Sejtbio - TELJES ÁTDOLGOZOTT PDF

A Sejt Sejtelmélet minden élő szervezet egy vagy több sejtből épül fel a sejt az élő szervezet szerkezeti és műkődési alapegysége minden sejt már meglévő sejtekből származik Sejt mérete (átmérő): 1-100 mikron az érett petesejt 200 µ (szabad szemmel is látható) sejten belüli nagyobb mak...

A Sejt Sejtelmélet minden élő szervezet egy vagy több sejtből épül fel a sejt az élő szervezet szerkezeti és műkődési alapegysége minden sejt már meglévő sejtekből származik Sejt mérete (átmérő): 1-100 mikron az érett petesejt 200 µ (szabad szemmel is látható) sejten belüli nagyobb makromolekuláris komplexek: 10nm atomok: 0,1nm Minden élő sejt közös tulajdonságai minden sejt másik sejtből alakul ki minden sejtben a DNS hordozza a genetikai információt (genom) a genetikai információ átadásának iránya mindig: DNS → transzkripció→ transzláció→ fehérje minden sejt differenciálódásra képes minden sejtet sejtmembrán határol el környezetétől minden sejt állandó kölcsönhatásban van környezetével „nyitott rendszer” az energiatárolás ATP (adenozintrifoszfát) formájában történik A sejt felépítése: Sejtmembrán Citoplazma (citoszól és sejtalkotók) Sejtmag A sejtek alapvető kategóriái: Prokarióták: alacsonyabb rendű, valódi maggal nem rendelkező sejtek Eukarióták: magasabb rendű, valódi maggal rendelkező sejtek 1  Prokarióták Jellemzői: egyszerű felépítésű kisméretű (0,1-1 µ) nem található benne igazi, maghártyával rendelkező sejtmag pro (elő)-karyon (mag)- DNS-t tartalmazó terület = nukleoid sejtmembrán határolja, de más intracitoplazmatikus membrán, sejtorganellum hiányzik legfontosabb képviselői a baktériumok ▪ két nagy csoport: ősbaktériumok és eubaktériumok ▪ különböző alakú és nagyságú sejtek ▪ szerkezete: Sejtburok, Sejtmembrán, Citoplazma, Nukleoid (bakteriális DNS) 1. Sejtburok - a sejtmembránt borítja Glikokálix - a sejtfalra kívülről rárakodó polimérek: fehérje, polisacharid komplex - Szerep: véd a kiszáradástól, sokszor tartalék tápanyag Sejtfal - rigid szerkezet, a sejt alakjának meghatározója - baktériumfajonként eltérő szerkezet ▪ Gram-pozitív b. - egyszerűbb sejtfal, vastag murein réteg (80 nm) ▪ Gram-negatív b. - rétegezett felépítésű sejtfal, vékony murein réteg (20 nm) Ostor (flagellum) - hosszú, dugóhúzószerűen csavarodott, fonalszerű képződmény - mozgatásával a baktérium aktív mozgásra képes - flagellin fehérje alkotja - szerkezetileg és műkődésileg is különbőzik az eukarióták csillóitól, ostorától Pilusok - vékony (7-10nm) tűszerű csövek - feladat: egymás közötti kommunikáció - pilin nevű fehérje alkotja- (egy lektin) az eukarióták szénhidrátburkát ismeri fel - Sexpilusok: DNS átvitelét teszik lehetővé egy másik sejtbe: konjugáció 2. Sejtmembrán a citoplazmát kívülről borító membrán: citoplazma membrán felépítése hasonló az eukariótákéhoz Sajátosság: Mezoszóma - sejtmembrán begyűrődése - Szerep: a DNS rögzítése; Osztódáskor, a DNS szétosztása a két utódsejtbe - Fotoszintétikus baktériumokban (pl. Cianobaktériumok) a fotoszintézis helye (klorophil) 2 3. Citoplazma bioszintétikus folyamatok szintere igazi sejtorganellumok hiányoznak riboszómák (kisebb és több mint az eukariótáknál) RNS-ből és fehérjékből álló makromolukulák aggregátuma enzimek, anyagcsere termékek vakuolumok, granulumok (tápanyagok felhalmozódása a citoplazmában) 4. Maganyag kétszálú cirkuláris (gyűrűszerű) DNS- nukeloid „bakteriális kromoszóma” nincs maghártya, csomagoló fehérjék, kromatin, magvacska plazmidok: kisebb méretű cirkuláris DNS molekulák, önálló replikációra képesek A DNS-t nem veszi körül maghártya: a génexpresszió két lépése- a transzkripció és a transzláció- nem különül el térben és időben A bakteriális plazmidok kis gyűrű alakú és kettős szálú DNS-molekulák (1-200 kiloBázis) (extrakromoszomális DNS molekulák) egyesek képesek az intrakromoszomális genomba is integrálódni (episzómák) nem esszenciálisak – a bennük levő gének a baktérium számára nem létfontosságúak főleg rezisztenciagéneket kódolnak a kromoszómáktól függetlenül replikálódhatnak (másolódhatnak) egyik sejtből a másikba (akár más faj sejtjeibe is) átadódhatnak = horizontális géntranszfer átvihetik az ellenállóképességet antibiotikumokkal szemben, akár különböző fajok között is a géntechnikában, klónozásban - vektorokként használják (pl. rekombinált inzulin nyerése) vektorok = szállítóeszköz idegen DNS számára Vírusok nem sejtes szerveződésű organizmus csak más élőlények sejtjeiben (gazdasejt) képes szaporodni a gazdasejt lehet: növény, állat, gomba, baktérium (bakteriófág) nanométeres nagyságrendűek, csak EM-al láthatók a gazdasejten kívül a vírus mint virion létezik - amely genomból (virális nukleinsav), fehérjeburokból (kapszid) és egyes fajok esetén egy külső lipidburokból áll Virális fertőzés - vagy elpusztítja a gazdasejtet - vagy beépül annak DNS-be és megváltoztatja a sejt működését 3  Az Eukarióta Sejt Eukariota sejt kialakulás (archaezoa hipotézis) az eukarióta sejt őse egy DNS genommal rendelkező archeobaktérium lehetett a sejtmembrán betüremkedésével kialakult a sejtmag, az endoplazmás retikulum (ER) és a Golgi készülék A mitokondrium kialakulása (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 A mitokondrium saját prokarióta-szerű riboszómákkal rendelkezik, DNS-ének szerkezete is a pro- kariótákéhoz hasonlít (szabályozó régiók felépítése, nincsenek intronok*, stb). kettős membránnal rendelkezik: a belső baktériumszerű, a külső eukarióta eredetű Általános jellemzők 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 (nukleolusz)(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 4  A Sejtmembrán Membránfélék - a plazmamembrán és a sejtalkotók membránrendszerének alapfelépítése és műkődési alapelve azonos = biológiai membránok a plazmamembrán a magmembrán (külső és belső) az ER és Golgi-apparátus (+ vezikulumok) membránjai a mitokondrium membránja (külső és belső) a peroxiszómák és lizószómák membránja 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) minden biológiai membrán alapvetően 3 komponensből áll: - lipidekből (foszfolipid, koleszterin, glikolipid): 40-60% - fehérjékből (perifériás/integrált): 40-50% - szénhidrátokból (glikoproteinek, glikolipidek): 2-3% Membránlipidek foszfolipidek (foszfogliceridek, szfingolipidek): ~ 50% glikolipidek (cerebrozidok, gangliozidok): szteroidok (koleszterin): ~ 25% - koleszterin nem található a prokaryoták, mitokondrium, színtest belső membránjában !! 5 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) 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 a szabad végek nem stabilak, a kettős réteg gömbszerű képződménnyé zárul össze: liposzóma ez a szerkezet 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 (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 asszimetriája a lipidek döntő hányada egyenlőtlen arányban oszlik meg a két lipid-monolayerben - mennyiségi és minőségi eltérések a membránok biogenezise során alakul ki a kialakult asszimetria termodinamikai okoból gátolja a lipidek cseréjét a két felszín között Külső layer: felismerő folyamatok és jeltovábbítás (pl. glikolipidek) Belső layer: a sejt belső terébe történő jeltovábbításban fontosak (pl. foszfatidiletanolamin, foszfatidilinozitol, foszfatidilszerin) az egyes foszfolipid komponensek különböző arányban oszlanak meg a membrán bilayer belső és külső lemezében (monolayer-ében) foszfatidil-szerin külső monolayerben való megjelenése apoptózist vált ki !!! A membrán fluidítása, folyékonysága A membrán megfelelően csak „fluid” állapotában működik 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 proteinek nagy méretük miatt lassabban mozognak. Vizsgálati eljárás: fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technika 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 telített zsÍrsavak: elősegítik a gél állapotba való rendeződést telítetlen zsírsavak: töréshez vezetnek a (acyl)láncban, megnehezítik a gél állapot kialakulását 6 A koleszterin (szteroidok) hatása magas hőmérsékleten csökkenti a membrán fluiditást (a rigid gyűrűk hatása) alacsony hőmérsékleten növeli a fluiditást (a szomszédos szénhidrogén láncok természetes elrende- ződését 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) koleszterinben és szfingolipidekben (+ glikolipidek) gazdag mikrodomének hosszabb zsírsavláncú lipidek koncentrálódnak, ezért ezen a területen a membrán vastagsága megnő a lipid raftokhoz specifikus fehérjék is csatlakoznak 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 A membránhoz való kapcsolódásuk alapján 1. integráns membránfehérjék többé-kevésbé bemerülnek a membránba 1a. transzmembránfehérjék- teljesen átérik a membránt, vagy 1b. integráns monotop membránfehérjék 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 Transzmembrán membránfehérjék (Unipass Multipass Multi-subunit) a transzmembrán proteinek membránt átérő szakaszai rendszerint alpha - hélix szerkezetűek, hidrofil részei a membrán valamelyik felületén kiemelkednek és hidratálva vannak 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 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 7 Perifériás membránfehérjék kapcsolat az integráns proteinek hidrofil részeivel vagy a membrán lipidek poláros feji részeivel a jelátviteli folyamatokban vesznek részt, a sejtfelszíni receptoroktól érkező jeleket közvetítik a citoplazmába ankyrin, spectrin a vvt membránjában a sejtmembrán szerkezetének stabilizálása és alak meghat. Membránfehérjék funkciói transzporterek kihorgonyozás Receptorok enyimek 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 külső felszínén a glikokálix (external coat) alkotásában vesznek részt. a sejtmembrán belső oldalán szénhidrátok nincsenek Funkciók: - Felszíni védelem - Felismerés - Sejtadhézió 8  A Sejtmembrán Feladatai 1. Transzport 1.a. Kis molekulák és ionok transzportja Az egyes ionok koncentrációja a sejten belül és kívül lényegesen különbözik egymástól A pozitív és negatív töltésű részecskéknek egyensúlyban kell lenniük mind a sejten belül, mind a sejten kívül - Na+ – a leggyakoribb kation a sejten kívül (Cl- egyenlíti ki) - K + – a leggyakoribb kation a sejten belül (kb. sejten belüli anionok egyenlítik ki) A különböző ionmegoszlást a sejten belül és kívül részben a kettős lipidréteg áteresztőképessége részben pedig a membrán transzportfehérjék biztosítják - fehérjementes lipid kettős réteg a legtöbb vízben oldódó molekula számára átjárhatatlan - specializált membránfehérjék felelősek a kis vízben oldódó molekulák sejtmembránon való átjuttatásáért A sejtmembrán áteresztő képessége (permeabilitása) Könnyen átereszt - kicsi, apoláros hidrofób molekulákat, O2 -t, CO2 -t - kicsi, töltéssel