MBR ) Architektura buňky. e) Plastidy f) Mitochondrie a peroxizómy g) Cytoskelet

Transkript

1 MBR ) Architektura buňky 1 e) Plastidy f) Mitochondrie a peroxizómy g) Cytoskelet

2 e) Plastidy 2 Vyskytují se v autotrofních eukaryotech. U rostlin se vyskytují téměř ve všech buňkách. Plastidy produkují: - cukr během fotosyntézy - chlorofyl - karotenoidy - puriny - pyrimidiny - aminokyseliny - mastné kyseliny - hormony: GAs, ABA Plastidy uchovávají karbohydráty ve formě škrobu; redukují dusitany a sírany

3 3 Plastidy - dvojitá membrána: Vnější membrána nespecifické proteinové póry transport iontů a molekul do 10 kda. Vnitřní membrána ohraničuje stroma; méně permeabilní specifické transportéry; vychlipuje a tvoří thylakoidní systém membránový systém Stroma syntéza mastných kyselin Vlastní DNA a ribozómy; vývojově pocházejí z prokaryotických endosymbiontů příbuzných ke kyanobakteriím Importují 75% svých proteinů kódovaných v jádře.

4 Diferenciace, de-diferenciace a re-diferenciace plastidů 4 Proplastidy V meristematických buňkách; 0,2 1 µm; několik ribozómů Proplastid Mitochondrie Zploštělá lamela interní membrány

5 Chloroplasty 5 Místem fotosyntézy; délka 3 10 µm, tloušťka 0,5 1 µm (GT) (ST) Thylakoidy; až 40 v jednom granu podle světelných podmínek; vyskytují se zde fotosyntetické pigmenty Rubisco (ribulosa-1,5-bisfosfát-karboxylasa/oxygenasa) chloroplastový enzym; největší podjednotka - kódovaná chloroplastovou DNA a syntetizovaná na chloroplastových ribozomech; malá podjednotka kódovaná jadernou DNA a syntetizovaná na cytoplazmatických ribozomech

6 Etioplasty 6 Jejich vývoj z proplastidů se zastavil absencí světla; délka 2 3 µm Nemají chlorofyl, produkují protochlorofylid prekurzor chlorofylu Prolamelární tělísko (prolamellar body) obsahuje membránové lipidy, protochlorofylid a protochlorofylid oxidoreduktázu enzym vyžadující světlo Protochlorofylid oxidoreduktáza Protochlorofylid => chlorofyl => komplex chlorofyl + protein; lipidy z PB jsou inkorporovány do thylakoidních membrán

7 Amyloplasty 7 Bezpigmentové plastidy, syntetizují a shromažďují škrob; velké jako chloroplasty Zásobní pletiva kořenů, stonků a endosperm obilovin Škrobová zrna (kořenová špička sóji) U hlízy brambor amyloplasty vystavené světlu re-diferencují na chloroplasty Amyloplasty obilovin nere-diferencují protože obilná endosperm obsahuje mrtvé buňky

8 Leukoplasty 8 Bezbarvé plastidy, syntetizují a shromažďují monoterpeny těkavé látky obsahující esenciální oleje; obsahují interní membrány, ribozómy a olejové kapičky Lipidové kapičky Vyskytují se v sekrečních žlázách v trichomech, v nektaru květů, v sekrečních žlázách citrusů

9 Chromoplasty 9 Žluté, oranžové, červené barvy v závislosti na množství akumulovaných karotenoidů a xantofylů; nepravidelný tvar kulaté, měňavkovité, podlouhlé Vyvíjí se z proplastidů, nebo de-diferenciací chloroplastů (zrání rajčat) Gerontoplasty chromoplasty ve stárnoucích listech Chromoplasty re-diferencují na chloroplasty (zelenání citrusových plodů za nevhodných podmínek; zelenání mrkve na světle)

10 Rozmnožování plastidů 10 Dělením existujících plastidů proplastidů, etioplastů, mladých chloroplastů, ale i zralých chloroplastů V meristémech probíhá dělení stejným tempem jako dělení buněk. Se zvětšováním buněk se zvyšuje počet plastidů. Cytoplazmatické organely přenášeny na další generaci vajíčkem (mateřská dědičnost), spermatickou buňkou (otcovská dědičnost), nebo objema buňkami (biparentální dědičnost) Krytosemenné plastidy a mitochondrie se dědí po mateřské linii (ve spermatických buňkách jsou degradovány nebo vypuzeny) Nahosemenné plastidy jsou přenášeny spermatickými buňkami

