Biologia komórki. Wykład 4 Cykl komórkowy i jego regulacja. Modyfikacja, oraz sortowanie białek, formy przechowywania oraz dystrybucja białek w komórce.

Cykl komórkowy Cykl komórkowy jest serią zdarzeń, które zachodzą w dzielącej się komórce eukariotycznej, prowadząc do jej podziału. Ogólnie zdarzenia te można podzielić na: interfazę w trakcie której komórka wzrasta gromadząc składniki odżywcze niezbędne do podziału materiału genetycznego (DNA) oraz mitozę - podczas której komórka dzieli się na 2 komórki potomne.

Etapy cyklu komórkowego Diagram nie odzwierciedla stosunków czasu trwania poszczególnych faz.

Kontrola cyklu komórkowego Poprawny przebieg cyklu komórkowego w komórce jest zapewniany przez złożony układ kontroli Białka biorące udział w regulacji cyklu komórkowego to cykliny i kinazy zależne od cyklin We właściwym czasie układ ten uaktywnia enzymy i inne białka uczestniczące w kolejnych etapach cyklu, a po ich zakończeniu składniki te unieczynnia. W cyklu większości komórek eukariotycznych wyróżnia się 4 stadia - fazy. Faza G1 - trwa od kilku do kilkunastu godzin, pomiędzy końcem cytokinezy a rozpoczęciem syntezy DNA Faza S (synthesis) - u ssaków trwa 7 godzin. W ciągu tej fazy odbywa się replikacja DNA oraz synteza histonów. Faza G2 - trwa od końca syntezy białek aż do początku mitozy. W tej fazie następuje synteza tubuliny - składnika wrzeciona podziałowego. Następnie rozpoczyna się mitoza która trwa ok 1 godziny. Cykl komórkowy może być zakończony podziałem redukcyjnym - mejozą

Cykliny - grupa białek biorących udział w regulacji cyklu procesów związanych z podziałem komórki Przy przechodzeniu komórki przez fazy G1, G2 i S gwałtownie wzrasta poziom cyklin typu d, a, e i w końcu b. Te cykliny łączą się ze swoimi kinazami cyklinozależnymi (cdk) i aktywują je. Istnieją także inhibitory kinaz cyklinozależnych (cdki).

Regulacja cyklu komórkowego obejmuje kluczowe dla komórki elementy, w tym wykrywanie uszkodzeń i naprawę materiału genetycznego oraz różne systemy nadzoru zapobiegające niekontrolowanym podziałom komórkowym. Procesy molekularne, które sterują cyklem komórkowym są uporządkowane i ukierunkowane, co oznacza, że każdy proces następuje w sposób sekwencyjny i niemożliwe jest "odwrócenie”cyklu.

Rola cyklin i kinaz zależnych od cyklin Aktywność cyklin i kinaz zależnych od cyklin (CDKs), determinuje postęp cyklu komórkowego. Cykliny i CDKs formują razem aktywny heterodimer, przy czym cykliny tworzą jednostkę regulatorową, a CDKs pełnią funkcję katalityczną w obrębie heterodimeru. Cykliny nie mają żadnej aktywności katalitycznej, zaś CDKs są z kolei nieaktywne przy braku obecności cyklin. Kinazy zależne od cyklin (CDKs) po związaniu się z cyklinami ulegaja aktywacji i przeprowadzają reakcje fosforylacji białek docelowych, które przez to zostają zaktywowane lub inaktywowane. Powoduje to skoordynowane wejście komórki w następną fazę cyklu.  

Szybkość replikacji w fazie S Bakterie: 50.000 nk/min, tj. 833 nk/s Drożdże: 3600 nk/min, tj. 60 nk/s Płazy 500 nk/min, tj. 8nk/s Ssaki: 2200 nk/min, tj. 37 nk/s Stosunek szybkości replikacji prokariontów do eukariontów 23:1 do 24:1

Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego 1 jądro komórkowe 2 por jądrowy 3 szorstka siateczka śródplazmatyczna (Rough endoplasmic reticulum – rER) 4 Gładka siateczka śródplazmatyczna(sER) 5 rybosom 6 białka, które są transportowane przez pęcherzyki transportowe (7) 8 aparat Golgiego 9 biegun cis aparatu Golgiego 10 biegun trans aparat Golgiego 11 cysterna aparatu Golgiego