nem rendelkező poláros molekulákat (víz, alkohol (etanol), glicerin) Nehezen vagy nem enged át: - ionokat és nagyobb poláros molekulákat (aminosavak, glukóz, nukleotidok, stb.) Egyszerű diffúzió (lipidfázison át zajló diffúzió) egyes kismolekulájú töltéssel nem rendelkező részecskék oldódnak a membrán lipidfázisában, s így jutnak be a citoplazmába v. ki a sejtek közötti térbe a részecskék egyenletes eloszlására törekszik az áramlás mindig a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebb koncentrációjú hely felé történik nem igényli fehérje molekulák közreműködését Pl. O2 , CO2 , szteroid hormonok, alkohol stb. Ozmózis (vízmolekula diffúziója a sejtmembránon keresztül) ha egy oldott anyag koncentrációja (ozmotikus nyomás) a sejten belül magasabb mint a sejten kívül, akkor a víz ozmózis útján a sejtbe hatol, a sejt duzzad ha egy sejt magas sókoncentrációjú oldatba kerül, akkor víz lép ki belőle, a sejt zsugorodik Gyakorlati vonatkozás: sportitalok (rehidratálás), agyi ödéma kezelése (pl. 20% -os mannitol) Csatornán át történő transzport (passzív transzport) a lipidtartalmú membránon át vizes csatornák, ún. pórusok húzódnak a csatornákat integráns membránfehérjék alkotják, amelyek konformáció változása a csatornákat nyitja vagy csukja nyitott állapotban anyagáramlás a kémiai vagy elektrokémiai (kémiai+elektromos) gradiens irányába történik így jutnak át ionok (Na+, K+ , Ca2+, Clstb. csatornák), kisebb poláris molekulák, a víz vízcsatornák) 9 Csatornák (csatorna-fehérjék) osztályozása feszültségfüggő - a membrán 2 oldala közötti feszültségkülönbség szabályozza (pl. idegsejtek, izomsejtek membránjában) ligandfüggő - a receptorhoz kötődő kémiai ligandum szabályozza; a ligandumok származhatnak a sejten kívülről v. ritkábban a sejtek belsejéből (pl. Hormonok) mechanoszenzitív vagy stresszfüggő – mechanikai hatásra (nyújtás, nyomás) nyílnak meg (pl. belső fül szőrsejtjein) Vízcsatornák (aquaporinok) specializált csatornák, amelyek lehetővé teszik a töltés nélküli vízmolekulák gyors és szelektív átáramlását a membránon (ionok nem jutnak át) a víz átjutása 1000x gyorsabb mint diffúzióval (pl egyetlen aquaporin-1 csatorna mp-ként 3 milliárd víz molekulát képes átengedni) Jelentőség: - az agy vízháztartás egyensúlyának fenntartásában - a bőrön keresztül történő izzadtság kiválasztásában az aquaporin 2 hiánya a veses gyújtőcsatornáiban - „renalis diabetes insipidus” (csökkent vízreszorbció, polyuria) Ioncsatornák szervetlen ionok transzportját végzik: Na+, K+, Cl- , Ca2+ ionszelektívek (függ a csatorna alakjától és átmérőjétől, valamint az őket bélelő töltött aminosavaktól: „szelektivitási szűrő”) szabályozottak (rendsz. feszültségfüggő) nyitott és zárt konformáció között váltanak Jelentőség: a membrámpotenciál változásai, az elektromos szignál átvitele a hirtelen szívhalált és veleszületett szívritmuszavarokat különféle - elsősorban a K+ - csatorna gének mutációja okozza Patch-Clamp technika- egyetlen ioncsatorna aktivitásának mérésére Nyomás-függő ioncsatornák teszik számunkra lehetővé a hallást a szőrsejtek apicalis felszínén helyezkednek el a sztereociliumok, nagyság szerint ezek megdöntése (endolimfa mozgása) nyomás-függő ioncsatornák megnyílását és a környező folyadékból a sejtbe irányuló pozitiv ion beáramlást eredményez ez aktiválja a sejtet és az alatta levő idegvégződéseket Funkcióik minden transzporter szelektív, sok csak egyetlen molekulatípust szállít minden sejtmembrán saját jellemző transzporter szerelvénnyel rendelkezik plazmamembrán kb. transzportereket tartalmaz tápanyagok, mint glukóz, aminosavak és nukleotidok számára a lizoszómamembrán H+ transzportert tartalmaz, a lizoszómán belüli savas pH biztosítására a mitokondrium belső membránja transzportert tartalmaz a pyruvát számára (nyersanyag az ATP- szintézishez) és ATP-transzportert , az előállított ATP kivitelére 10 A transzporterek osztályozása az anyagtranszport irányítottsága szerint uniporterek - egyetlen molekulát szállítanak,brendszerint facilitált diffúzióval (passzív) felgyorsítják a termodinamikailag megengedett transzport folyamatokat (pl. glukóz transzporter) kotranszporterek két- vagy többfélemolekula mozgatását végzik két típus: - szimporterek-ugyanabba az irányba szállítják a molekulákat (pl. glukóz- és aminosav felvétele Na influxhoz kapcsoltan; Na+-Cl- kotranszporter) - 2b. antiporterek- egy molekulaféleséget a sejtbe, a másikat a sejtből az extracelluláris térbe szállítják; az egyik molekulát rendszerint facilitált diffúzióval (passzív), míg a másikat ún. másodlagos aktív transzporttal szállítják (pl. Na+-Ca2+ antiporter) Facilitált diffúzió a membránon átnyúló szállító (transzporter) fehérjék végzik: carrier-ek reverzibilis konformációváltozás révén (nincs nyitott pórus-szerkezet) átjutás a koncentráció- vagy elektrokémiai- gradiens irányába történik a szállított anyag így gyorsabban jut át, mint a molekula méretéből, lipidoldékonyságából, koncentráció gradienséből következne ilyen módon juthatnak át - metabolitok, tápanyagok, ionok, makromolekulák; így veszik fel a szöveti sejtek a glukózt ! Glúkoz- transzporter (GLUT) - emlősök májsejtjeinek plazmamembránjában és sok más egyéb sejttípusban - egy polipeptidlánc, amely legalább 12x áthalad a membránon - legalább két kb. konformáció felvételére képes, az egyikben a transzporter glúkózkötőhelye a sejt külső, a másikban a sejt belső fele felé néz - a glukóz átfolyása mindkét irányban végbemehet, a konc-gradiensnek megfelelően pl. étkezés után befele, éhezés esetén kifele (glikogen lebontás a sejtben) Aktív transzport szállítás a koncentrációgradiens ellenében fontos a sejt belső ionösszetételének a fenntartásához és a sejten kívül alacsonyabb koncentrációban jelen levő oldott anyagok sejtbe való szállításához Elsődleges aktív transzport Proton pumpák - mitokondrium, kloroplasztisz membránban, vesecsatornák hámsejtjeiben, gyomornyálkahártya egyes sejtjeiben Na+ K+ -ATP-áz (Na-pumpa) - az ATP hidrolíziséből származó energiát használja arra, hogy a Na+ -t a sejtből ki, a K+ -t pedig a sejtbe be pumpálja, mindkettőt az elektrokémiai gradiens ellenében - központi szerepet játszik a sejt energiaháztartásában, 11  - a sejt össz-ATP mennyiségének 30%-át elhasználja - fenntartja a 10-30x kisebb Na+- és10-30x magasabb K+- konc.-t a citoszólban az extracelluláris térhez viszonyítvaâ - a pumpa 3 Na+-kötő és 2 K+-kötő hellyel rendelkezik - a sejtek plazmamembrán-potenciáljának (60-90 mV) fenntartása - ozmotikus nyomás csökkentése ( sejt térfogatának és alakjának fenntartása) - sejten belüli enzimműködések számára fontos magas K+ koncentráció biztosítása Ca2+- pumpa - biztosítja a sejten belüli alacsony Ca2+ koncentrációt - i.c. Ca2+ konc. igen alacsony 10-4 mM. - e.c. Ca2+ konc jóval magasabb: 1-2 mM - a Ca2+-pumpa is egy ATP-áz, a ciklus alatt foszforilálódik és defoszforilálódik (reverzibilis konformációváltozás) - előfordul: a plazmamembránban és az ER-membránjában főleg izomsejtekben, idegsejtekben, csontsejtekben ABC transzporterek - eltérő szerkezetű fehérjék, közös szerkezeti vonásuk, hogy felépítésükben hat transzmembrán domén vesz részt, melyek citoplazmatikus ATP- kötő doménekkel egészülnek ki - fontos szerepet játszanak ionok, aminosavak, fehérjék, szteroidok, epesavak, toxinok, foszfolipidek, antibiotikumok, tumorellenes szerek, citosztikumok stb., aktív transzporttal történő kipumpálásában (exporterek) - megközelítőleg 50 különböző ABC transzporter ismert az emberi sejtekben, melyek a szervezet különböző fiziológiás folyamataiban vesznek részt. ▪ P-glikoprotein (multidrog transzporter, MDR1) ❖ egyik legrégebben ismert ABC transzporter fehérje ❖ májban, vesében, mellékvesében, bélhámsejtekben, hasnyálmirigyben és a vér- agy gátban fejeződik ki ❖ zámos toxikus anyag eltávolítását végzi a szervezetből ❖ túlzott sejtfelszíni expressziója multidrog rezisztenciát eredményez (pl. daganatsejtek rezisztenssé válnak a citosztatikumokra) ▪ CFTR (cisztás fibrózis transzmembrán konduktancia regulátor) ❖ nem aktív transzporter hanem Cl-ion csatorna ❖ hámsejteken fejeződik ki ❖ a csatornát kódoló gén mutációja a cisztás fibrózis nevű betegséget okozza (nyák besűrűsödése a légutakban és emésztő készülékben; fertőzésveszély) Másodlagos aktív transzport- kotranszporterek Glukóz-Na+ -szimporter - a Na+ elektrokémiai gradiensét használja a glukóz sejtbe való szállítására lehetővé teszi a glukóz aktív felvételét pl. bélhámsejtek esetében, akkor is, ha a sejtben a glukózkoncentráció nagyobb mint a bél lumenében. - A bélhámsejteken két glukóz-transzporter bíztosítja a glukóz bélfalon való áthaladását - ha a bélhámsejtek csak a Na+-glukóz-szimporterrel rendelkeznének, nem tudnák a bél lumenéből felvett glukózt más sejtek rendelkezésére bocsátani 12 1b. „Makromolekulák” transzportja:Endocitózis és Exocitózis olyan anyagok sejtbe való bejutása – endocitózis -, ill. sejtből való kijutása – exocitózis, - amelyek pl. méretüknél fogva a membrán síkján nem képesek áthatolni (makromolekulák, baktériumok stb.). a szállított anyagok membránnal körülvett hólyagocskákba csomagolva jutnak át a sejthatáron a folyamatok során a membránok átrendeződnek, ezért energiaigényesek Endocitózis az anyag vezikuláris transzporttal eljut a lizoszómáig, ahol lebontásra kerül, és komponensei a citoszolba jutnak hasznosítás céljából pinocitózis (sejtivás) - a környező testfolyadék és abban oldott anyagok felvétele - konstitutív folyamat (folyamatos folyadékfelvétel) fagocitózis (sejtfalás) - nagyméretű (>0,2 µm) részecskék bekebelezése Az endocitózis első szakasza a klatrin-burkos gödrök kialakulása klatrin polimerizációjával kezdődik a membrán citoszolikus felszínén, a klatrin-burkos vezikula lefűződése dinamin közreműködésével, GTP-hidrolízis során a klatrin- burok leválása (ATP-ígényes) eljútás a korai endoszómába (ph=6) innen két fő útvonal indul - a plazmamembrán felé: reciklizáció vagy transzcitózis - az endocitózis második szakaszába: a késői endoszóma - multivezikuláris test (MVB) - endolizoszóma kialakulása Receptor mediálta (közvetítette) endocitózis a receptor és liganduma közötti kapcsolat létrejötte indítja be a felvételt a sejt specifikusan és nagy hatékonysággal tud felvenni anyagot az extracelluláris térből kisméretű vezikulák lefűződésével jár, amelyet legtöbbször klatrin burkol Pl. koleszterin (LDL-LDL-receptor), transzferrin (vas-kötő protein), sok hormon (pl. inzulin) és bizonyos glikoproteinek felvétele LDL - receptor genetikai defektusafamiliáris hiperkoleszterolémia (autoszom. dom.) - korai érelmeszesedés! Klatrin-független endocitózis klatrin-burok nélküli mikrodomének, pl. az ún. kaveolák