasów tłuszczowych i kwasu pirogronowego, wytwarzanie acetylokoenzymu A i utlenianie go do kwasu cytrynowego.

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

• oddychanie czyli transport elektronów odbywa się w błonie wewnętrznej

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

4

---