Biologia Komórki – ćwiczenia[?]

Spis treści:

Cykl komórkowy u eucaryota              2

Struktura jądra interfazowego              4

Cytoszkielet              8

Kariotyp              11

Mitoza eukariontów              12

Cytokineza              14

Mejoza              16

Cykl komórkowy u eucaryota

Cykl komórkowy – ściśle określona sekwencja etapów, przez które przechodzi komórka od chwili powstania do zakończenia podziału.

Cykl mitotyczny – zespół ściśle uporządkowanych i ukierunkowanych procesów molekularnych oraz kolejnych stadiów morfologicznych w komórce rodzicielskiej, które prowadzą do powstania 2 identycznych komórek potomnych.

Fazy cyklu:

G1              - wzrost komórki

              - segregacja i dekondensacja chromosomów, degradacja wrzeciona. Odtworzenie otoczki jądrowej.

              - synteza odpowiednich cyklin

              - uzyskiwanie „licencji” chromatyny do replikacji (Origin of Replication - czynnik transkrypcyjny przyłączający się do odpowiedniego miejsca na DNA. Replication Licence Factor – dla uniknięcia poliploidyzacji wymusza pojedynczą replikację).

              - kontrola uszkodzeń DNA (poziom białka p53 (strażnik genomu) rośnie w momencie detekcji uszkodzonego DNA, łączy się z nim w miejscach produkujących białko p21 będącym inhibitorem syntezy DNA → więzienie w fazie G1/G2.

              - ostateczne przyzwolenie na replikację (hiperfosforylacja białka Rb odłącza go od białka E2F będącego istotnym czynnikiem rozluźniającym chromatynę (związany z acetylacją); w ten sposób chromatyna jest gotowa do replikacji).

              - decyzja o przejściu do fazy G0, różnicowaniu (terminalnym, bądź tymczasowym), apoptozie.

G0              - komórki tymczasowo, bądź trwale są wyłączane z cyklu podziałowego (np. nasiona)

G1/S              - faza “start”; warunkiem jest pomyślne ukończenie poprzedniej fazy.

              [Cyklina B + kinaza p34cdc2 → M-phase Promotion Factor]

S              - replikacja DNA (najpierw euchromatyna, potem heterochromatyna)

G2              - synteza materiałów do wrzeciona podziałowego (α i β tubuliny, etc.)

              - naprawa uszkodzeń DNA (p53)

              - synteza MPF (cyklina D)

Kinazy i cykliny cyklu komórkowego:

·         D (CDK4 lub CDK6) – ukończenie fazy G1 cyklu

·                                                    E (CDK2) – połowa G1 - S. Wymagana jest do wejścia komórki w

fazę S i do zainicjowania replikacji)

·                                                    A ( CDK2) – koniec G1 – wczesna profaza. Wymagana do przejścia prze fazę S i do kontroli replikacji DNA. Proteoliza w momencie rozpadu otoczki jądrowej (wczesna profaza).

·                                                    B (CDK1) – późna faza S i G2. Inicjuje wejście w mitozę. Substratami dla tego heterodimeru są: jądrowe laminy, białko jąderkowe (nukleoina), MAP-4, białka kompleksów porowych i centrosomów. Proteoliza między metafazą, a anafazą.

Cyklina B2 zlokalizowana w Aparacie Golgiego – odgrywa rolę w segregacji organelli poprzez ich fosforylację.

Geny cyklin D (D1, D2, D3) i E są potencjalnymi onkogenami. Ich nieprawidłowa, lub nadmierna ekspresja często występuje w różnych rodzajach nowotworów u człowieka (np. D1 – 63% przypadków raka płaskonabłonkowego przełyku). Nadmierna ekspresja D i E prowadzi do ciągłej aktywacji CDK4 i CDK6 które fosforylują pRb – przekroczenie punktu R i progresja cyklu komórkowego. Zmutowane białko Rb zachowuje się jak ufosforylowane (niezdolne do wiązania czynników transkrypcyjnych).

Mechanizmy działania systemów naprawczych:

·               Brak czynników uszkadzających DNA – p53 wiąże się z białkiem MDM2, które ukierunkowuje go na szlak ubikwitynacji i degradacji zależnej od proteasomów.