speciális esetekben dinamin közreműködésével leválhatnak a citoszolba, és a korai endoszómával egyesülhetnek Kaveolák: - minden sejt plazmamembránjában jelen vannak EM: (palack alakú) befűződések a sejtmembránban - fő fehérjéi a kaveolinok, különös integrális membránfehérjék, amelyek igen nagy mennyiségben képesek koleszterint kötni - a kaveolák membránjában lipidraftok alakulhatnak ki Szerep: - Jelátvitel - transzport kaveolák segítségével: endocitózis (ritka) 13  - a kapillárisok endotélsejtjeiben (ahol nagyon nagy arányban vannak jelen), a kapilláris permeabilitásának biztosítása pl. úgy, hogy az apikális és a bazális felszín kaveolái egybenyílnak, csatornát képezve Klatrin- és kaveola-független endocitózis nem vezikulák, hanem megnyúlt tubuláris képletek fűződnek le, és nem mindig dinamin segítségével. lipidraftok endocitózisa, a GPI- (glikozil-foszfatidil-inozitol-) horgonnyal rendelkező fehérjék többsége így internalizálódik Transzcitózis elsősorban polarizált sejtekre jellemző bazolaterális membránba szekretált fehérjéket a sejt endocitózissal felveszi és az apikális membránba továbbítja vagy fordítiva emlősökben az anya IgG ellenanyagai a placentán transzcitózissal jutnak át a magzat keringésébe az anyatejből származó anyai antitestek (IgG) az újszülött bélhámsejtein keresztül (apikális-bazalis irány) jutnak a vérkeringésbe Fagocitózis részecskék, nem oldott anyag felvétele specializált sejtek (fagociták) funkciója csak speciális ingerek hatására beinduló folyamat (pl. antitestek a baktériumok felszínén, módosult oligoszacharidcsoportokat hordozó glikoproteinek öregedő sejteken) a bekebelezett anyag a nagyméretű, fagoszómába kerül, amely lizoszómákkal olvad össze, és tartalmát a lizoszomális enzimek megemésztik egysejtűekben ez a táplálékszerzés egyik módja soksejtűekben elsősorban az elpusztult, elöregedett sejtek „eltakarítása” és a védekezés bizonyos baktériumok, (Salmonella és Shigella fajok) ún. triggerelt fagocitózissal jutnak be a gazdasejtekbe Exocitózis nagy molekulák kiürítése mirigysejtek váladék ürítésében (emésztőenzimek, hormonok) idegsejtek ingerületátvivő anyagának egysejtűekben salakanyag leadásában Exoszómák az extracelluláris (e.c) térbe ürülő kisméretű, speciális, membránnal határolt vezikulák Kialakulása: egyes speciális esetekben a késői endoszóma (azaz a MVB) a plazmamembránnal fuzionál, és intraluminális vezikuláit ily módon a sejten kívülre juttatjamás sejtek endocitózissal felvehetik őket beltartalmuk (fehérjék, RNS-ek) átadása révén a sejtek közötti kommunikációban van főleg szerepük pl. a vörösvérsejtek érése során immunrendszer működésöben 14  A Sejtmembrán Feladatai 2. Jelátvitel Sejtek közötti kommunikáció esetén a jeladó sejt egy bizonyos jelmolekulát képez, amit a célsejt felismer (tudomásul vesz) Minden sejt lehet jeladó és célsejt is. A sejtek közötti jelátvitel szakaszai A jelmolekula szintézise a jeladó sejt által, kifejezése a membránban, vagy kibocsátása az extracelluláris térbe Transzport: a jelmolekula eljuttatása a célsejthez Recepció: a jelmolekula érzékelése a célsejt által, specifikus receptor segítségével Transzdukció: a jelmolekula kötődése a célsejten található specifikus receptorhoz, mely a célsejtben szubcelluláris reakciókat vált ki (jelátviteli események) Válasz: a jelre adott specifikus sejtválasz, amely sejt alakjának/ mozgásának, metabolikus folyamatainak v. génkifejezésének megváltozásában nyilvánul meg Befejezés: a jelmolekula vagy receptor inaktiválása (pl. lebontása), mely a válasz leállítását eredményezi 1. Jelmolekulák = ligandok = elsődleges hírvivők feladata a sejtek közötti információ szállítása Endogén jelmolekulák - a jeladó sejtek választják ki (endogén)pl. exocitózissal, át kell hatolnia a sejteket elválasztó résen, majd a fogadó sejt receptorához kapcsolódva (vagy anélkül: pl. NO), választ vált ki a célsejtben - főbb típusai : hormonok, növekedési és differenciálódási faktorok, citokinek, neurotranszmitterek, nitrogén monoxid (NO), stb Idegen jelmolekulák - kívülről származó (exogén) természetes és szintetikus anyagok pl. mérgek, drogok, nikotin, koffein, gyógyszerek stb. - ezekkel a szerekkel kívülről irányíthatjuk a sejtjeink kommunikációját, azaz, a szervezetünk működését 2. Transzport a jelmolekulák útja változó hosszúságú lehet: - kozzeli - Tavoli Közeli kommunikáció -indirekt (közvetett) - Parakrin jelátvitel: a jeladó sejt a jelmolekulát az extracelluláris térbe juttatja és ez egyszerű diffúzióval jut el a szomszédságában levő célsejtekhez - Autokrin jelátvitel: a jelmolekulát termelő sejt és a célsejt ugyanaz; a jelmolekula és receptora egyazon sejten fejeződik ki (pl. növekedési faktorok); gyakran daganatok kialakulásában is fontos tényező 15  direkt (közvetlen), kontakt-függő - Juxtakrin jelátvitel: egy sejt felületi (membrán kötött) jelmokelulája a szomszédos sejt felületi receptorfehérjéjéhez kötődik pl. immunszinapszis (pl. APC-T sejt között) az egyedfejlődés során - Gap-junction (rés- kapcsolat): kis molekulák ionok, aminosavak, víz, nukleotidok) közvetlen anyagforgalma „pórusokon” keresztül: pórusátmérő < 2nm pl. szívizomsejtek között: elektromos szinapszis Távoli kommunikáció Endokrin jelátvitel: nagy a távolság a jelmolekulát termelő sejt és a célsejt között, a jelmolekulák olykor transzport fehérjékhez kötötten, a keringésen keresztül jutnak el a célsejtekhez Pl. hormonok Neurokrin v. szinaptikus jelátvitel: a jelmolekulák az axonok mentén távol levő célsejtekhez jutnak el 3. Receptorok feladata a jelek felfogása (IN), átalakítása másféle jelekké (OUT) és továbbítása a sejt belseje felé receptorok és ligandok kapcsolata „kulcs–zár” viszony- térbeli „komplementaritás”, a két molekula megfelelő kémiai kötések kialakulására is képes kell legyen a receptorok nagyfokú affinitással rendelkeznek a jelmolekulák iránt Receptor nélküli jelút bizonyos oldott gázak áthaladnak a plazmamembránon és közvetlenül i.c. enzimeket aktiválnak igen gyors választ eredményezve (néhány másodperc vagy perc) Pl. a nitrogén monoxid (NO)- az érfal simaizom sejtjeire való hatása az endotél sejtek jeleket kapnak a beidegző neuronoktól acetilkolin (Ach) molekulák formájában az Ach a receptorához kapcsolódik aktiválódik az NOszintetáz enzim, amely argininból NO-t produkál NO átdiffundál az endotél sejtekből a simaizom sejtekbe, ahol a GTP →ciklikus (c)GMP átalakulást katalizálja a cGMP egy i.c. jelmolekula (másodlagos hírvivő)- egy szignál transzdukciós kaszkádot beindítva, a sima izomsejtek relaxációját okozza (= fokozott véráramlás) - Nitroglicerin – az angina pectoris enyhítésére – NO képződik belőle a szervezetben - Viagra - impotencia elleni gyógyszer – hatóanyaga blokkolja a cGMP degradációját, ezzel meghosszabbítja az NO hatását Intracelluláris receptorok által közvetített jelutak hidrofób lipofil jelmolekulák, mint a szteroid hormonok (kortizol, ösztrogén és tesztoszteron), a pajzsmirigy hormonok (pl. tiroxin), a retinolsav átjutnak a sejtmembránon, és intracelluláris (citoplazmatikus v.nukleáris) receptorokhoz kapcsolódnak a hormon- receptor komplex a magban a DNS transzkripciót szabályozó régióihoz kötődik és specifikus gének expresszióját befolyásolja az i.c. receptorok tulajdonképpen inaktív transzkripciós faktorok, amelyeket a hormon kapcsolódása aktivál 16 Sejtfelszíni receptorok által közvetített jelutak a jelmolekulák túlnyomó többsége túl nagyméretű vagy hidrofil, ezért nem képes átjutni a célsejt membránján - vízoldékony hormonok: inzulin, glukagon, növekedési faktorok, epinefrin, hisztamin - zsíroldékony hormonok: prosztaglandinok (eikozanoid hormoncsalád tagjai) ezek a jelmolekulák transzmembrán receptorokhoz kapcsolódnak a receptorok érzékelik, átalakítják, majd tovább küldik jelet a sejt belseje felé: a szignáltranszdukció első lépése A sejtfelszíni receptorok három nagy családba tartoznak: a. Ioncsatorna-kapcsolt receptorok (ionotróp receptorok) jelmolekula kapcsolódására megváltoztatják a térszerkezetüket - a pórusaik kinyíljanak, s ezeken keresztül az ionok (Na+, K+, Ca2+, Cl-) az elektrokémiai gradiensük mentén szabadon vándorolhatnak a citoplazma és az extracelluláris tér között, ennek eredménye a membrán potenciál megváltozása ( milliszekundum !) ez a változás pl. idegi impulzust eredményezhet előfordulás: főként az ingerelhető sejtekben (ideg, izom) b. G protein-kapcsolt receptorok- (7-transzmembrán receptorok) a legnagyobb receptor család alapfelépítésükre jellemző a hét transz-membrán szegmens külső jel hatására a receptor térszerkezete megváltozik, ami a közelben tartózkodó G-fehérjéket aktiválja ezek aztán a membránban v. egy enzimet v. egy ioncsatornát aktiválnak és ezáltal kb. hatások egész sorozatát váltják ki előfordulás: gyakorlatilag minden sejtben c. Az enzim-kapcsolt receptorok több alegységből álló transzmembrán fehérjék intracelluláris doménje - vagy saját (intrinsic) enzimatikus aktivitással rendelkezik pl. receptor tirozin-kinázok - vagy direkt kötődik egy intracelluláris enzimmel ligand kötés hatására az alegyságek összeállnak, konformáció változás jön létre a transzmembrán hélixben, ami az enzimatikus aktivitás kialakulásához és a jelátviteli kaszkád beindulásához vezet előfordulás: gyakorlatilag minden sejtben rendszerint lokális jelfolyamatokban vesznek részt, melyek főként a sejtszaporodást, a differenciálódást és a sejt túlélést irányítják 4. Transzdukció Sejtfelszíni receptorok a jeleket intracelluláris jelutakon keresztül továbbítják az intracelluláris jelátviteli folyamat- „molekuláris staféta-futás” (a hír az i.c jelút egyik jelmolekulájáról a másikra adódik v. azt aktiválja,) ez mindaddig folytatódik, míg a végrehajtó fehérjéhez (célfehérjéhez), jut, amely aztán kiváltja a választ (pl. a sejtvázatat új helyzetbe hozza v. egy gént be- vagy kikapcsol) egy receptorfehérje egy –vagy több intracelluláris jelutat aktiválhat és kb. válaszokat eredményezhet 17 Intracelluláris jelmolekulák: a jel továbbítása a jelutak egy egész sor intracelluláris jelmolekulából állnak lehetnek - intracelluláris fehérjék vagy - ún. kis hírmolekulák (másodlagos hírvivők, second messenger) Másodlagos hírvivők: nagy mennyiségben termelődnek a receptor aktiváció hatására; gyakran a keletkezési helyüktől távolra diffundálnak (a jelet a sejt más pontjaira is elterjesztik) 1. ciklikus nukleotidok (például cAMP és cGMP) 2. inozitol trifoszfát (IP3) és diacylglycerol (DAG) 3. kalcium ionok (Ca2+) 4. gázak (NO, CO) a jelet azáltal továbbítják, hogy megváltoztatják bizonyos szignál fehérjék térszerkezetét Intracelluláris jelmolekulák: a jel átalakítása Egyszerűen tovabbvezetik (relay), a jelet és ezáltal hozzájárulnak