Eukarióta sejt kialakulása

Az eukarióta sejt kialakulása

• Az archaezoa hipotézis szerint az eukarióta sejt őse egy DNS genommal rendelkező archeobaktérium lehetett
• A sejtmembrán betüremkedése fontos szerepet játszott a sejtmag kialakulásában
• A lefűződött membrán magában foglalta a DNS-t, így elkülönült a sejt többi részétől
• Az endoplazmatikus retikulum (ER) és a Golgi készülék kialakulása hasonlóan történt a sejtmag kialakulásához: a citoplazma membrán befűződésével
• A mitokondrium kialakulása endoszimbiózis révén történt: egy ősi eukarióta sejt bekebelezett egy aerob baktériumot, ami szimbiózisban maradt a sejttel és átvette az energiaszolgáltató funkciót
• A mitokondrium saját prokarióta-szerű riboszómákkal rendelkezik, DNS-ének szerkezete is a prokariótákéhoz hasonlít (szabályozó régiók felépítése, nincsenek intronok)
• A mitokondrium kettős membránnal rendelkezik: a belső baktériumszerű, a külső eukarióta eredetű

Az eukarióta sejt általános jellemzői

• Kívülről a sejtmembrán borítja
• Sejtmagja (nukleusz) van, melyet egy kétrétegű magmembrán választ el a citoplazmától
• Genetikai anyaga igen komplex módon csomagolt a kromatinban, ami a lineáris DNS és az ahhoz kötődő fehérjékből (hisztonok) álló komplexum
• A sejtmagvacska (nukleólusz) a riboszómális RNS-ek szintézisének helye
• Membránokkal határolt sejtorganellumokkal rendelkezik = kompartimentalizáció
• Belső váza (citoszkeletonja) van, ami a sejtnek alakot biztosít, a mozgás képességet adja, az organellumok elhelyezkedését és mozgatását biztosítja
• A transzkripció színtere a sejtmag, míg a fehérje szintézisre a citoplazmában kerül sor

A sejtmembrán szerkezete és feladatai

• Az eukarióta sejt membránjainak alapfelépítése és műkődési alapelve azonos = biológiai membránok
• A plazmamembrán és a sejtorganellumok membránrendszerének felépítése megegyezik
• A folyékony mozaik membrán modell szerint a sejtmembrán kettős foszfolipid rétegből és az abba beékelődő proteinekből áll
• A membrán nem merev képződmény, hanem többirányú mozgás figyelhető meg a lemez síkjában (folyékony)
• A fehérje molekulák megszakítják a lipid réteg „egyhangúságát” (mozaikos)
• A sejtmembrán lipid molekulákból álló kettős rétegből (lipid bilayer) és benne elhelyezkedő fehérjékből áll
• A membránhoz esetenként oligoszacharid (szénhidrát) molekulák kapcsolódnak (glikolipid, glikoprotein)

A sejtmembrán felépítése

• Minden biológiai membrán alapvetően 3 komponensből áll: lipidekből (foszfolipid, koleszterin, glikolipid), fehérjékből (perifériás/integrált) és szénhidrátokból (glikoproteinek, glikolipidek)
• A lipidek és fehérjék részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjában változó

Membránlipidek

• 3 fő csoportba sorolhatók: foszfolipidek (foszfogliceridek, szfingolipidek), glikolipidek (cerebrozidok, gangliozidok) és szteroidok (koleszterin)
• Koleszterin nem található a prokarioták, mitokondrium és színtest belső membránjában

Foszfolipidek

• Pálca alakú, amfipatikus molekulák – kettős oldhatóságú részekkel rendelkeznek
• Poláros (hidrofil) „feji” rész: glicerin-foszfát váz + poláros bázis (pl.kolin, szerin, etanolamin) vagy szénhidrát (inozitol, N-acetilezett cukor)
• Apoláros (hidrofób) „farki” rész: két alifás zsírsavlánc: rendszerint az egyik telitett (palmitinsav, sztearinsav), a másik telítetlen (oljsav, linolénlav)
• Vizes közegben hajlamosak spontán kettős rétegbe rendeződni: a hidrofil feji rész a vizes fázis felé, a hidrofób farki részek a kettős réteg belseje (egymás felé) néznek
• A szabad végek nem stabilak, a kettős réteg gömbszerű képződménnyé zárul össze: liposzóma
• A kettős réteg szerkezete megakadályozza a vízben oldódó molekulák átjutását a membránon

Koleszterin

• Apoláros felépítésű, szteránvázas vegyület
• Nem alkot kettős réteget, beékelődik a foszfolipid molekulák közé
• Szteránváza a zsírsavláncokkal hidrofób kapcsolatot alakít ki
• Hatása: normális hőmérsékleten némileg merevíti (stabilizálja) a membránt
• Mennyisége elérheti a foszfolipidekét (50%)

A membrán jellemzői

• A membránok aszimmetriát mutatnak
• Fluiditással jellemezhetők

A membrán aszimmetriája

• A lipidek döntő hányada egyenlőtlen arányban oszlik meg a két lipid-monolayerben – mennyiségi és minőségi eltérések
• A membránok biogenezise során alakul ki
• A kialakult aszimmetria termodinamikai okból gátolja a lipidek cseréjét a két felszín között
• Külső layer: felismerési folyamatok és jeltovábbítás (pl.glikolipidek)
• Belső layer: a sejt belső terébe történő jeltovábbításban fontosak (pl.foszfatidiletanolamin, foszfatidilinozitol, foszfatidilszerin)

Membránfehérjék

• A membrán fehérjetartalma széles határok között változik, átlagosan 40-50% körüli
• A fehérje és lipid aránya a membránban a molekulasúly alapján 50-50% körüli, de mivel a fehérjék jóval nagyobbak, a molekulák száma alapján 1 fehérjére kb. 50-100 lipid molekula jut

Membránfehérjék a membránhoz való kapcsolódásuk alapján

• Integráns membránfehérjék: többé-kevésbé bemerülnek a membránba
  • Transzmembránfehérjék: teljesen átérik a membránt
  • Integráns monotop membránfehérjék
• Lipidek által kihorgonyzott membránfehérjék: kovalensen kötődnek valamelyik membránkomponenshez (lipidhorgony)
• Perifériás membránfehérjék: a membrán külső vagy belső felszínén lokalizálódnak, gyengén kötődnek valamelyik membánkomponenshez

Transzmembrán membránfehérjék

• A transzmembrán proteinek membránt átérő szakaszai rendszerint alpha - helix szerkezetűek
• Hidrofób részei a membrán valamelyik felületén kiemelkednek és hidratálva vannak
• Funkció: gyakran transzporterek
• Az a-helikális szerkezet igen gyakori
  • A hidrofób aminosavak felszínre kerülésével a proteinek jól rögzülnek a membrán hidrofób rétegében
  • Az a-helikális szerkezetek hidrofil komponensei a pórusképzésben fontosak