·               Uszkodzenie DNA – brak wiązania MDM2. Aktywne p53 indukuje transkrypcje inhibitora CDK – p21pic1. Jeżeli usunięcie szkody jest niemożliwe → apoptoza.

Działanie MPF - kompleks p34cdc2/cyklina z powodu fosforylacji Tyr15 i Thr14, a także Thr161 stanowi nieczynny MPF, zwany też pre-MPF. Po ukończeniu syntezy DNA następuje aktywacja fosfatazy cdc25, powodującej defosforylację zasad azotowych białka p34cdc2. Jednymi z substratów MPF są m.in. histon H1 (wymagany do kondensacji chromatyny), laminy (uczestniczące w destrukcji otoczki jądrowej we wczesnej profazie), nukleolina (białko C23 zaangażowane w remontowanie struktury jąderka), białka Microtubule Association Products Stimulator ( stymulowane przez MPF mają wpływ na na wzrost mikrotubul). Rozkład cykliny B na przełomie metafazy i anafazy powoduje inaktywację i odwrócenie wszystkich zmian.

Jedyną fazą, w której nie odbywają się procesy biosyntetyczne jest faza M.

Struktura jądra interfazowego

Wydzielenie jądra to oddzielenie transkrypcji i translacji. U procaryota nie ma intronów – transkrypcja i translacja prawie równoległe. U eucaryota geny w postaci nieciągłej: pre-mRNA musi przejść proces dojrzewania (dotyczy ono wielu rodzajów RNA...)

Dojrzewanie:

·         Nakładanie „Cap” na koniec 5’

·         Uwypuklenie fragmentów niekodujących i ich późniejsze wycięcie.

·         Połączenie całości RNA przez ligazy.

Wielkość jądra zależy od aktywności komórkowej. Przy dużym metabolizmie stosunek rozmiaru jądro/reszta komórki jest duży.

Jądro:

1.       Otoczka

2.       Matriks (nuklepolazma)

3.       Chromatyna

4.       Jąderko

1. Otoczka – Nuclear Envelope

Zanika podczas fazy M; nie jest strukturą trwałą. Składa się z 2 błon rozdzielonych przestrzenią perynuklearną:

·         Zewnętrzna – zachowuje ciągłość z ER, jest labilna i giętka. Zawiera białka charakterystyczne dla ER (cytochrom p450 i B5). Często ma rybosomy.

·         Wewnętrzna – połączona z matriks jądrowym za pomocą lamin (LAP A, B, C), LAP2α i β (w jądrze).

Ogólny skład chemiczny błon otoczki jądrowej cechuje wysoka % zawartość białek (do 70% masy) oraz znaczący udział fosfolipidów odróżniający je od innych błon w komórce. Zidentyfikowano 4 główne klasy białek:

1.       Transbłonowa glikoproteina – gp210; zespala wewnętrzną i zewnętrzna błonę otoczki jądrowej; niezbędna dla uformowania kompleksów porowych i ich stabilizacji.

2.       Peryferyjne glikoproteiny kompleksu porowego; uczestniczą w wymianie jądrowo-cytoplazmatycznej.

3.       Laminy – główne składniki blaszki, należące do rodziny filamentów pośrednich; odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu strukturalnej integralności błony.

4.       Integralne białka błonowe – specyficzne dla wewnętrznej błony otoczki jądrowej, ściśle zasocjowane z blaszką, receptory dla niektórych lamin.

Morfologia Nuclear Pore Complex:

1. Kompleks szprych wraz z centralnym kompleksem kanałowym
2. Pierścień cytoplazmatyczny
3. Pierścień nukleoplazmatyczny

1.      Podstawowy szkielet jądrowego kompleksu porowego; składa się z 8 szprych obejmujących centralny kompleks kanałowy. Jest ulokowany między pierścieniem cytoplazmatycznym i nukleoplazmatycznym.

2.      Od strony cytoplazmy zwieńczony 8 krótkimi filamentami będących miejscem dokowania dla białek importowanych do jądra komórkowego. Dzięki zdolności do aktywnego, bądź biernego skracania mogą dostarczać dokowany materiał do centralnego kompleksu kanałowego.