a jel egész sejtben való szétterjedéséhez A jelet felerősíthetik (amplifikálhatják), csak egynéhány e.c. szignál elegendő egy erős i.c. reakció kiváltásához Egy vagy több i.c. jelút jeleit felfoghatják, és azokat összesítik (integrálják, konvergálják) mielőtt továbbítanák A jelet nemcsak egy, hanem több jelútra v. végrehajtó -fehérjére oszthatják szét (distribute), ezáltal többszörösen „elágazodó” komplex válaszreakciót eredményeznek Intracelluláris jelmolekulák –”molekuláris kapcsolók” „molekuláris- kapcsoló” jelfelfogásra inaktívból aktív állapotba váltanak (bekapcsolás, ON), és abban is maradnak, amíg egy másik jel nem inaktiválja őket (kikapcsolás, OFF) foszforiláción (és defoszforiláción) alapul, ami két kb. úton valósulhat meg: A. a fehérjékhez foszfát csoport kapcsolódik foszfát-csoport kapcsolódására aktíválódnak, ennek eltávolítása révén inaktíválódnak egy proteinkináz kapcsolja az ATP hasításából származó foszfátcsoportot és egy proteinfoszfatáz távolítja azt el a két leggyakoribb kinázcsoport: - szerin- threonin kinázok- a fehérjéket szerin- vagy treonin- gyökön foszforilálják - tirozin-kinázok - fehérjéket a tirozin-maradékon foszforilálják B. GDP –GTP csere játszódik le GTP-kötő jelfehérje GTP-kötődése a GDP helyett aktiválja (ON) a GTP GDP-vé való hidrolízise inaktíválja (OFF) ide tartoznak: a G-proteinek 18 5. Válasz: a jelre adott sejtválasz specifikus a sejt alakjának/ mozgásának, metabolikus folyamatainakvv. génkifejezésének megváltozásában nyilvánul meg a sejtek ugyanarra a ligandra nézve, különböző receptorokkal rendelkezhetnek az intracelluláris jelmolekulák rendszere valaminta végrehajtó fehérje eltérő lehet a különböző sejttípusokban Ugyanaz a jelmolekula különböző sejtekben különböző választ válthat ki (pl. acetilkolin ) - a szívizomsejtben csökkenti a kontrakcióerejét és frekvenciáját - a nyálmirigyben a szekréciót fokozza, bár a receptorok ugyanazok - a vázizomban fokozza az izomsejt összehúzódását itt egy másik receptorfehérjéhez kötődik A sejt válasza egy extracelluláris jelre lehet gyors és lassú - bizonyos reakciók (pl. sejtnövekedés-sejtosztódás) a génexpresszió változásait és új fehérjék szintézisét feltételezik, viszonylag lassan (órák) alakulnak ki (ide tartoznak: i.c. receptorokon ható jelmolekulák) - más válaszok (pl mozgásváltozás, szekréció v. anyagcsere-változások) meglévő, kész fehérjéket használnak a válaszhoz, nem igénylik a génexpresszió megváltozását, gyorsabban játszódnak le 6. Befejezés: a jelmolekula vagy receptor inaktiválása (bevonás, lebontás, inaktiváció, gátlás), mely a válasz leállítását eredményezi = a célsejt deszenzitizációja 19  A Sejtmembrán Feladatai 3. Sejtkapcsolatok Közvetlen sejtkapcsolatok: Sejtadhézió az állati szervezet specifikusan összekapcsolt – szövetekbe rendeződött – sejtcsoportokból épül fel kapcsolatok nélkül a sejtek nem életképesek kapcsolatuktól megfosztott sejtekben önpusztító program aktiválódik a szövetekbe való rendeződés alapja a sejtek egymással (sejt-sejt) és a sejten kívüli anyaggal (sejt- extracelluláris-matrix) való kapcsolata szerkezetileg lehetnek a sejtmembrán igen feltűnő speciális képletei (sejtkapcsoló struktúrák) vagy lehetnek szerkezetileg teljesen jellegtelenek a kapcsolatot a plazmamembrán speciális fehérjéi, a sejtadhéziós molekulák alakítják ki Szerepe szigorúan rendezett szöveti struktúra fenntartása sejtek közötti kommunikáció sejtmigráció sejtdifferenciálódás megvalósulása következésképpen lényeges mind fiziólógiás (pl. embrionális fejlődés), mind kóros folyamatok (pl. gyulladás, tumorképződés, metasztázisok) számára I. Sejtadhéziós molekulák Jellemzése a plazmamembrán speciális fehérjéi (transzmembrán fehérjék) szerkezetük evolúciósan konzervált működésük a jel- receptor rendszer működéséhez hasonló: - egy sejtadhéziós molekula egyszerre lehet ligandum és receptor - a kapcsolat létrejötte a sejt belsejében válaszfolyamatokat indít el - pl. a citoszkeleton átrendeződése, kinázok aktiválódása Az általuk létrehozott kapcsolat: sejt- sejt v. sejt- extracelluláris mátrix homofil v. heterofil - ugyanolyan vagy különböző típusú sejtadhéziós molekulák között Ca2+ -dependens v. Ca2+ -independens - a kötés Ca2+ ionok jelenlétében vagy azok hiányában is létrejön időleges v. állandó együttműködés a citoszkeleton (sejtváz) elemeivel Az sejtadhéziós molekulák főbb csoportjai cadherinek (homofil) szelektinek (heterofil) Integrinek (heterofil) }Ca2+ -dependens immunglobulin szupercsaládba tartozó sejtadhéziós molekulák (homofil, Ca2+ -independens) 20 1. Cadherinek („calcium-dependens-adhézió”) sejt-sejt kapcsolat homofil kötés (a másik sejt cadherinjével kapcsolódik) Felépítés egy vagy több transzmembrán szakasszal rendelkező glikoproteinek e.c. részén 4-5 Ca2+-kötő hely i.c. része közvetítő fehérjéken (plakkfehérjéken): catenineken keresztül a sejtváz elemeivel (aktin v. intermedier filamentum) kötődik Klasszikus cadherinek: szövetspecificítás E-cadherin - epithelium (pl. bőr, bélhám, vesetubulus) N-cadherin - neuronok, váz- és szívizom, szemlencse, fibrociták P-cadherin - placenta, emlőmirigy, epidermis VE-cadherin - (vasc.)endothélsejtek (érpermeabilitás, angiogenézis- szerep daganatok pathogenézisében ?) Nem-klasszikus cadherinek (nem szövetspecifikusak) Desmocollin (dezmoszóma alkotásában) Desmoglein (dezmoszóma alkotásában) T-cadherin - GPI- horgonyzott perifériás fehérje csak jelátviteli szerep Funkciói sejtadhézió jelátvitel (a sejt belseje fele) sejt- és szervdifferenciálódás génexpresszió (?) (közvetve: az aktinhoz nem kötött beta-catenin a sejtmagba vándorolhat) Sejtkapcsoló struktúrák: (amelyek alkotásában megtalálható) - Zonula adherens (ZA) (aktin filamentumokhoz kapcsolódva) - Desmoszóma (macula adherens, MA) (intermedier filamentumokhoz kapcsolódva) Példák E-cadherin szerepe a morula (szedercsíra) kialakulásában - 16 gömb alakú sejtből álló labda alakú képződmény - anti-E-cadherin ellenes szérum (antiszérum) megakadályozza a morula kialakulását - E-cadherin jelenléte kimutatható a sejt-sejt kapcsolatok szintjén (immunfluoreszcencia eljárás; egér embrió) Bakteriális infekció menete: lysteriosis - szennyzett élelmiszer fogyasztása - aktin citoszkeleton-t használja további sejtek infekciójához E-cadherin szerepe a bakteriális infekció folyamatában - internalin A molekula (InlA) segítségével a baktérium az E-cadherinhez kötődik és ezután kerül be endocitózissal a sejtbe 21 2. Szelektinek lektin-típusú szénhidrát-kötő fehérjék (e.c. részén lektin-domén) sejt-sejt közötti heterofil kapcsolat a másik sejt felszínén levő cukorkomponenseket (pl. sziálsav, fukóz) ismer fel és köt meg Ca2+ függő a Ca2+ kötődése a szénhidrát felismerő (lektin) doménhez, szabályozza a domén térszerkezetét és szénhidrátkötő képességét Formái: 3 típus: sejt/ szövetspecificítás E-szelektin - endothélsejteken - expressziója fokozódik citokin stimulus (pl. IL1, TNFα) hatására (lassúbb válasz: néhány óra) P-szelektin - vérlemezkéken („platelets”), - endothélsejteken - expressziója fokozódik hisztamin és trombin hatására - gyors válasz: i.c.-an a Weibel-Palade – testekben raktározódik, stimulus hatására onnan szabadul fel L-szelektin - leukociták felszínén („limfocita-homing” receptor) - ligandjai a limfoid szövetekben levő erek endotlélsejtjeinek glikozilált membránfehérjéi Funkciói Leukociták lelassítása: a leukociták érből való kivándorlása során az adhézió kezdeti fázisának a kialakítása („rolling”) (gyenge, reverzibilis kötések) Jelentőség: a gyulladás kialalulásának folyamatában !!! újszülöttekben kevés az L-szelektin - ez magyarázza a fertőzések kis számát „Rolling”: P szelekin és a P szelektin ligandja a PSGL-1 PSGL-1 = P selectin glycoprotein ligand 1 PSGL-1- minden leukocita felsznén konstitutiven kifejeződik (rendszerint a mikrovillusok (bolyhók) csúcsán) A P-szelektin (endotél) és PSGL-1(leukocita) kötődése közvetíti az adhéziós kaszkád gördülési („rolling”) szakaszát. A kapcsolat alapja a szelektin specifikus kötődése sziálsavhoz és fukózhoz. Leukocyte Adhesion Deficiency II (LAD II) autoszómális-recesszív ritka immundeficiencia, neutrofilia, pszihomotoros és növekedési retardáció 22 3. Integrinek a sejtadhéziós molekulák legnagyobb csoportja heterodimér felépítésű transzmembrán fehérjék (α és β alegységből állnak) sejt-ECM kapcsolat (van sejt-sejt kapcsolat is) heterofil kötés Ca2+ (Mg2+) függő Felépítés, kötődés mindkét alegység-család több, szövetspecifikus tagból áll kombinációik több mint 20 integrin- dimert eredményez egy sejt többféle integrint is hordozhat hosszú e.c. rész (ligandumkötő régió); kötődési partnerek (ECM-komponensek): laminin, fibronektin, kollagén, heparánszulfát-proteoglikánok (PG) és nidogén egyszeres membránátívelő szakasz rövid i.c. C-terminális régió kapcsoló fehérjéken (vinkulin, α-aktinin, talin) keresztül, a sejtváz elemeivel kötődik (aktin v. intermedier filamentum) csak heterodimér formájában funkcionális - a heterodimer α integrin alegységén vannak a: Ca2+ kötőhelyek - a heterodimer β integrin alegységén van az: RGD (Arg-Gly-Asp) tripeptid szekvenciát kötő hely az integrinek legtöbbje e.c.