11 f) Mitochondrie a peroxizómy 11 Mitochondrie Elektrárna buňky aerobní dýchání, účastní se glukogeneze a fotorespirace; stovky tisíce v jedné buňce v závislosti na typu buňky a stádium vývoje; mladé buňky méně Elektronový transport v mitochondriích zdroj ATP; metabolické dráhy dodávají org. kyseliny, aminokyseliny použivané k biosyntéze kdekoliv v buňce Vlastní DNA; pochází z endosymbiontů příbuzných α-proteobakteriím 1 µm 1-3 µm Mitochondrie mění svůj tvar: kulatý oválný činkovitý a zpět

12 Mitochondrie - dvojitá membrána 12 Vnější membrána obsahuje enzymy; vysoce permeabilní; poriny proteinové komplexy vytvářející vodní kanály transport iontů a malých molekul Vnitřní membrána obklopuje mitochondriální matrix; vysoce zvrásněná, vytváří tubulární kristy; obsahuje ATP syntázu a je místem elekronového transportního řetězce; velmi nízká permeabilita, specifické transportéry Matrix obsahuje rozpustné enzymy, mitochondriální DNA a ribozomy

13 Peroxizómy 13 Sférické organely o průměru 0,2 2 µm; periodicky se dělí; neobsahují DNA ani ribozómy => všechny proteiny jsou kódovány nukleárními geny Funkcí se liší v závislosti na pletivu a orgánu. Jsou místem β-oxidace; syntéza kys. jasmonové Obsahují oxidázy generují H 2 O 2 a katalázy, které rozkládají H 2 O 2 na kyslík a vodu. Účastní se fotorespirace Přeměna fixovaného dusíku na org. látky bohaté na dusík Ukládají tuky a oleje (glyoxyzómy)

14 g) Cytoskelet 14 Funkce cytoskeletu: 1) Ukotvení organel a strukturní stabilitu cytoplazmy a zakotvených proteinů 2) Pohyb buněčných kompartmentů 3) Ukládání buněčné stěny a orientaci nově vytvořené buněčné stěny během buněčného dělení 4) Určuje polaritu buňky, např. směr pohybu organel

15 Struktura cytoskeletu síť bílkovinných vláken prostupující cytozolem 15 3 typy cytoskeletárních filament: - Střední (intermediální) filamenta - Aktinová filamenta (mikrofilamenta) - Mikrotubuly (tubulin) Každý typ filament je složen z asymetrických proteinových podjednotek, které jsou spojeny nekovalentními vazbami Střední (intermediální) filamenta Proteinová vlákna průměr nm Rostliny postrádají řadu typů středních filament konzervovaných u jiných eukaryontů (laminy, keratiny, vimentiny, neurofilamenta) Filament-like proteiny (FLPs) coiled-coil interakce Coiled-coil proteiny identifikované u rostlin mají omezenou sekvenční homologii s ostatními proteiny u eukaryontů.

16 16 Aktinová filamenta (mikrofilamenta) Vytvořena z proteinu aktinu; rozpustný globulární protein (G-aktin), 375 aminokyselin; podjednotky polymerizují do spirálovitých filament o průměru 8 nm - vzniká filamentární forma aktinu = F-aktin

17 Mikrotubuly (tubulin) 17 Vytvořeny heterodimerickými podjednotkami globulárních proteinů α- a β-tubulinu. Dimery se spojují v dutou strukturu o průřezu 25 nm. Dimery se váží svými konci a vytváří sloupce protofilamenta. Mikrotubul má většinou 13 protofilament (rozmezí 11 16) Aktin a tubulin vysoce konzervované proteiny Geny pro α- a β-tubulin jsou u rostlin přítomny v 4 9 kopiích; počet aktinových genů se liší u různých druhů rostlin

18 Mikrotubuly a aktinová filamenta mají vnitřní polaritu 18 Proteinové jednotky jsou asymetrické. V polymerním uspořádání jsou jednotky seřazeny ve stejné orientaci. Polarita polymeru každý konec má různé biochemické vlastnosti => každý konec má jinou rychlostní konstantu + konec = dynamičtější ; - konec = méně aktivní Aktinové filamenty a mikrotubuly se vytváří ve třech krocích Vytvoření templátu Prodlužování templátu Udržování délky templátu Rychlost elongace je dána rozdílem mezi rychlostí přidávání podjednotek a rychlostí ztráty podjednotek.

