Komorka3.rtf

Wykład 3                                                                                                                              Podstawy histologii

KOMÓRKA cz. III

Mitochondria

Są to pałeczkowate lub kuliste organelle o wielkości 2-5 mm, zbudowane z podwójnej błony biologicznej. Błona wewnętrzna tworzy fałdy (grzebienie). Mitochondria nie uczestniczą w przepływie błon, namnażają się przez podział i nie mogą powstać de novo, a ich błony mają unikatowy charakter.

Przedziały mitochondrialne:

·         błona zewnętrzna: przepuszczalna dla substancji niskocząsteczkowych (< 5kDa), zawiera translokony dla importu białek z cytoplazmy;

·         przestrzeń międzybłonowa: zawiera kinazy nukleotydów

·         błona wewnętrzna: bardzo bogata w białka, selektywnie przepuszczalna (liczne transportery), zawiera układ przenośników elektronów (łańcuch oddechowy), kompleksy syntazy ATP w formie „grzybków mitochondrialnych” oraz translokony dla importu białek z cytoplazmy

·         macierz (przestrzeń wewnętrzna), zawiera enzymy cyklu Krebsa i beta-oksydacji kwasów tłuszczowych, aparat genetyczny (p. dalej) i ziarna zbudowane z fosforanów wapnia (ciałka gęste).

Synteza ATP (fosforylacja oksydacyjna) jest główną funkcją mitochondriów. Wymaga współdziałania enzymów cyklu Krebsa, łańcucha oddechowego i syntazy ATP. W trakcie przenoszenia elektronów trzy składniki łańcucha oddechowego wykorzystują uwalnianą energię do „pompowania” protonów

z macierzy do przestrzeni międzybłonowej. Powstały gradient protonowy służy jako źródło energii dla syntezy ATP w „grzybkach” (a także dla aktywnego transportu przez błonę wewnętrzną oraz dla importu białek). Grzybek mitochondrialny (kompleks syntazy ATP, F0-F1 ATPaza) składa się z „nóżki” (F0) zawierającej transporter protonowy i „główki” (F1) - syntazy ATP. Grzybek działa jak „turbina molekularna”: protony powracające zgodnie z gradientem stężenia do macierzy wprawiają fragment F0 w ruch obrotowy względem nieruchomego fragmentu F1, co powoduje cykliczną zmianę jego konformacji, prowadzącą do łączenia się ADP i P w cząsteczki ATP. W trakcie jednego obrotu powstają 3 cząsteczki ATP.

Inne funkcje mitochondriów:

·         β-oksydacja kwasów tłuszczowych

·         ostatnie etapy syntezy hormonów steroidowych

·         udział w regulacji poziomu Ca2+ w komórce

·         produkcja ciepła (specjalne mitochondria w komórkach tkanki tłuszczowej brunatnej)

·         udział w procesie apoptozy

Aparat genetyczny mitochondriów

·         pętlowy,bezhistonowy DNA (mtDNA)

·         wszystkie rodzaje RNA (m, t, r)

·         rybosomy (mniejsze od cytoplazmatycznych)

·         enzymy niezbędne do procesów replikacji, transkrypcji i translacji

mtDNA jest krótki (ok. 16 500 par nukleotydów) i koduje:

- dwa rodzaje rRNA do rybosomów mitochondrialnych

- 22 cząsteczki tRNA

- 13 białek błony wewnętrznej.

Pozostałe białka mitochondrialne są kodowane w DNA jądrowym, syntetyzowane w cytoplazmie na wolnych rybosomach i po translacji wbudowywane do mitochondriów.

Własny, choć szczątkowy aparat genetyczny mitochondriów jest pozostałością ewolucyjnego pochodzenia tych organelli. Wywodzą się z prymitywnych bakterii, które uzyskały zdolność do fosforylacji oksydacyjnej i zostały pochłonięte przez nieposiadające tej zdolności komórki eukariotyczne (teoria endosymbiotyczna).

Import białek do mitochondriów

Produkowane na cytoplazmatycznych rybosomach białka mitochondrialne mają odpowiednie odcinki sygnałowe, rozpoznawane przez receptory związane z translokonami zewnętrznej błony mitochondrialnej. Ich import wymaga skoordynowanego działania translokonów błony zewnętrznej i wewnętrznej, które łączą się ze sobą, tworząc tzw. miejsca kontaktowe. Białka mogą przejść przez translokony wyłącznie w formie „rozwiniętej”, dlatego import wymaga współdziałania tzw. białek opiekuńczych hsp umożliwiają rozwijanie i zwijanie importowanych białek. Zależnie od odcinka sygnałowego, białka są wbudowywane do poszczególnych przedziałów mitochondrialnych.