-an az RGD aminosavszekvenciához kötődik az integrinek e.c. szegmentjében RGD-kötőhelytalálható RGD tripeptid szekvencia megtalálható a ligandok szerkezetében - ECM makromolekulákban - kollagén, laminin, fibronektin, vitronektin - plazmafehérjékben szolubilis fibronektin, fibrinogén, von Willebrand faktor - Willebrand faktor elindítja a trombocita adhéziót és védi a VIII faktor-t a lebontástól - sejtfelszíni fehérjékben pl. számos hormon- és neurotranszmitter- receptorban Gyakorlati vonatkozás (Az RGD-kötés gyakorlati jelentősége) a humán citomegalovírus (CMV) (herpesz-vírus család) RGD-szekvenciával rendelkezik a gazdasejtekhez való kötődéshez implantátumok (pl. fogászati) RGD-szekvenciás bevonásával segítik ezek szervezetbe való beépülését izolált RGD-peptidek es nem-peptid analógok (amelyek az integrin-ligand interakciót akadályozzák): neoangiogenezis (daganatos vérérképződés) és nem-kívánt véralvadás gátlására Funkciói Adhézió: sejt-ECM kapcsolat: - Fokális kontaktus (aktin filamentummal kapcs.) - Hemidezmoszóma (intermediér filamentummal kapcs.) (sejt- sejt kapcsolat- ritkán) migráció sejt- szöveti differenciálódás osztódás gyulladás véralvadás Jelátvitel 23 Jelátvitel két-irányú - kívülről a sejt belseje felé - outside-in- signaling - a sejt belsejéből a sejten kívülre - inside-out-signaling a két-irányú jelátvitel hátterében konformációváltozás áll (inaktív „hajlott”, aktív „nyúlt”) - ligand-kötés váltja ki: (pl. talin kapcs.: inside-out, fibronektin kapcs.: outside-in) a ligandumok (ECM- molekuláinak)- megkötése (outside-in jelátvitel) a ligandum-kötött integrinek foltszerű képletekbe tömörödnek a sejtmembrán egy területés és a citoplazmába nyúló C terminális szakaszaihoz számos más fehérje kezd asszociálódni: kialakul az ún. fokális adhéziós korong ennek egy jellegzetes fehérjéje, a fokális adhéziós kináz (FAK), melynek aktivitása számos más fehérje működését szabályozza két nagy folyamatsort befolyásol: - Sejtciklus:  proliferáció, differenciálódás  túlélés - Sejtmozgás (aktinváz szerveződése) Lényeges képviselői Fibronektin-receptor (α5β1): fibronektint köt, ezen keresztül az ECM kb. komponenseit (kollagén, PG, entaktin) köti a sejt felszínéhez Laminin-receptor (α6β1): laminint köt, hídként kapcsolja össze a lamina basalist a sejttel LFA-1(αLβ2) (lymphocyte function associated-1) - integrin fehérvérsejtek felszínén található - ligandjai az immunglobulin szupercsaládba tartozó ICAM1 és ICAM2 - fő feladata: az érfal mentén gördülő leukociták kikötése az endotél felszínéhez (adhézió)(szoros, erős kötés) - Jelentőség: a gyulladás kialalulásának folyamatában - LFA1 örökletes defektusa - I-es típusú leukocita-adhéziós deficiencia (LAD I): fertőzésre való hajlam Mac-1(αMβ2)-integrin (macrophage-1-antigen) (CR3) - főleg makrofágokon fordul elő - „komplementreceptor”: ligandja a szervezet által idegenként felismert sejtekhez kötődött C3b – fragmentum (opszonizált sejt) - feladatai: a fagocitózis kiváltása - a komplement-fragmentummal megjelölt (opszonizált) sejt elpusztítása - az LFA1-gyel együtt részt vesz a leukocita-adhézióban is GpIIb/IIIa(αIIbβ3-integrin) - glikoprotein a vérlemezkék (trombociták) membránjában - ligandok: a véralvadásban jelentős plazmafehérjék (fibrinogén, von Willebrand faktor) - trombocita-aktiváció (ADP-által) során az integrin konformációváltozást szenved és az RGD- kötőhely felszínre kerül (ez az alapja a trombocita-aggregáció folyamatának) Gyakorlati vonatkozás a ligand kötése konformációváltozást eredményez (inaktívból aktív állapot) Efalizumab megakadályozza a ligand kötődését: gyulladáscsökkentő - pl. psoriasis vulgaris (pikkelysömör) kezelésében 24 4. Immunglobulinszerű sejtadhéziós molekulák (Ig-szerű CAM) sejt-sejt kapcsolat homofil kötés - jellemző heterofil kötés - ritka Ca2+ független mintegy 20 féle változat Felépítés e.c. régiója ún. Ig-szerű (immunglobulinszerű) doméneket tartalmaz (ezek segítségével tapadnak egymáshoz) i.c. régiójához nem v. csak kevés citoszkeletális elem tapad (nincs szerepe a szövet mechanikai stabilitásának biztosításában) Formák (sejt/ szövetspecificitás) és funkciók ICAM - intercelluláris endothélsejteken, leukocitákon heterofil kötési partnere a leukocitákon expresszálódó αLβ2- (LFA1-) integrin (gyulladás!) VCAM - vaskularis/ endotheliális PECAM -1- trombocita-endothél Fő feladat: a leukocita adhézió biztosítása - ICAM, VCAM – melanoma-, vastagbél tumorok (máj-) áttétképződése - PECAM-1- angiogenesis NCAM- neuronális (de nemcsak idegsejteken !) - fontos szerep az embrionális fejlődésben - legújabb kutatások szerint az NCAM-nak jelentősége van a tanulásban és a memóriában 25  II. Extracelluláris mátrix (ECM) sejten kívüli állomány” a kötöszöveti sejteket (fibroblasztok) körülvevő, fehérjékből és szénhidrátokból felépülő hálózat összetevői az általa körülzárt sejtekben intracellulárisan termelődnek és exocitózis útján választódnak ki lebontásárt ugyancsak a benne levő sejtek által termelt enzimek (proteázok: pl. MMP, ADAM) felelősek interstíciális mátrix: a kötőszövetben egy tér- kitöltő struktúra, amelynek összetétele- szerkezete nagyon változatos, és alapjaiban meghatározza az illető szövet tulajdonságait bazális membrán: különböző sejteket alátámasztó (pl. epiteliális, endoteliális sejtek, mesothelium) vagy bizonyos sejteket körülvevő (izomsejtek, zsírsejtek, Schwann sejtek) tömör szerkezet Szerepe támasztó szerep morfogenezisben - az embriogenézis során felszínt biztosít a sejtmozgások, átrendeződések (migráció) számára a sejtek alakjának meghatározásában - a membránon keresztül kapcsolatot létesít a citoszkeletonnal jelátvitelben - a komponensei által megkötött hormonok, növekedési faktorok hatásait segíti, modulálja génexpresszióban - a sejtmembrán specifikus fehérjéivel (receptorok) kapcsolódva kóros folyamatok: gyulladás, véralvadás, sebgyógyulás tumor metasztázis kialakulása, angiogenézis, szervek fibrótikus átalakulása meghatározza a szövetek szerkezeti és működési sajátosságait csont- és porcszövetet tömör ECM-alkotja kevés sejttel (osteoblasztok, kondroblasztok) kötőszövet, mely az ereket, mirigyeket stb, veszi körül, gélszerű állomány, sok fibroblasztot foglal magába Komponensei strukturális fehérjék (kollagének, elasztinok) proteoglikánok, glikózaminoglikánok (fehérje-poliszaharid komplexek a strukturális fehérjék beágyazásához) multiadhezív fehérjék (fibronektinek, lamininek) a sejteket az ECM-hoz, az ECM elemeit egymáshoz kapcsolják 26 1. Kollagének az ECM leggyakoribb fehérjéi (~30% az összes fehérjéknek gerincesekben) vízben oldhatatlan, fibrilláris proteinek a kötőszövet sejtjei (fibroblasztok, chondroblasztok, osteoblasztok), de más sejtek is (pl. sima izomsejtek) termelik minden szövetben előfordulnak felelősek az ECM erejéért (szakítástűrő képesség); inak és ízületi szalagok legfontosabb alkotói Szerkezet: a kollagénrostok (collagen fibers) (2-20µm átmérő) kollagén fibrillumok (collagen fibrils) (15-100 nm átmérő) kötegei, amelyeket kollagén molekulák kovalens kötődés révén hoznak létre a kollagén molekulák három polipeptid lánc (alfa-lánc) alkotta tripla-helix formájában fordulnak elő Aminosavak jelentősége Glicin: - az alfaláncokban minden harmadik aminosav glicin (a legkisebb méretű aminosav), kicsi oldallánca jól elfér a triplahélixben - a glicinmolekulák különleges hajlékonyságot kölcsönöznek a polipeptidláncnak Hidroxiprolin, hidroxilizin - keresztkötések: a polipeptidláncokat hidroxilált aminosavak (hidroxilizin, hidroxiprolin) között kialakuló hidrogénkötések tartják össze (stabilitás) - a hidroxilizin oldalláncok egyben glikozilációs helyek is: (igy lesz a kollagén glikoprotein) Szintézis Intracellulárisan: triplahélix (prokollagén) kialakulása - DER lumenében: ▪ Pro és Lys hidroxilációja C vitamin jelenlétében ▪ Hydroxylisin glikoziláció → prokollagén - Golgi apparátus: vezikulákba való csomagolás, szekréció Extracellulárisan: - a prokollagén molekulák szekretálódnak, majd a prokollagén peptidáz enzimek levágják a nem- helikális végeket, kollagén molekulákat képezve (tropokollagén) - a tropokollagén molekulákat enzimek kovalensen keresztkötik létrehozva a kollagén fibrillumot (polimerizáció) - a kollagén fibrillumok oldal-oldal összeszerelődés révén létrehozzák a kollagén rostot - A tropokollagén molekulák lépcsőzetes összeszerelődése adja a kollagén fibrillum harántcsíkolatát (periodicitás). - A kollagén fibrillumok oldal-oldalhoz keresztkötések révén kialakítják a kollagén rostot. A folyamatot a FACIT kollagén és proteoglikánok közvetítik. 27 Tipusai jelenleg 27 különböző kollagén típus, amelyet 41 gén kódol, 15 kromoszómán szétszórva rostképző (fibrilláris, interszticiális) kollagének- I, II, III, V, XI- a láncok rendkívüli szakítószilárdságú kötegekbe rendeződnek: csontok, inak, szalagok - a polimerizáció során a kollagén molekulák laterálisan egymáshoz képest eltolódnak: 64 nm-es axiális periodicitás hálóképző (nem fibrilláris) kollagének- IV, VIII, X- hálózatos szerkezetbe szerveződnek, pl. a bazálmembrán (IV), a cornea Descemet membránja (VIII. típus- hexagonális hálózat) - terminális nem helikális doménjeik nem távolítódnak el az érési folyamat során stb. pl. a VI típusú kollagén gyöngyszerű struktúrát képez, a VII típusú kihorgonyzó kollagénfunkcionális egységet hoz létre összekötve az epithéliumot a strómával Gyakorlati jelentőség Kollagénrostok érése (öregedése) „túl stabil” szerkezet: rugalmasság csökken, pl. ráncok keletkeznek Kollagén lebontása kollagenáz enzim végzi, hidroxiprolin keletkezik, ami máshol kevéssé fordul elő. Vizelettel ürülve magas szint jelezhet szöveti degenerációt, tumoros elváltozást, de terhességet is - masszív szöveti átalakulások esetén jellemző Skorbut: C vitamin hiány - kollagénszintézis zavara a nem megfelelő hidroxilálás miatt, labilisabb, törékenyebb kollagén (nem alakul ki a tripla-hélix): nyálkahártyavérzések, laza fogak, fáradtság, anémia, rossz sebgyógyulás Ehlers-Danlos szindróma: prokollagén-peptidáz defektusa esetén jelentkezik, prokollagén nem tud továbbalakulni tropokollagénné. Felszaporodik a prokollagén: ízületek flexibilisek, bőr igen ruganyos, nyújtható, szakadékony szövetek (retinaleválás, szívben a sövények átjárhatóvá válnak). Osteogenesis imperfecta: I. típusú kollagén-gén mutációja miatt a tripla-hélix megbomlik (Gly nem a megfelelő helyen fordul elő). Embrionálisan is súlyos csontdeformitások, törések, kék színű szemfehérje, fogfejlődési zavar. 2. Elasztikus rostok: elasztin szálas fehérje, a kötőszövet rugalmas rostjainak legfőbb alkotója „rugalmas kollagén”: triplet szerkezet, de kevés hidroxiprolin az elasztin molekulák dezmozin alkotta kovelens kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz létrehozva egy keresztkötésekkel összetartott hálózatos szerkezetet a fehérjét viszonylag oldhatatlanná teszi a rugalmas szálak a hosszúságuk többszörösére nyújthatók, és utána visszatérnek az eredeti méretükre rendszerint kiterjedt hálózatot vagy lemezeket alkotnak különösen nagy mennyiségben fordul elő a porcokban, a véredények falában, az ínszalagokban, a tüdőben és a szívben az öregedés során az elasztinok mennyisége csökken A rugalmas rostok központi magfehérjből elasztinból és azt körülvevő mikrofibrilláris hálózatból állnak, amelyet főleg fibrillinek (1,2) és fibulin 1 alkot (+ tropoelesztin) többféle sejt termeli: pl. fibroblasztok, simaizomsejtek, rugalmas porc sejtjei 28 Szintézise: mikrofibrilláris fehérjék és a proelasztin az ER-ban külön szintetizálódnak és szekretálódnak extracellulárisan a proelasztin molekulák polimerizálódnak elasztin láncokká keresztkötések alakulnak ki, mikrofibrillumokkal társulnak és kialakítják az elasztin rostokból álló hálózatot vagy lemezt (elágazodó, anasztomozáló) Fibrillin: gyakorlati vonatkozás az amorf elasztint burkoló mikrofibrillumok fő alkotója nagy (315 kD) szekretált glikoprotein jelentős a szemlencse függesztő rostjaiban, a perioszteumban, az erek falában Marfan szindróma - FBN1 gén (fibrillin-1 fehérjét kódolja) mutációi okozzák - autoszomális domináns öröklődésű betegség, - legjellegzetesebb tünetei a csontvázi eltérések és súlyos szív- és érrendszeri elváltozások - magas vékony