Eukarióta sejt PDF

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik Az eukarióta sejt (növényi, állati, gomba)  Kialakulás, általánosságok  Sejtmembrán (I) Az eukarióta sejt kialakulása az eukarióta sejt ma  Az eu...

A eukarióta sejt valódi sejtmaggal, gazdag belső membránstruktúrával (sejtorganellumokkal) és belső vázzal rendelkezik Az eukarióta sejt (növényi, állati, gomba)  Kialakulás, általánosságok  Sejtmembrán (I) Az eukarióta sejt kialakulása az eukarióta sejt ma  Az eukarióta sejt kialakulása archaezoa hipotézis: az eukarióta sejt őse egy DNS genommal Sejtmemrán rendelkező archeobaktérium lehetett az ős- prokarióta – DNS 3 milliárd évvel ezelőtt Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a sejtmembrán betüremkedése Sejtmembrán a sejtmembrán betüremkedése DNS Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a sejtmag kialakulása a maghártyát a citoplazma- Magmembrán Sejtmembrán membránján befűződése eredményezte a lefűződött membrán magában foglalta a DNS-t, Sejtmag DNS mely így elkülönült a sejt többi részétől Citoplazma Az eukarióta sejt kialakulása  az endoplazmás retikulum (ER) és a Golgi készülék kialakulása Magmembrán Sejtmembrán (hasonlóan a sejtmaghoz) a citoplazma membrán Sejtmag DNS befűződésével Citoplazma  Az eukarióta sejt kialakulása  a mitokondrium kialakulása aerob aerob Prokarióta Prokarióta endoszimbiózis elmélete egy ősi eukarióta sejt bekebelezett egy aerob baktériumot, ez szimbiózisban maradt a sejttel átvette a sejtben az energiaszolgáltató funkciót = mitokondrium a DNS-ének nagy részét elveszítette Mitokondrium A mitokondrium saját prokarióta-szerű riboszómákkal rendelkezik, DNS-ének szerkezete is a prokariótákéhoz hasonlít (szabályozó régiók felépítése, nincsenek intronok*, stb). 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 kromatin = a lineáris DNS és az ahhoz kötődő fehérjékből (hisztonok) álló komplexum  a sejtmagvacska (nukleólusz)(egy vagy több)- 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  Feladatai Az eukarióta sejt membránjai 1. a plazmamembrán 2. a magmembrán (külső és belső) 3. az ER és Golgi-apparátus (+ vezikulumok) membránjai 4. a mitokondrium membránja (külső és belső) 5. a peroxiszómák és lizószómák membránja  Az eukarióta sejt membránjai  a plazmamembrán és a sejtalkotók membránrendszerének alapfelépítése és műkődési alapelve azonos = biológiai membránok egér májsejtek egy részlete a piros nyilak mutatják két szomszédos sejt egymásnak simuló plazmamembránját, jobbra és balra az endoplazmatikus retikulum ciszternái láthatók Membrán-modellek A folyékony mozaik membrán modell  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 szerkezete  alapszerkezetét egy lipid molekulákból álló kettős réteg (lipid bilayer) alkotja, amelyben különféle fehérje természetű molekulák helyezkednek el  ezekhez esetenként oligoszacharid (szénhidrát) molekulák kapcsolódnak (glikolipid, glikoprotein) A sejtmembrán szerkezetének vizsgálata: a folyékony nitrogénnel lehűtött preparátumot eltörik. A sejtmembrán szerkezete: építőkövek minden biológiai membrán alapvetően 3 komponensből áll:  lipidekből (foszfolipid, koleszterin, glikolipid)  fehérjékből (perifériás/integrált)  szénhidrátokból (glikoproteinek, glikolipidek) átlagosan: 40-60% lipid, 40-50% fehérje, 2-3% szénhidrát a lipidek és fehérjék részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjában változó  Egyes biológiai membránok összetétele  a lipidek és fehérjék részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjában változó Mitokondrium belső membránja Membránlipidek  foszfolipidek (foszfogliceridek, szfingolipidek)  glikolipidek (cerebrozidok, gangliozidok)  szteroidok (koleszterin) koleszterin nem található a prokarioták, mitokondrium, színtest belső membránjában !!  