Peroksysomy

Są to pęcherzyki (0,1-1,0 mm) otoczone pojedynczą błoną zawierającą unikatowe dla niej białka, w tym transportery dla substratów enzymów peroksysomowych. Wewnatrz peroksysomów znajdują się enzymy: oksydazy peroksysomowe, które utleniając różne substraty produkują nadtlenek wodoru, katalaza, która ten nadtlenek rozkłada, a także enzymy ß-oksydacji kwasów tłuszczowych, enzymy biosyntezy lipidów oraz aminotransferazy.

Funkcje peroksysomów:

·         utlenianie różnych substratów, w tym detoksyfikacja

·         rozkład nadtlenku wodoru

·         ß-oksydacja długołańcuchowych kw. tłuszczowych

·         synteza cholesterolu, kwasów żółciowych i eterolipidów (plazmalogenów)

·         degradacja puryn

Peroksysomy namnażają się przez podział, ich białka błonowe i enzymy są kodowane w DNA jądrowym, syntetyzowane w cytoplazmie na wolnych rybosomach i po translacji wbudowywane do peroksysomów. Białka te mają odpowiednie odcinki sygnałowe (PTS) i są importowane do peroksysomów przy udziale specyficznych receptorów i białek przenoszących, tzw. peroksyn.

Cytoszkielet

Cytoszkielet to układy cienkich włókienek białkowych w cytoplazmie. Klasyfikacja:

Mikrotubule są cienkimi rurkami. Wyróżnia się w nich koniec „+”, dynamiczny, na którym może zachodzić polimeryzacja tubuliny (wydłużanie mikrotubuli) lub jej depolimeryzacja (skracanie) oraz stabilny koniec „–” , zlokalizowany w pobliżu centrioli (p. dalej).

Wyróżniamy mikrotubule nietrwałe (mogą się rozpadać, do tej kategorii należy większość mikrotubul cytoplazmatycznych) i trwałe (po zakończeniu wzrostu nie rozpadają się). Trwałe mikrotubule tworzą struktury wyższego rzędu: aksonemy rzęsek (migawek) i witek (p. tkanka nabłonkowa) oraz centriole. W tych strukturach mikrotubule łączą się bocznie w pary (dublety) lub trójki (triplety).

Centriola to walec o długości 0,5 mm, którego ścianę tworzy 9 tripletów mikrotubul. Centriole inicjują i kontrolują wzrost nowych mikrotubul, a także uczestniczą w podziale komórki (tworzą bieguny wrzeciona podziałowego). Dwie centriole ułożone pod kątem prostym, w większości komórek zlokalizowane w pobliżu jądra to centrosom.

Mikrofilamenty – podobnie jak mikrotubule mają koniec „+” i „–”, i dzielą się na nietrwałe i trwałe (w połączeniach międzykomórkowych, w niektórych komórkach nabłonkowych - sieć krańcowa, w komórkach mięśniowych)

Mikrotubule i mikrofilamenty uczestniczą w zjawiskach ruchowych komórki poprzez współpracę z mechanoenzymami (białkami motorycznymi), które "kroczą" po ich powierzchni zużywając ATP i do których mogą przyczepiać się inne struktury;

·         mikrotubule współpracują z dwoma mechanoenzymami: dyneiną (kroczy w kierunku końca „–”) i kinezyną (kroczy w kierunku końca „+” ) – w ten sposób wzdłuż mikrotubul są przesuwane w obu kierunkach struktury wewnątrzkomórkowe - pęcherzyki, organelle, chromosomy podczas podziału.

·         mikrofilamenty współpracują z miozyną, która kroczy w kierunku końca „+” zazwyczaj zakotwiczonego w błonie komórkowej; ten mechanizm odpowiada za zmiany konfiguracji błony (tworzenie wypustek, fagocytoza), ruch pełzakowaty i skurcz komórki.

Filamenty pośrednie są zbudowane z łańcuchów białkowych skręconych w formę liny (wytrzymałe, elastyczne). Nie współpracują z mechanoenzymami, pełnią wyłącznie funkcje podporowe (wewnątrz komórki i w połączeniach międzykomórkowych). Są zbudowane z różnych białek, zależnie od miejsca występowania (specyficzność tkankowa, nie dotyczy lamin).