testalkat - hosszú végtagok - hyperflexibilis ízületek - szemlencse szubluxációja - mitrális prolapszus - aorta aneuriszma 3. Retikuláris rostok argyrofil rostok - ezüsttel feketére festődnek kémiailag III típusú kollagén un. retikuláris sejtek (fibroblasztok) termelik igen vékonyak (100-200 nm átmérő) nem ágazódnak el, hálózatot képeznek előfordul elsősorban az erek és az alaphártya közelében (a bazális membránban), izomsejtek, zsírsejtek körül, nyirokszövetekben, a vérképző csontvelőben támasztó szerepe van 29 4. Proteoglikánok (PG) fehérjetengelyhez (core protein) kapcsolódó glukózaminoglikánok (GAG-ok) (akár több száz) - monoton módon ismétlődő diszacharid egységekből épülnek fel - a diszacharid: N-acetilglukózamin vagy N-acetilgalaktózamin + egy savas cukor - gyakori oldalláncai a szulfátcsoportok - legfontosabb GAG-ok: kondroitin szulfát, dermatánszulfát, keratánszulfát, heparánszulfát, hialuronsav A PG-ok szintézisekor az ER-ban egy glikoziltranszferáz enzim egy core fehérjére rak egy GAG láncot, mely további módosulásokon megy át a Golgi-ban. tér-kitöltő szerepet játszanak az ECM-ban a cukorsavaknak és a szulfatáltságuknak köszönhetően erősen negatív töltésűek, sok kationt és vizet vonzanak, ők az ECM „szivacsai” , erősen hidratált, gélszerű anyagot képeznek felelősek az ECM térfogatáért, konzisztenciájáért és egyben az összenyomással szembeni ellenállóképességért kapcsolódnak a kollagénekkel és elasztinokkal, beágyazzák őket poliszacharid láncai növekedési faktorokat kötnek a PG-k (és kollagének) gyakran integrinekhez (transzmembrán fehérjék) kötődnek, így a sejteket az ECM-hez kötik szerkezeti szerepük mellett modulálják a sejt-sejt, és sejt-mátrix kölcsönhatásokat, és szabályozzák a sejtek motilitását, proliferációját, differenciálódását. Lokalizációjuk alapján extracelluláris v. mátrix PG - aggrecan a porcban (arthrosisban az ízületi porcban mennyiségük csökken) - perlecan a bazálmembránban (transzportbarrier funkció) - versican az érfalban, - decorin/biglycan/fibromodulin csoport- többféle szövetben is megtalálható - decorin csak egy GAG-t tartalmaz, míg az aggrecan több mint 100-t membrán-asszociált PG - syndecanok (hámszövet integritása !) - glypicanok, CD44, thrombomodulin - szerep: jelátvitelben is - intracelluláris jelutakat módosítanak, extracelluláris ligandok hatására intracelluláris PG - serglycin - szekretoros granulákban (hematopoetikus sejtek, endotheliális sejtek) - heparin: hiperfoszfatált heparánszulfát, hízósejtek szemcséiben fordul elő, nem az ECM-ban Hialuronsav (hialuronán) az egyetlen GAG, amely nem kapcsolódik core fehérjéhez rendkívül hosszú, szabad GAG láncok formájában található, melyek mérete a 10 000 kDa-t is elérheti aggregátumokat és hálózatokat alkot, és gyakran képez ko-aggregátumokat a proteoglikánokkal előnyös fizikai tulajdonságai felelősek a porcszövet rugalmas teherbírásáért ! a hialuronsav a plazmamembránban szintetizálódik és onnan adódik le az ECM-ba ! bizonyos baktériumok hialuronidáz nevű enzimet (Staphylo-, Strepto-, Pneumococcusok) vagy kollagenázt (Clostridium Perfringens) termelnek és lebontják az ECM összetevőit aggrekán komplexek felépítése (porcszövet) hatalmas méretű komplexeket 30 5. Fibronektinek a sejteket az ECM-hez kötik két, diszulfidhidakkal összekapcsolt polipeptidláncból álló dimer kötőhelyeket hordoz különböző fehérjék számára: - fibrilláris kollagén, heparán-szulfát - heparin, a véralvadási kaszkád végtermékeként létrejövő fibrin - transzmembrán proteoglikánok, valamint - integrinek (utóbbi az RGD tripeptid szekvencia) az intersziciális mátrix „ragasztóanyaga” baktériumok a kötőszövet fibronektin rostjain megtapadhatnak - a rost feszülése nehezíti a tapadást, lazulása (pl. sérülés, gyulladás) megkönnyíti azt → fertőzés Formái (splicing variánsok) sejtfelszíni/ celluláris fibronektin – rostokká polimerizálódik plazma fibronektin - oldható formában a vérben – nem polimerizálódik, hepatociták termelik - gyengén kötődik az integrinekhez - de pl. érsérülés kapcsán konformációváltozás eredményeként képes vérlemezkék integrinjéhez kötődni fetalis fibronektin - trophoblasztok termelik; korai terhességben normális, késői terhességben koraszülésre utalhat (hüvelyváladékban: Fetal Fibronectin Test) 6. Lamininek igen nagy fehérje (70nm, 820 kD) három kereszt alakban elhelyzkedő alegységből áll kötőhellyel rendelkezik - a többi bazális lamina komponens (kollagén IV, heparán-szulfát PG, nidogén), és - sejtfelszíni fehérjék (integrinek és egyéb glikoproteinek) számára a lamina basalis „ragasztóanyaga” a basalis lamina-hoz kötik a sejteket, hidat képezve az ECM és a sejtek között. 7. Nidogén (Entaktin) szorosan tapad a lamininhez és IV. Kollagénhez 31 A bazális membrán (membrana basalis) egy vékony (40-120 nm vastag), hajlékony, ECM molekulákból álló lemez, amely egyrészt epitheliális, endotheliális, mesotheliális sejtrétegek alatt található, másrészt körbevon egyes non-epitheliális sejteket: pl. izomsejteket, zsírsejteket, Schwann sejteket. bazális membrán: lamina basalis + lamina fibroreticularis EM: 3 rétegből áll - lamina rara (sejtmembránhoz közelebb) (laminin, integrin, kollagén XVII) - lamina densa (kollagén IV, laminin, nidogen, perlecan) - lamina fibroreticularis (kollagén III, VI,VII, fibrillin) Szerepe elválasztja a sejteket a szomszédos kötőszövettől, de egyben mechanikus összeköttetést is biztosít közöttük szerkezeti támaszt nyújt a szöveteknek áteresztő barrierként szabályozza mind sejtek mind molekulák mozgását (tumor metasztázis kialakulása) komponensei befolyásolják a kapcsolódó sejtek funkcióit (integrin révén- jelátvitel) Szerkezete a többi ECM megjelenési formához hasonlóan a bazálmembrán is tartalmaz: - rostos fehérjéket: (IV. típusú kollagén), - adhezív glikoproteineket (lamininek, nidogen) és - proteoglikánokat (perlecan: heparán-szulfát GAG láncokkal) a négy fő alkotóelem szőnyegszerű szövevénye és egymással való kölcsönhatása feltehetően a laminin hálózat koordinálja a többi bazálmembrán komponens beépülését, hiszen a laminin több kötőhellyel is rendelkezik nidogenre, perlecanra és kollagén IV-re Fehérjéi: Nidogen-1; Nidogen-2; Merge, Laminin gamma 1; Kollagen IV; Perlecan Gyakorlati vonatkozások Goodpasture szindróma: kollagén IV ellenes antitestek termelődése (autoimmun betegség): főleg vese-tüdő érintettség Alport szindróma: kollagén IV- láncait kódoló gének mutációja, öröklődő (X-krom. kötött); vese (hematuria), belső fül (süketség), szem érintettsége (szürke hályog) Epidermolysis bullosa, egy hólyagos, néha halálos bőrbetegség alapja egy bazálmembrán komponens genetikai defektusa, melynek következtében a bőr epidermis rétege nem tökéletesen horgonyzódik az alatta lévő dermis réteghez. A laminin örökletes defektusai súlyos bőrbetegségek, izomdisztrófiák és glomerulusfiltrációs zavarok képében manifesztálódnak Glomeruláris BM (molekuláris szűrő) károsódása: fehérjevizelés (proteinuria), vérvizelés (hematuria) 32 III.Sejt-sejt és sejt-ECM kapcsolatok (Setjkapcsoló struktúrák) Jellemzése sejt- sejt v. sejt- ECM időleges v. tartós (stabil) ion (Ca2+ v. Mg2+) függőség kapcsolódó sejtváz elemek Funkció alapján lezáró, szigetelő lehorgonyzó, rögzítő kommunikáló Felépítési alapelv (vannak kivételek !!) sejtfelszíni adhéziós fehérjék citoszkeleton elemei aktin filamentumok- gyenge kötés intermedier filamentumok- erős kötés ECM komponensei (esetenként) kapcsolófehérjék (adapter proteinek) Dinamikus szekezetek : szükség esetén gyorsan széteshetnek és újra kialakulhatnak Sejt-ECM kapcsoló struktúrák hemidezmoszóma fokális kontaktus jellemzok - adhéziós molekulák: integrinek - morfológiailag „plakk” a plazmamembrán citoplazmatikus oldalán Sejt-sejt kapcsoló struktúrák Szoros illeszkedés (tight junction) - Zonula occludens (ZO) Adherens kapcsolat (adherent junction) - Zonula adherens (ZA) Dezmoszóma - Macula adherens (D, MA) Réskapcsolat - Gap junction (GJ) Zonula = övszerű; Macula: foltszerű Junkciónális komplex: ZO+ZA+D - hámsejtek (epithél) között 33 1. Hemidezmoszómák (féldezmoszómák) sejteket (hámsejtek, endothélsejtek) rögzítenek főleg a bazális laminához foltszerű képződmények, a sejtek bazális (alapi) oldalán alakjában, funkciójában hasonlít a dezmoszómákhoz (sejt-sejt kapcs.), de molekuláris összetétele attól eltérő tartós, rögzíző kapcs. Felépítés Adhéziós molekulák: integrinek: - α6β4 = laminin receptor és - BP180 (kollagén XVII-t köti) Kapcsoló molekulák: (plakkfehérjék, adapter fehérjék): dystonin, plektin Sejtváz elem: intermedier filamentumok: keratin Extracellulris mátrix elem: laminin (lamina basalis) → kollagén IV (lamina densa) Elsődleges előfordulási helye a bőrben a dermo-epidermális határ területe: az epidermisz bazális sejtréteget rögzíti a lamina basalishoz nyálkahártyákban 1. Hemidezmoszómák fehérjéinek mutációs léziója: epidermolysis bullosa kb. tipusa 2. Fokális kontaktus (fokális adhéziós plakk) különböző sejttípusokat kötnek össze az extracelluláris mátrix elemeivel pont vagy csík-szerű struktúrák formálásában több, mint 150 protein vesz részt a proteinek képesek dinamikusan össze- és szétkapcsolódni a sejt aktuális igényeinek megfelelően = reverzibilis, dinamikus ezzel lehetővé válik a sejtmigráció a sejt és környezete közötti kétirányú jelátvitelben is részt vesz előfordulás: - főleg vándorló sejtek (fibroblasztok, leukociták, makrofágok) - arteriák endothélsejtjei, - izom-ín átmenet, - váz-szívizom, - keratinociták Felépítés Adhéziós molekulák: integrinek: -  = fibronektin receptor, -  = laminin receptor Kapcsoló molekulák (plakkfehérjék, adapter fehérjék): -Actinin, Vinculin, Talin. Paxillin, FAK (fokális adháziós kináz) - jelátvitel !! Sejtváz elem: aktinfilamentumok (stresszkötegek) Extracelluláris mátrix elem: fibronektin, vitronektin, laminin 34 Gyakorlati jelentőség sok más adapterfehérje is kapcsolódik a fokális kontaktus komplexhez, pl. a kindlinek e proteincsalád egyik tagjának örökletes mutációja: Kindler-szindróma - a bőr és nyálkahártyék extrém sérülékenysége és subepidermális hólyagképződés (a kórkép az epidermolysis bullosa betegségcsoport tagja) 3. Szoros illeszkedés (tight junction; zonula occludens) övszerűen körbefutó lezáró (szigetelő) sejt-sejt kapcsolat homofil: szomszédos sejtek azonos adhéziós molekulái szorosan egymásba kapaszkodnak („zárólécek”) előfordulás: egyrétegű vagy többrétegű hám, érendothél a „szigetelés” mértéke eltérő - igen nagyfokú: a központi idegrendsz. területén (vér-agy gát), - „elég gyenge” vékonybél hámja, a vese proximális tubulusai - függ: „zárólécek” számától a klaudin molekula típusától Felépítés Adhéziós molekulák: okkludinok, klaudinok (20 