az egyes lipidek részaránya a sejtorganellumok, sejttípusok membránjaiban igen széles skálán változó Egyes biológiai membránok lipid összetétele  ~ 50%-a foszfolipid,  ~ 25%-a koleszterin,  kisebb része glikolipid és  más lipidek foszfolipidek  Foszfolipidek (foszfatidok) pálca alakú, amfipatikus molekulák – hidrofil kettős oldhatóságú részekkel rendelkeznek feji rész  poláros (hidrofil) „feji” rész  apoláros (hidrofób), hosszú láncú hidrofób „farki” rész farki rész  Foszfolipidek  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) pl. foszfatidil-kolin a leggyakoribb foszfolipid  Foszfolipidek  vizes közegben hajlamosak spontán kettős rétegbe (bilayer) rendeződni  a hidrofil feji rész a vizes fázis felé  a hidrofób farki részek a kettős réteg belseje (egymás felé) néznek lipid bilayer computer-szimuláció  a szabad végek nem stabilak, a kettős réteg gömbszerű képződménnyé zárul össze: liposzóma  ez a szerkezet megakadályozza a vízben oldódó molekulák átjutását a membránon liposzóma liposzóma – EM kép A membrán kettős foszfolipid rétege poláros, apoláros, hidrofób poláros, hidrofil farki részek hidrofil feji rész feji rész vizes közeg vizes közeg 3-5 nm 8-10 nm az állati sejtek plazmamembránja 8-10 nm  Koleszterin  apoláros felépítésű, szteránvázas vegyület  nem alkot kettős réteget, beékelődik a foszfolipid molekulák közé  szteránváza a zsírsavláncokkal hidrofób kapcsolatot alakít ki - hidrogén kötések a szomszéd foszfolipidek oxigén atomjaival-  hatása: normális hőmérsékleten némileg merevíti (stabilizálja) a membránt  mennyisége elérheti a foszfolipidekét (50%)  származékai: szteroidhormonok, epesav, D vitamin A membrán jellemzői  aszimmetria  fluiditás 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 okoból 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) A membrán aszimmetriája: Pl. az egyes foszfolipid komponensek különböző arányban oszlanak meg a membrán bilayer belső és külső lemezében (monolayer-ében) mennyiségi és minőségi eltérések foszfatidil-szerin külső monolayerben való megjelenése apoptózist vált ki !!!  A membrán fluidítása, folyékonysága A membrán megfelelően csak „fluid” állapotában működik A membrán fluidítása, folyékonysága Lipidek mozgása a membránban  rotáció  laterális diffúzió  “flip-flop”, vagy transzverz diffúzió a flip-flop mozgás ritka, az ú.n. foszfolipid transzlokátorok vagy flippázok segítik elő  A lipidek mozgásának (fluiditás) vizsgálata Laterális diffúzió pl.: egy 800 D molekulasúlyú lipid néhány µm-t tud elmozdulni 1 sec alatt! A proteinek nagy méretük miatt lassabban mozognak. Vizsgálati eljárás: fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technika A membrán fluidítása függ:  a hőmérséklettől  a membrán zsírsavösszetételétől  a koleszterin részarányától hő Gél állapot Folyékony állapot alacsony hőmérsékleten a lipidek alig mozognak (befagynak): a lipid kettős réteg gél szerű állapotban van (zselészerű állapot) a hőmérséklet emelkedése gél állapotból folyékony állapotba való átmenetet eredményez A membrán folyékonysága, fluidítása  Telített és telítetlen zsírsavak hatása telített zsÍrsavak: elősegítik a gél állapotba való rendeződést telítetlen zsírsavak: töréshez vezetnek a (acyl)láncban, megnehezítik a gél állapot kialakulását  minél nagyobb egy lipid kettős réteg telített- zsírsav részaránya, annál magasabb a hőmérséklet, amelyen a membrán gélből - folyékony állapotba megy át A membrán fluiditása  A koleszterin (szteroidok) hatása paradox:  magas hőmérsékleten csökkenti a membrán fluiditást (a rigid gyűrűk hatása)  alacsony hőmérsékleten növeli a fluiditást (a szomszédos szénhidrogén