Wykład # 5
Kontrola cyklu komórkowego
§ Wszystkie wydarzenia cyklu komórkowego zawsze zachodzą w ustalonej kolejności; są ściśle kontrolowane przez systemy regulujące, zabezpieczające niektóre białka w komórce.
o G1àSàG2àM (standardowa komórka)
o SàMàSàM (komórki embrionalne; nie ma czasu na fazy G1 i G2 pomiędzy podziałami).
§ Na straży określonego przebiegu faz stoją systemy regulujące.
§ Metoda autoradiografii pozwala na określenie fazy, w której znajduje się komórka; w czasie fazy S można zastosować także inne metody np. mikroskop fluorescencyjny.
§ Dobrym modelem obserwacji faz są komórki kosmków jelitowych; w różnych częściach kosmka komórki są w różnych fazach; w części bazalnej znajdują się komórki dojrzałe, dalej – szybko dzielące się, na końcu znów nie dzielące się.
§ Komórki eukariotyczne używają tych samych cząsteczek i mechanizmów do zapewnienia kontroli cyklu komórkowego.
§ Kontrola sprawowana jest przez cyklicznie aktywowane kinazy białkowe (Cdk – cyklinozależne kinazy białkowe).
§ Kinazy są aktywowane przez białka zwane cyklinami.
§ Cdk odgrywają szczególną rolę w regulacji fazy G1/S, czyli przejście z fazy G1 do S (przekroczenie punktu restrykcyjnego).
§ Cdk kontrolują także zakończenie fazy S.
§ Kinaza fazy S, aktywna forma to kompleks białka p34 i cykliny, odpowiada ona za wejście komórki w fazę S.
§ Cdk odpowiadają również za regulację nagromadzeniem i rozpadem cyklin.
§ Cykliny (A, B, C, D, E); ich maksymalne stężenie występuje na przełomie metafazy i anafazy; stężenie zmienia się cyklicznie w cyklu komórkowym, więc kinazy są albo aktywne, albo nieaktywne.
§ Kinazy mitotyczne to kinazy aktywowane cyklinami mitotycznymi; powodują wejście komórki w fazę M (podział).
§ MPF (M-phase promoting factor) to białkowy kompleks cykliny z kinazą, który kontroluje wejście w fazę M. Odkryto go podczas badania podziałów oocytów żaby; jego aktywność rośnie gwałtownie tuż przed rozpoczęciem mitozy, maleje pod koniec podziału.
§ Cykl komórkowy może być zatrzymany przez białkowe inhibitory Cdk; jeśli DNA zostało uszkodzone, w fazie G1 wzrasta stężenie białka p53, które powoduje transkrypcję i utworzenie białka p21 blokującego kompleks cyklina-Cdk fazy S.
§ Cykl komórkowy może być wielokrotnie powtarzany, ale może też zatrzymać się w fazie spoczynkowej lub zakończyć się śmiercią komórki (planowaną lub nie).
Apoptoza
§ Apoptoza jest zjawiskiem dotyczącym pojedynczej komórki; jest to planowana śmierć, zapisana w genomie komórki, korzystna dla całego organizmu.
§ Stanowi podstawę kontroli liczby komórek (np. podczas rozwoju układu nerwowego tworzy się dwa razy więcej komórek nerwowych niż docelowych; nadmiar komórek jest usuwany).
§ Apoptoza modeluje palce w czasie rozwoju embrionalnego.
§ Podczas apoptozy występują bardzo charakterystyczne zmiany morfologiczne; komórka kurczy się i następuje jej fragmentacja poprzez tworzenie ciałek apoptotycznych (otoczone błoną fragmenty komórki zawierające resztki cytoplazmy, organella komórkowe oraz fragmenty chromatyny). Ciałka apoptotyczne są fagocytowane przez sąsiednie komórki lub makrofagi.
§ W apoptozie istotną rolę odgrywają enzymy – kaspazy, które tną kluczowe dla komórki białka, co prowadzi do kontrolowanej śmierci. DNA cięte jest na równe kawałki.