kb. forma), Nectin, JAM-ák (JAM = junkcionális adhéziós molekula) Kapcsoló molekulák (adapter fehérjék): ZO-1, ZO-2, ZO-3 (ZO = zonula occludens protein) Afadin-nectin komplexum a ZO-1-hez rögzül Sejtváz elem: aktinfilamentum (F-aktin) Okkludinok, klaudinok -4 transzmembrán domén - fonalakba rendeződnek, melyek körbefutják a sejtet a szomszédos sejtek fonalkötegei pontosan egymáshoz illeszkednek (zárólécek) és lezárják a sejtközötti járatokat JAM-ák, Nectin az Ig-szerű adhéziós molekula-család tagjai Funkciók mechanikai kapcsolat: gyenge - a mechanikai stabilitást az alatta levő Z.A. és D. biztosítja szigetelő, ill. bizonyos anyagok számára szelektíven permeábilis barrier - egyes klaudin-típusok víz és/v. ion-áteresztő pórusokat képeznek - impermeabilis: víz és vízoldékony molekulák - permeabilis: anorganikus molekulák aminosavak monosacharidok paracelluláris anyagtranszport szabályozása - anyag áthaladása egy hámon(pl. béhám) lehet: transzcelluláris és paracelluláris apikális és bazolaterális régióra osztják a polarizált epitél sejtek membránját meggátolják az apikális-bazolaterális membránalkotók (pl. integráns transzportfehérjék) keveredését - Példa: a bél epitél apikális oldalán a glukóz transzporter fehérjéken keresztül jut a sejtbe, míg a bazolaterális oldalon másfajta glukóz transzporterek juttattják ki a sejtből a véráramba. meggátolják a molekulák rediffúzióját (pl. interszticiumba felszívott anyagok visszaáramlását a béllumenbe) 35 A bélhámsejteken két glukóz-transzporter bíztosítja a glukóz bélfalon való áthaladását ha a bélhámsejtek csak a Na+-glukóz-szimporterrel rendelkeznének, nem tudnák a bél lumenéből felvett glukózt más sejtek rendelkezésére bocsátani apikális felszinen- a Na+-glukóz- szimporter a glukózt aktív módon a bél lumenéből a sejtbe juttatja latero-bazális felszínen- a passzív-glukózuniporter révén a glukóz a koncentraciógradiensnek megfelelően elhagyja sejtet Gyakorlati jelentőség zonula occludens toxin (ZOT) - egy enterotoxin, a Vibrio cholerae baktérium terméke hatása: a zonula occludens reverzibilis nyílása – „hasmenés” Cerebrális (agyi) ischemia (hipoxia) - az agyi endotél sejtek ZO - fehérjéi delokalizálódnak a membránból és expressziójuk is csökken; a paracelluláris permeabilitás nő : agyi ödéma - a ZO-1,-2 adapter fehérjék lokalizációja is megváltozik, bevándorolnak a magba, ahol transzkripciós fehérjékhez (Fos, Jun) kapcsolódnak és befolyásolják gének expresszióját Klaudin-16 mutáció- renális Mg-vesztés szindróma 4. Adherens kapcsolat (adherent junction; zonula adherens) övszerűen körbefutó mechanikai sejt-sejt kapcsolat közvetlenül a zonula occludens alatt i.c. rés: 20-40 nm homofil Ca2+- függő előfordulás: minden egyrétegű és néhány többrétegű hám, érendothél, mesothél, retina más geometria, de hasonló felépítés: - fascia adherens: szívizomban: (a discus intercalarisok területén), punctum adherens: - központi idegrendszeri szinapszisok környékén Felépítés Fő adhéziós molekulák: klasszikus cadherinek- Ca2+ -függő ! - E-cadherin – epithél (leggyakoribb) - N-cadherin – szívizom - VE-cadherin - érendothél Kapcsoló molekulák: cateninek: α, β és p120 - α-aktinin, vinkulin Sejtváz elem: aktinfilamentumok- övszerűen végigfutó kötegek= „aktin-gyűrű”; - az aktinfil.-kat α-aktinin köti össze - közöttük miozin-II- molekulák is előfordulhatnak – kontraktilis Adherens sejtkapcsolat és egy szignalizációs útvonal: β-catenin az adherens sejtkapcsolat tagja és kulcs fontosságú eleme a Wnt-szignalizációs útvonalnak: a magba vándorolva TF-hoz kötődik: géntranszkripció (sejtspecifikus!!) mutáció, fokozott expresszálódás: kb. daganatos megbetegedések (máj, kólón, tüdő stb.); szívbetegségek: pl. dilatatív kadiomiopáthia 36 5. Dezmoszóma (Macula adherens) Adhéziós molekulák: - dezmoglein - dezmocollin - (nem klasszikus cadherinek; Ca2+ függő) Kapcsoló molekulák (plakkfehérjék): - dezmoplakin - plakoglobin (γ-katenin) - plakophilin - plektin Sejtváz elem: intermedier filamentumok (IF) tartós és erős mechanikai kapcsolat Előfordulás: hámszövet (keratin filamentumokhoz kötődve) - igen nagy számban a többrétegű laphámban kapilláris - endothél (IF: vimentin) szívizom - discus intercalarisok területén (IF: desmin) nyirokrendszer (nyirokcsomó dendritikus sejtjei) (IF: vimentin) agyhártya sejtjei között (IF: vimentin) Gyakorlati jelentőség dezmoglein ellenes autoantitestek termelődése – Pemphigus - az antitest-kötődés immunreakciót indít el, amelynek során a dezmoszómák pusztulása miatt a hámsejtek elválnak egymástól; a kialakuló terekben folyadék halmozódik fel (hólyagok): bőr, nyálkahártya desmoplakin géndefektus: börtünetek γ-katenin (plakoglobin) gén hibája - Naxos-betegség (öröklődő arritmogén jobb kamrai diszplázia) - autoszomális recesszív módon öröklődő palmo-plantaris keratózis, göndör, gyapjúszerű haj, a jobb kamrai szívizom zsíros-fibrotikus átépülése és következményes kamrai arritmiák jellemzik - arritmogén jobb kamrai diszplázia 6. Réskapcsolat (gap junction, nexus) kommunikáló sejt-sejt kapcsolat két sejt membránja közötti vizzel telt csatornákon keresztül valósul meg kémiai (metabolikus) és elektromos kapcsolás funkciónális egységgé kapcsolja a sejteket sejtenként több található foltszerű strukúra nagysága néhány µm2 „gap = rés” -a két sejthártya között keskeny rés (2-3 nm) Felépítés egy csatorna: két sejt konnexon egységeiből tevődik össze (félcsatornák) a konnexonokat hat konnexin fehérje alegység alkotja legalább 21 connexin gén ismert 1 transzcelluláris csatorna 12 conexinből áll 37 A csatorna átjárhatósága 1,5-2 nm átmérő 1 kD- ig áteresztő: pl. glukóz, ATP, Ca2+ , cAMP (kis metabolitok, másodlagos hírvivők: jelátvitel !) függ: i.c. ionösszetétel: pl. Ca2+ ion koncentráció, pH nyitott vagy zárt: konformáció változás eredménye ez a mechanizmus a szomszédos sejt védelmét hivatott szolgálni Funkció/ előfordulás a sejtek mükődési egységgé való összekapcsólása - szívizomsejtek - szinkronizálják a kontrakciót - simaizomsejtek - hámsejtek (bőr, belső fül érzékhámja) - osteociták az összekapcsolt sejtek táplálása szemlencse sejtjei idegrostok velőshüvelyének sejtjei petefészek - tüszőiben: petesejt és follikuláris sejtek között elektromos szinapszis - neuronok között (ionok átvitele az elektrokémiai gradiensnek megfelelően) Gyakorlati jelentőség: Connexin fehérjék mutációs léziója: veleszületett szívrendellenességek (Cx43) genetikai eredetű nagyothallás (pl. Cx26) veleszületett szürkehályog (szemlencsehomály)(Cx46, 50) perifériás neuropátia + izomdisztrófia: Charcot-Marie-Tooth szindróma (Cx32) A pannexinek nem connexinek A pannexin családnak három tagja ismert: Panx1, Panx2, és Panx3 Félcsatornákat (pannexon)képeznek, de nem képeznek gap junction-t Extracelluláris részük glikozilált, ami megakadályozza a gap junction kialakulását Szerepük még nem tisztázott: Kis molekulák (pl. glutamát, ATP) felszabadítása, amelyek a szomszédos sejtekre a megfelelő receptorokon keresztül hatnak. Kóros túlműködésük esetén: krónikus gyulladás (?) 7. Nanotubulusok (Tunneling nanotubes (TNTs) 50-200 nm átmérőjű csövek gyors közvetlen kommunikációt tesz lehetővé egymás közvetlen szomszédságában v. egymástól néhány µm távolságra levő sejtek között az anyagok szállítása a tubulusukon keresztül a sejtváz fonalai (aktinfilamentumok,mikrotubulusok) segítségével történik a szállítandó anyagok nagysága ionoktól egész sejtszervecskékig terjed mindkét írányban végbemegy Szerep: az embrionális fejlődésben és a homeosztázis fenntartásában, fertőző részecskék (pl. HIV, prionok) rezisztencia faktorok (pl rákos sejtek esetében) továbbítása 38  Citoszkeleton az eukarióta sejtek citoplazmájában előforduló!! Fő komponensei: fehérjefonalakból álló háromdimenziós hálózat Mikrotubulusok 25 nm - a sejt legnagyobb mennyiségben előforduló fehérjéi Mikrofilamentumok 7 nm nem merev hanem dinamikus struktúra Intermedier filamentumok 8-12 nm Általános tulajdonságok: fehérje alapegységekből épülnek fel: - filamentumokká állhatnak össze (polimerizáció) - ismét egységekre eshetnek szét (depolimerizáció) aktinmolekulák és tubulinmolekulák= konzervatív fehérjék intermedier filamentumok fibrilláris fehérjéi= nagy változatosság Feladatok : a sejt alakjának meghatározása a citoplazma szerkezetének kialakítása a „sejtmozgások” irányítása - a sejt egészének alakváltozásai és mozgásai - a sejtorganellumok helyzete és sejten belüli mozgásai - sejtosztódáskor a kromoszómák mozgatása és a sejt kettéválasztása Feladatok kivitelezése, megvalósítása (segítők, kiegészítők teszik lehetővé) Járulékos fehérjék: - az egyes filamentumrendszerekre jellegzetesek (specifikusak) - összekapcsolják az egyes rendszerek filamentumait egymással, más rendszer filamentumaival vagy membránfehérjékkel - szabályozzák a polimerizált (filamentum) és a depolimerizált (citoplazmában oldott alegysegek) állapot közötti egyensúly fenntartását Motorproteinek: - enzimek egy speciális csoportja - ATP-t v. GPT-t használnak energiaforrásként - elcsúsznak a mikrofilamentumokon vagy mikrotubulusokon - intermedier filamentumokhoz nem kapcsolódnak - pl. miozin, kinezin, dynein Vizsgálati módszerek : 1. Fluoreszcens mikroszkópia a. fixált (rögzített) készítmények - fluoreszcens molekulák kötődése a sejtváz fehérjéihez: hely-helyzet mefigyelése b. élő sejtek - a fehérjék sejten belüli működésének megfigyelése 2. Digitális video mikroszkópia - felvételek számítógépes feldolgozása (computer enhanced): kontraszt növelése, „háttér zajok“ csökkentése 3. Elektronmikroszkópia - egyedi szálak megfigyelése vékony metszeteken vagy gyors-fagyasztási technikával nyert készítményeken 39  1. Mikrotubulusok (MT 25 nm) organizációs központra van szükségük (MTOC) hosszú és viszonylag merev csőrendszer ellenállók a húzással, torzítással szemben I.Citoplazmatikus (dinamikus) MT nyugalmi (nem osztódó) sejtekben rendszerint a sejtközpont közelében levő kis struktúrából, a centroszómából fejlődnek ki (organizációs központ = centroszóma) feladata a membránhatárolta sejtorganellumok sejten belüli kihorgonyzása és a sejten belüli transzport. osztódó sejtben mitótikus orsóvá rendeződnek, amelynek segítségével a kromoszómák egyenlő módon szétosztódnak a leánysejtekben (organizációs központ = az orsó pólusa) II. Stabil MT csillók, ostorok (organizációs központ = a bazális test) szerep a sejtek mozgásában, a sejtek felületén való anyag- (folyadék-) transzportban Szerkezet: 25 nm átmérőjű néhány mikron hosszúságú üreges csövek, keresztmetszete (13 tubulin molekula) egy tubulinmolekula (globuláris)= 55 kD, 4-5 nm átmérőjű alapegység α- és β tubulinból álló heterodimér protofilamentum: fej-farok orientációban összekapcsolódott