láncok természetes elrendeződését gátolva) ezáltal fenntartja a membránfunkciókat és véd a fagyás ellen AZONBAN, csökkentik a lipid bilayer permeabilitását – a foszfolipidek közötti teret kitöltve Lipid raft-ok (lipid tutajok) speciális fehérjék  koleszterinben és szfingolipidekben (+ glikolipidek) Kimutatás: AFM (atom force microscope) gazdag mikrodomének hosszabb zsírsavláncú lipidek koncentrálódnak, más nevei a szakirodalomban: ezért ezen a területen a membrán vastagsága megnő ! - detergent-insoluble glycolipid-enriched complexes (GEM vagy DIG)  a lipid raftokhoz specifikus fehérjék is csatlakoznak - detergent resistant membranes (DRMs)  jelentőségük: membránhoz kötött transzport folyamatok egyes jelfolyamatok komponenseinek összegyűjtése  Membránfehérjék  a membrán fehérjetartalma széles határok között változik, átlagosan 40-50% körüli a velőhüvelyes idegrost mielinhüvelyének plazmamembránjában alig 25%, a mitokondrium belső membránjában elérheti a 70–80%-ot is  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 1. integráns membránfehérjék többé-kevésbé bemerülnek a membránba 1a. transzmembránfehérjék- teljesen átérik a membránt, vagy 1b. integráns monotop membránhehérjék 2. lipidek által kihorgonyzott membránfehérjék - kovalensen kötődnek valamelyik membránkomponenshez (lipidhorgony)  csak a lipid kettősréteg megbontásával (pl. detergenskezeléssel)távolíthatók el 3. perifériás membránfehérjék  a membrán külső vagy belső felszínén lokalizálódnak,  gyengén kötődnek valamelyik membánkomponenshez  a membrán szétbontása nélkül leválaszthatók  Membránfehérjék A membránhoz való kapcsolatuk alapján:  Transzmembrán membránfehérjék  a transzmembrán proteinek membránt átérő szakaszai rendszerint alpha - hélix szerkezetűek,  hidrofil részei a membrán valamelyik felületén kiemelkednek és hidratálva vannak Transzmembrán Unipass Multipass Multi-subunit Transzmembrán membránfehérjék bilayerbe való beágyazódása 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 Funkció: gyakran transzporterek Transzmembrán fehérjék Pl. aquaporinok (vízcsatornák)(6 traszmembrán régió) vízáteresztő transzmembrán csatornákat képeznek a vízmolekulák gyors áthaladását szolgáló csatornák 5x108 vízmolekula / sec a víz folyamatosan áramlik a kanálison keresztül az ozmotikus gradiensnek megfelelően Vvt-ek: 2x105 csatorna/ sejt Perifériás membránfehérjék külső vagy belső membrán asszociált fehérjék  kapcsolat az integráns proteinek hidrofil részeivel vagy a membrán lipidek poláros feji részeivel. A belső membrán felszínhez kötődő perifériás fehérjék rendszerint  a jelátviteli folyamatokban vesznek részt, a sejtfelszíni receptoroktól érkező jeleket közvetítik a citoplazmába  Perifériás membránfehérjék Pl. ankirin, spektrin a vvt membránjában a sejtmembrán szerkezetének stabilizálása és alak meghatározása A plazmamembrán fehérjéi és a sejtváz fehérjéi között teremtenek kapcsolatot. Membránfehérjék funkciói (összefoglalás) TRANSZPORTER KIHORGONYZÁS RECEPTOROK ENZiMEK Egyéb: endocitózis és exocitózis; targeting, szortírozás, fehérjék módosítása az ER vagy a Golgi-ban; a sejtmembrán szerkezetének stabilizálása és alak meghatározása (pl. ankyrin, spectrin)  A sejtmembrán szénhidrát komponensei  Glikoproteinek (gyakori)  Glikolipidek (ritka) oligoszacharid oldalláncaikkal a külvilág felé néznek  Proteoglikánok fehérjékhez kovalens kötéssel kapcsolódó poliszacharid láncok Gyakori szénhidrátok: galaktóz, mannóz, N-acetilglukózamin és sziálsav  A sejtmembrán szénhidrát komponensei  a sejtmembrán külső felszínén a glikokálix (external coat) alkotásában vesznek részt.  a sejtmembrán belső oldalán szénhidrátok nincsenek Funkciók: Felszíni védelem Felismerés Sejtadhézió