Komórki ulegające apoptozie:
§ Komórki uszkodzone, zainfekowane wirusem lub zmutowane genetycznie; niezdolność do apoptozy jest przyczyną nowotworów.
§ Komórki ściany macicy (menstruacja).
§ Limfocyty T – białe krwinki dojrzewające w grasicy; te które nie potrafią rozpoznawać antygenów lub atakują własne tkanki ulegają apoptozie zanim dostaną się do krwioobiegu.
§ Keratynocyty – komórki skóry; różnicują się w głębokich warstwach skóry, a później przesuwają się w kierunku powierzchni. Martwe komórki tworzą naskórek (warstwę ochronną).
§ Komórki kosmków jelitowych – powstają u nasady kosmka i migrują w kierunku czubka, gdzie obumierają i zostają złuszczone.
§ Komórki nerwowe (w fazie embrionalnej).
§ Komórki w morfogenezie stóp i dłoni (w fazie embrionalnej).
§ Komórki ogona w czasie metamorfozy u żab.
Nekroza (martwica)
§ Jest to śmierć niezaplanowana; proces bierny; wynik działania różnych czynników środowiskowych (niedotlenienie, duże dawki promieniowania, trucizny metaboliczne, wirusy, hipotermia itp.).
§ Zjawisko dotyczy całych grup komórek w tkance; tworzy się odczyn zapalny.
§ Do najważniejszych zmian morfologicznych należy utrata integralności błony komórkowej, pęcznienie cytoplazmy i organelli komórkowych oraz ich dezintegracja, liza komórki (pod wpływem uwolnionych enzymów lizosomalnych).
§ DNA jest cięte w miejscach przypadkowych.
§ Zaburzenia funkcji transporterów, kanałów jonowych.
IV Mitochondria
§ Występują w cytoplazmie wszystkich komórek eukariotycznych.
§ Odpowiadają za transformację energii zawartej w substratach w wysokoenergetyczne wiązania fosforowe w ATP.
§ Wykryto je w 1857 roku w mięśniach owadów (Kollier). W 1952 poznano ultrastrukturę.
§ Można je barwić zielenią Janusową (na kolor zielono-niebieski, przy bezbarwnej cytoplazmie). Przy pomocy rodaminy 123 można wykrywać je przy pomocy mikroskopu fluorescencyjnego.
§ Kształt mitochondriów jest zróżnicowany; może być kulisty, podłużny lub nieregularny (np. nitki). Mitochondria nitkowate stwierdzono w fibroblastach.
§ Wielkość jest zmienna; waha się w przedziałach 0,2 – 0,3 μm średnicy i 2 – 7 μm długości.
§ Kształt i wielkość mitochondriów zmienia się w zależności od warunków metabolicznych, etapu rozwojowego oraz stopnia zróżnicowania komórki.
§ Liczba mitochondriów zależy od typu komórki; najmniej w plemnikach (20 – 24), mało w komórkach naskórka, nowotworowych i limfocytach; więcej w hepatocytach (1000 – 2500), najwięcej w oocytach (do 300 000).
§ Lokalizacja mitochondriów jest związana z zapotrzebowaniem na źródło energii (ATP), z kierunkiem transportu substancji wytwarzanych przez komórki wydzielnicze i pobieranych przez pobierające. Mitochondria leżą w pobliżu substratów procesu utleniania.
o W włóknach mięśni poprzecznie prążkowanych à w pobliżu włókienek kurczliwych.
o W komórkach z rzęskami à u podstawy rzęski.
o W nabłonku jelita cienkiego à w pobliżu powierzchni przylegającej do światła jelita (aktywne wchłanianie produktów trawienia).
§ Mitochondria są organellami dynamicznymi; mają zdolność do przemieszczania się wraz z ruchami cytoplazmy lub w kontakcie z mikrotubulami.
§ Ich namnażanie się w komórce odbywa się poprzez wzrost i podział.
§ Często ulegają fuzji; w procesie spermatogenezy formują spiralną strukturę (ciało mitochondrialne) otaczającą wstawkę plemnika.
2
cyrylek12