1. Duża podjednostka; 2. Mała podjednostka Morfologia rybosomów 1. Duża podjednostka; 2. Mała podjednostka

Struktura dużej podjednostki 50S rybosomu Struktura dużej podjednostki 50S rybosomu. Kolorem niebieskim Struktura dużej jednostki rybosomalnej; na niebiesko zaznaczone są białka, żółtym rRNA, a czerwonym kluczowa dla translacji adenina 2486 (w rRNA) w centrum aktywnym

Reticulum endoplazmatyczne to wewnątrzkomórkowy system kanałów odizolowanych błonami (membranami) biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i pęcherzyków. Reticulum endoplazmatyczne (granularne) – ER-g – charakteryzujące się obecnością licznych rybosomów, osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni, rozbudowywana w komórkach szybko rosnących oraz w komórkach w których zachodzi biosynteza białek (np. neurony, komórki nabłonka gruczołowego trzustki). Retikulum gładkie (agranularne) – ER-a – nie związane z rybosomami, stąd jego nazwa – gładkie. Rozwinięte w komórkach syntezujących niebiałkowe produkty organiczne (np. komórki jelita, komórki tkanki tłuszczowej). Jego specjalizacją jest detoksykacja (niszczenie substancji toksycznych).

Funkcje siateczki śródplazmatycznej: 1 Funkcje siateczki śródplazmatycznej: 1. synteza białek (szorstkie) i tłuszczów (gładkie), 2. uczestnictwo w przemianach węglowodanów 3. unieczynnianie toksyn i leków (szczególnie w komórkach wątroby), 4. transport wewnątrzkomórkowy (cytoplazma jest w nim rzadsza), 5. dzieli cytoplazmę komórki na przedziały (kompartmenty), co pozwala na przeprowadzenie w różnych przedziałach reakcji, które przeszkadzałyby sobie wzajemnie

Aparat Golgiego Pęcherzyki transportujące Sieć trans stanowi stację rozdzielczą i sortująca

W strukturach Golgiego odbywa się: sortowanie i dojrzewanie białek i lipidów modyfikacje reszt cukrowych glikoprotein i glipolipidów; synteza polisacharydów oraz mukopolisacharydów (glikozoaminoglikanów, pektyny); Podstawową jednostką strukturalną aparatu Golgiego jest diktiosom. Każdy diktiosom składa się ze stosu podłużnych cystern oraz odpączkowujących pęcherzyków. W obrębie diktiosomu wyróżnia się dwa bieguny: biegun cis (formowania) biegun trans (dojrzewania) Od bieguna cis do bieguna trans wzrasta procentowa zawartość lipidów (cholesterolu). Sieć trans stanowi stację rozdzielczą i sortującą, w której produkty z wnętrza diktiosomu zostają rozdzielone zależnie od przeznaczenia i zapakowane do odpowiedniego typu pęcherzyków transportujących: białka i lipidy do błony komórkowej, enzymy lizosomalne do lizosomów i inne substancje do egzosomów np. hormony peptydowe (GH) wydzielane na drodze egzocytozy, czyli poza komórkę

Funkcje błon 1. Chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych organizmów, w szczególności chorobotwórczych. 2. Regulują transport wybranych substancji z i do komórki. 3. Reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne. 4. Pełnią funkcje enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne. 5. Utrzymują równowagę między ciśnieniem osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz komórki. 6. Są amfipatyczne – zbudowane z apolarnego ogona węglowodorowego oraz polarnej głowy, dzięki czemu lipidy budujące błony układają się w kształt pęcherzyków, bądź w dwuwarstwę.

Budowa błon fosfolipidowych

Schemat organizacji białek błonowych 1. Białko transmembranowe 2. Białko monowarstwy zewnętrznej 3. Białko monowarstwy wewnętrznej 4. Białko wewnętrzne błony Niebieskie – białka peryferyjne Białka błonowe występują m.in. w roli: 1. Receptorów - spełniają rolę w kontaktowaniu się komórki ze światem zewnętrznym, endocytozie i innych procesach; 2. Białek enzymatycznych oraz 3. Białek uczestniczących w transporcie (kanałów, przenośników, pomp)