19 Vytváření aktinových filament a mikrotubul vyžaduje vazbu a hydrolýzu NTP (nukleosid trifosfátu) příslušnými proteinovými podjednotkami. 19 G-aktin váže ATP, α- a β-tubulin váže GTP. Fosfát navázaný na NTP je hydrolyzován, po té, co se podjednotka naváže na rostoucí templát. + konec: Navázaný ATP - konec: Navázaný ADP Treadmilling (frézování) koncentrace volných subjednotek podporuje růst na + konci a je balancován zmenšováním na - konci. Rychlost změny délky bude nulová, ale podjednotky inkorporované na + konec budou frézovány skrz polymer a uvolněny z - konce.

20 Hydrolýza nukleotidů v mikrotubulech může vést k chování nazývanému dynamická nestabilita. 20 Energie uvolněná hydrolýzou GTP zvyšuje rychlost depolymerizace. Mikrotubuly rostou přidáváním podjednotek s navázaným GTP. Hydrolýza GTP je zpožděná za sestavováním => vzniká čepička z podjednotek s navázaným GTP. Čepička stabilizuje strukturu a podporuje růst. Snížení dodávky tubulinových dimerů nebo zvýšení hydrolýzy GTP => konec mikrotubulu obsahuje většinu podjednotek z GDP. Při odstranění čepičky dochází k rychlému rozpadu struktury.

21 21 Přídatné proteiny interagují s aktinem a tubulinem kontrolují jejich funkci Motorické proteiny: - myosiny - dyneinsiny - kinesiny Konvertují chemickou energii (ATP) na pohyb Hlavička globulární doména proteinu váže se k cytoskeletárnímu polymeru; zdrojem energie je ATP; ocásek proteinu nese případný náklad

22 22 Myosin aktivuje mnoho typů buněčné pohyblivosti, včetně aktinových filament Svaly Myosin II s dlouhými ocásky tvoří bipolární filamenta; pohybuje aktinovými filamenty s opačnou polaritou vzájemně proti sobě (kontrakce ve svalech). Rostliny Myosiny VIII a XI tvoří dvouhlavičkové (dimerické) motory. Přenos signálu myosinem vede: 1) k pohybu jednoho aktinového filamentu vůči druhému 2) k pohybu vezikul podél aktinového filamentu 3) k pohybu aktinového filamentu podél plazmatické membrány

23 23 Dynein a kinesin interagují s mikrotubuly Kinesin transportuje náklad k + konci mikrotubulu; kinesin transportuje vezikuly a je zapojen v tvorbě mitotických vřetének Dynein transportuje náklad k - konci mikrotubulu Všechny tři skupiny motorických proteinů byly objeveny u rostlin. Rostliny mají více druhů kinesinů než živočichové

24 24 Další typy přídatných proteinů ovlivňují vytváření cytoskeletu - spojují polymery k sobě - stabilizují polymery - zesilují či zeslabují polymery - váží se specificky ke konci polymeru - spojují cytoskelet k dalším komponentám buňky (membrány, biosyntetické enzymy, komponenty přenosu signálu)

25 25 Mitochondrie a plastidy proudí cytoplazmou pomocí cytoplazmatické proudění Cytoplazmatické proudění interakce mezi myosinem, navázaným na povrch organel, a aktinovými filamenty v cytoplazmě Dochází také k pohybu organel na specifická místa pohyb chloroplastů jako reakce na intenzitu světla; podobně pohyb jádra List Arabidopsis

26 Aktinová filamenta úloha v exocytóze (pylové láčky, kořenové vlásky) 26 Exocytóza lokalizovaná na rostoucím apikálním konci Polarizovaná aktinová vlákna dodávají sekreční vezikuly do špičky. V pylové láčce vezikuly (obsahující Ca 2+, prekurzory buněčné stěny) mají připojený myosin, který je spojen s aktinovými filamenty. Vysoká rychlost expanze (růstu pylové láčky) vyžaduje dodávku velkého počtu prekurzorů buněčné stěny.

27 Mikrotubuly pomoc při orientaci expanze buňky 27 Kořeny, stonky směr maximální expanze je paralelní s dlouhou osou orgánu Kortikální mikrotubuly jsou orientované kolmo k ose prodlužování => ovlivňování směru ukládání celulózových mikrofibril, které specifikují směr maximální expanze buněk. PM CW Exprese tubulin Exprese celulóza syntázy