α- és β-alegységek lineáris lánca; polarizált felépítésű MT- 13 protofilamentum lateralisan egymáshoz illeszkedve és egymáshoz képest 0,9 nm-el elcsúszva polarizált szerkezetű: - „gyors” plusz vég (szabad β –alegységek) - „lassú” mínusz vég (szabad α -alegységek) Kialakulása és dinamikája: az élő sejtek mikrotubulusok és szabad tubulin-dimérek keverékét tartalmazzák A MT tubulin-dimérek kapcsolódása révén alakul ki - kapcsolódott dimérek nukleációs központot (oligomérek) hoznak létre - és további dimérek kapcsolódása révén növekednek (elongáció) a MT növekedése v. rövidülése újabb heterodimereknek a cső végeire való asszociációjával ill. disszociációjával valósul meg - mindkét végen történhet- plusz végen gyors mínusz végen lassú - a szabad heterodimerek koncentrációjának függvénye - kritikus koncentráció: az időegység alatt történő ráépülés és leválás kiegyenlíti egymást („taposómalom”) Fő jellemzője: dinamikusan instabil egyik végük gyorsan lebomlik, másik végük felépülhet gyorsan szétszerelődnek és a sejt másik részén összeszerelődnek 40  az összpolimér (az összes mikrotubulus) mennyisége a sejten belül időben ugyan jelentősen nem változik, de az egyes mikrotubulusok végei, hol növekedési fázisban, hol rövidülésben vannak Következmény: a sejt MT-apparátusa folyamatosan átépül. A sejt energiát (GTP-t =ATP) használ fel arra, hogy a MT-rendszert állandóan átalakulásra kész állapotban tartsa Dinamikus instabilitás: a GTP hidrolízise irányítja minden szabad tubulinmolekula tartalmaz egy szorosan kötött GTP-t, amely hidrolizál (GDP) amint a tubulin molekula egy növekvő MT-hoz kapcsolódik GTP-kötött tubulin-dimérek szorosabban kapcsolódnak egymáshoz mint GDP-kötött tubulin-dimérek (GTP- kötött dimérek további növekedésre, GDP-kötött dimérek disszociációra hajlamosak) - ha a GTP tartalmú dimérek asszociációja gyorsabb mint az ezt követő GTP-hidrolízis a MT növekszik, a csővégeken GTP-tartalmú dimérekből álló sapka (GTP cap) alakul ki, ami nem hajlandó disszociációra - ha GTP-sapka alegységei hidrolízálnak (GTP GDP-re cserélődik) (pl. a MT lassúnövekedése esetén), a GTPsapka elvész, a GDP-kötött dimérek a szabad végről leválnak és a MT elkezd rövidülni - a csővégeken GTP-tartalmú dimérekből álló sapka (GTP cap) alakul ki, ami nem hajlandó disszociációra A mikrotubulus dinamika befolyásolása: MT- mérgek Polimerizáció gátlás : - MT- alegységeket kötnek - megakadályozzák a polimerizációt, az osztódási orsó kialakulását (anti-mitótikus szerek) Őszi kikerics → Colchicin: - köszvényes rohamok kezelése (gátolja a neutrófil granulociták vándorlását) - humángenetikában kariogrammok készítése (a kromoszomákat metafázisban leállítják) Rózsás meténg → Vincristin, Vinblastin - citosztatikumok: rákos daganatok kezelése Depolimerizáció gátlás : Tiszafa → Taxol - megköti és stabilizálja a MT-t, túlzott polimerizációt okoz - megakadályozza az osztódási orsó szétesését: leállítja a mitózist (anti-mitótikus szer) - az emlőrák kemoterápiájában használják Mikrotubulus asszociált fehérjék (MAP-ok) nagy mennyiségben fordulnak elő az idegszövetben!!! - dendritekben: MAP-2, - axonban: tau strukturális (szerkezeti) MAP-ok - a MT-hoz asszociálva kilógnak azok felületéből - elősegítik a tubulin polimerizációt, stabilizálják és kötegekbe rendezik mikrotubulusokat (kötegelés) - destabilizálják a MT-kat tau a MT oldalához kapcsolódik, keresztbeköti a MT-okat MAP2 (25nm) mint tau, de nagyobb távolságra nyúlik a MT-ok között Catastrophin destabilizálja a MT-t ( a tau & MAP-al ellentétesen dolgozik) 41 Strukturális MAP-ok az idegszövetben: - MAP2 dendritekben, - axonban: tau tau - normálisan az idegsejtek MT rendszerének része; az axonális transzportban játszik fontos szerepet (szállítás az idegsejt nyúlványától (axon) a sejttesthez, ill. onnan vissza) Alzheimer- kór (dementia) - kórosan foszforilálódott (hiperfoszforiláció) tau izoformák a sejteken belül kötegeket (aggregátumok) képeznek, melyek károsítják a MT rendszert; - tönkreteszik az axonális anyagtranszportot, ami végül az idegsejtek pusztulásához vezethet. A citoplazmatikus mikrotubulusok szerepe: segítik a sejtszervecskék eukarióta sejtben való elhelyezkedését ER és Golgi ap. sejten belüli tipikus elhelyezkedése „sínként” szolgálnak a sejtorganellumok, vezikulák sejten belüli mozgásához - sejtorganellumok orientációja - sejten belüli transzport Intracelluláris transzport (teherszállítás) - a MT-k „sínként” szolgálnak az intracelluláris transzporthoz - a motorproteinek az intracelluláris transzport hajtóelemei a motorproteinek globuláris feji részeik segítségével mozognak a MT mentén motorprotein farki része határozza meg, hogy a fehérje mit szállít: (vezikulákat , organellumokat) = „szelektivitás” a mikrotubulusok motorproteinjei - mechanokémiai enzimek, képesek APT-t hidrolizálni, és a felszabaduló energiát mechanikai munka (elmozdulás) végzésére felhasználni - felismerik a MT polaritását és az egyik meghatározott vég felé haladnak 2 nagy család - kinezinek – plusz vég motorok - citoplazmatikus dineinek – mínusz vég motorok - két azonos molekulából álló dimérek (homodimérek) , - mindegyiknek van két gömbszerű feji része (MT-al kerül kapcsolatba) és egy farki része (nehéz és könnyű láncok) - a vándorlás a MT mentén ATP-függő - Axonális transzport a szinaptikus vezikulum esetében : - Anterográd transzport -kinezin (visz a testtől a végbunkó fele hasznos elemeket) - Retrográd transzport- dinein (hoz a test fele a végbunkótól hulladékot) 42 Centroszóma= 2 centriólum: a mikrotubulusok legfontosabb organizációs központja (MTOC) nem osztódó (interfázisban levő) sejtben a sejtmag közelében található kicsi (1-2 μm átmérőjű) bizonytalan kontúrú test, melyet membrán nem határol innen sugároznak ki a MT-k a sejt perifériája felé egy pár centriolumból (anyai és leány centriólum) és az azt körülvevő amorf(szabálytalan alakú) pericentrioláris anyagból áll Centriólumok: henger alakú, nehány tized mikron hosszúságú testek falát 9 tubuluscsoport alkotja egy csoport 3 MT-ból áll (triplet): 9x3 MT (1 komplett (A) 2 inkomplett (B, C) MT) (struktúrájuk az csillók és orsók bazális (alapi) testéhez hasonló) a MT kialakulásában nincs szerepük funkciójuk még nem tisztázott a sejtosztódás előtt minden centriólum megkettőződik, a centriólum párok - mint sejtközpontok – a sejtek ellentétes pólusára vándorolnak, és a mitótikus orsók szervező központjává alakulnak Centroszóma=Pericentrioláris anyag több száz γ-tubulin-ból álló gyűrűt tartalmaz hozzá adódnak az αβ-tubulin heterodimerek egy γ-tubulin gyűrű: (25 nm), 13 alegységből áll minden γ-tubulin-gyűrű egy nukleaciós központ, új MT kiindulási helye a polimerizációjához GTP és Mg2+ jelenléte szükséges a MT mínusz (–) vége a pericentrioláris anyagba ágyazódik, a plusz (+) vége a sejtperiféria felé mutat (növekedés csak a plusz végen történik) Következmény: 1. a MT-rendszer polarítása - irányított transzport 2. a mínusz vég stabilizálódása Mikrotubulus: 9 triplett: teljes A + nem teljes B és C mikrotubulus Gyakorlati jelentőség: a centrószóma számbeli eltéréseigenom instabilitást és daganatos betegségek megjelenését eredményezheti centroszómális proteineket kódoló gének defektusai: mikrocepháliát és törpenövést okozhatnak 43 Csillók (cilium): hossza: 5-10 µm, átmérő: 0,25 µm száma: több száz/sejt lokalizáció: hámok felszínén: pl. légzőhám, tubák hámja (kinocilium) szerepe: folyadékok, anyagok továbbítása a sejtek felszínén felépítés: - sejtmembrán borítja, - axonéma (járulékos fehérjeváz), - 70%-a tubulin, - 25% dinein-mozgatófehérje, - nexinfonalak, radiális küllők A csilló szerkezete: Csilló palást: - 9 kettős csőcsoport (dublet) tengely: - 2 különálló cső, - képlete: 9x2+2 - minden pár A tagján két kar (dinein„karok”), amelyek a következő pár B tagja felé irányulnak Bazális (alapi) test palást: - 9 hármas csőcsoport (triplet) tengely: hiányzik, - képlete: 9x3+0 - bazális test: a centriólum származéka A csilló mozgása: olyan mint amikor-> a búzatábla hajladozik a szélben az A-tubuluson lévő dyneinkarok a szomszédos csőpár B-tubulusához reverzibilisen kötődnek ATP hidrolízis konformációváltozással fejük elmozdul és elcsúsztatja a B- tubulust, majd leválik a nexin filamentumok csak bizonyos határig engedik az elcsúszást - eredmény: a csilló elhajlik egy csilló mozgása: gyors csapás, lassú visszahúzódás csillókkal fedett sejteken időbeli eltolódás az egymás utáni sorok között: metachron Dynein hiányában nincs csillómozgás !! → dynein gén defektusa: primér ciliáris dyskinézia (PCD) - nincs öntisztulás a légutakban, nincs spermiummozgás (férfi sterilitás), nőknél méhen kívüli terhesség. Kartagener szindróma - PCD + situs inversus. Csillók szinte minden sejten előfordulnak ! Általános szabály: Mozgékony (motilis) csillók: axonéma többnyire: 9x2+2 Nem mozgékony ( nem motilis) csillók: axonéma többnyire: 9x2+0 vannak kivételek a szabály alól !! - Mozgékony (motilis) csillók: axonéma: 9x2+0 !!! az embrionális „primitiv csomó” sejtjein (köröző mozgás:jobbról-balra történő folyadékáramlás, a balra tartó áramlás szükséges a normális situs létrejöttéhez.) - Nem mozgékony (nem motilis) csillók: axonéma: 9x2+0 Antennák: kémiai, biologiai, mechanikus ingerekre 44 Ostor (flagellum) hosszabb Előfordul spermium, protozoák –egysejtűek Mikrotubulusok elrendeződése: 9x2+2 Ostorcsapás-szerű mozgás, hullámzás (háromfejű dineinek) Flagellin - fehérje az ostor tövében elhelyezkedő, plazmamembránba rögzült motorkomplex Gyakorlati jelentőség: Csilló és ostor működési zavarának következményei: belső szervek elhelyezkedési, morfológiai rendellenességei cisztás vesebetegségek retina degeneráció- látás elvesztése - Bardet-Biedl szindróma: retina degeneráció, vesemalformáció, obezitás (=elhizas), polydaktilia(=sokujjusag) , tanulási képesség csökkenése agyi fejlődési rendellenességek: hydrocephalus (=vizfejuseg) férfi sterilitás, csökkent női fertilitás a gyomorfekélyt okozó Helicobacter pylori flagellumait használja a nyákrétegen való áttöréshez, a hámsejtek eléréséhez 45  2. Mikrofilamentumok (MF) = Aktinfilamentumok a sejtváz legvékonyabb alkotóelemei (7nm) aktin az állati sejtek leggyakoribb fehérjéje (a sejt összfehérje tartalmának 5-15%-a; izmokban kb. 50%) evóluciós szempontból igen konzervált fehérje ülönböző aktin izoformák vannak: - vázizom, szívizom es simaizom kontraktilis aparátusa: α-aktin - izom és nem-izom sejtek aktinváza : β- és γ-aktin jellegzetességük: - húzási ellenállásuk nagy - disztorzióval szemben nem ellenállóak Mikrofilamentumok (MF) funkciói: a sejthártya alatt elhelyezkedő hálózat stabilitást kölcsönöz a sejtmembránnak és meghatározza a sejt alakját akti