3.      Ulokowany na obrzeżu kompleksu porowego od strony nukleoplazmy. Jest połączony z „koszykiem jądrowym” zbudowanym z 8 filamentów. Rozgałęzienia każdego filamentu tworzą pierścień koszyka (odgrywa on rolę w transporcie jądrowo-cytoplazmatycznym)

Transport aktywny:

1. Białko zawierające Nulcear Localisation Signal łączy się z importyną α, potem z β i tworzy z nimi kompleks, który przez importynę β jest przyłączany do filamentów cytoplazmatycznych NPC.
2. W etapie translokacji tego kompleksu uczestniczy RanGDP. Wymiana RanGDP, na GTP warunkuje wiązanie RanGTP z importyną β i dysocjację transportowanej cząstki.
3. Importyna β wraz z RanGTP wraca do cytoplazmy (może też wracać niezależnie). Importyna α wymaga czynnika eksportu Cellular Apoptosis Susceptibility protein oraz RanGTP.
4. RanGTP jest przekształcane w nieaktywną formę RanGDP i oddysocjowuje obie importyny.

Eksport cząsteczek z jądra jest oparty na podobnym mechanizmie; tam jednak zamiast NLS występuje sekwencja Nulear Export Sequence.

2. Matriks

·         Blaszka jądrowa – siateczka włókien białkowych wyścielająca wewnętrzną powierzchnie błony jądrowej. Stanowi szkielet dla otoczki jądrowej oraz służy do zakotwiczenia domen chromatynowych (lamina B).

Pojedyncza lamina składa się z 3 domen               - rdzeń o strukturze helikalnej

              - sekwencja sygnałowa NLS

              - miejsce wiązania dla białek LAP

Laminy tworzą filamenty pośrednie; wyścielają błonę i tworzą składniki cytoszkieletu.

·         Siateczka wewnątrz jądrowa

·         Matriks jąderkowe – białka: B23, nukleolina, fibryllaryna

Białka budujące matriks: Laminy (A – w jądrach komórek zróżnicowanych, B – we wszystkich komórkach, C).

W DNA sekwencje MatrixAssociatedRegion lub Scaffoold Attached Region – sekwencje łączące chromatynę z matriks jądrowym umożliwiające zajęcie despiralizującym chromosomom określonych domen i wyodrębnienie domen odpowiedzialnych za transkrypcję i translację. Niektóre sekwencje MAR mają znaczenie strukturalne i funkcjonalne (ich cechą charakterystyczną 70% sekwencji A + T). W sekwencjach MAR znajdują się rejony inicjujące replikację.

3. Chromatyna

·         DNA

·         Białka niehistonowe – High Mobility Group - A

                            - B (w eu i heterochromatynie)

                            - N (wewnątrz nukleosomów; odkształcanie i skracanie DNA ze względu na duże powinowactwo do białek histonowych)

·         snRNA – dojrzewanie transkryptów; składanie (splicing) mRNA, etc.

·         Histony

Częstość występowania sekwencji w 2n genomie:

·         Unikalne – 2 na jeden 2n genom

·         Średnio repetetywne – do 103 na 2n genom. Sekwencje kodujące – mają geny dla rRNA, tRNA, histonów, białek zapasowych (rośliny). Kodują b. szerokie spektrum białek; nie wchodzą w skład heteromchromatyny.

·         Wysocerepetetywne satelitarne DNA – do 105 na 2n genom. W jądrze interfazowym w kondensacji (podobnie do RNA), nie podlegają transkrypcji, despiralizują podczas replikacji.

Stopnie upakowania materiału genetycznego:

1.       Podwójna helisa DNA (10 nukleotydów na skręt)

2.       Włókno nukleosomowe (6 nukleosomów na skręt)

3.       Włókno solenoidowe (50 skrętów na pętlę – każda pętla to jednostka replikacyjna)

4.       Chromatyna interfazowa

5.       Chromosom metafazowy

Histony – małe, wybitnie zasadowe białka (najbardziej ze wszystkich poznanych). Ich ładunek wypadkowy + przyciąga DNA -.

H1, H2A, H2B – Arginina

H3, H4 – Arginina + Lizyna

Postranslacyjne modyfikacje histonu:

·         ...