MBR ) Architektura buňky. a) Buněčná stěna b) Buněčné membrány c) Jádro d) Mebránové struktury

Transkript

1 MBR ) Architektura buňky 1 a) Buněčná stěna b) Buněčné membrány c) Jádro d) Mebránové struktury

2 2 Odhalení struktury buňky: - elektronová mikroskopie - světelná mikroskopie Laserová konfokální mikroskopie, reportérové molekuly (fluorescenční barviva, fluorescenční proteiny - GFP) - chemie a mol. biologie Hmotnostní spektrometrie

3 3 a) Buněčná stěna Architektura buněčné stěny List Zinnia - P-houbový parenchym, AS-vzduchové prostory usnadňují výměnu plynů. Epidermální buňky okvětního lístku Hledíku většího (Antirrhinum majus) odráží světlo a tím zvyšují jas květu. Xylémová tracheida s radiálními ztluštěninami zvyšují pevnost tracheidy při transportu vody.

4 Obrázek z transmisního elektronového mikroskopu spojení tří buněk 4 Primární buněčná stěna: - formuje kostru rostliny - určuje morfologii rostliny - dynamická, mění se - určuje rychlost a směr růstu Sekundární buněčná stěna: - pevnější, složitější struktura Střední lamela spojuje k sobě primární buněčné stěny jednotlivých buněk tvoří se při dělení buněk a roste při zvětšování buňky. Roh buněk je vyplněn na pektin bohatými polysacharidy; u starších buněk je materiál degradován A vzniká vzduchový prostor; G - Golgiho aparát, ER endoplazmat. retikulum, M mitochondrie, V vakuola

5 Primární buněčná stěna: Celulóza Uloženo v matrix pektinových polysacharidů Zesíťující glykany Strukturní proteiny a fenylpropanoidy 5 Celulóza % DW buněčné stěny - řetězce 2 až 20 tisíc (1-4)-β-D-glukózových jednotek - uspořádané v mikrofibrilách (36 celulózových řetězců v 1 mikrofibrile) Kalóza polymer glukózy - glukózové jednotky mají vazbu (1-3)-β-D =>helikální tvat - netvoří mikrofibrily - výskyt: pylová zrna, pylová láčka, buň. přepážky v dělících se buňkách a buňkách napadených patogenem

6 Zesíťující glykany (dříve hemicelulóza) drží pohromadě celulózovou síť; tvoří vodíkové vazby s celulózou i spolu navzájem 6 Xyloglukan (XyG) Glukózová kostra Vedlejší řetězec z xylózy a arabinózy Xylózová kostra Vedlejší řetězec z kys. glukoronové Glukoronoarabinoxylan (GAX) Kostra z (1-4)-spojených xylózových jednotek + vedlejší řetězce z arabinózy a kyseliny glukoronové Vedlejší řetězec z arabinózy

7 Primární buněčná stěna krytosemenných typ I a typ II 7 Dvouděložné a polovina jednoděložných (množství celulózy = množství xyloglukanů) Jednoděložné skupiny Comelinoid (bromélie, palmy, trávy, zázvory; hlavně glukoronoarabinoxylany; u obilovin beta-glukany)

8 Polymery pektinové matrix tvoří druhou síť v primární buněčné stěně 8 Pektiny = heterogenní směs rozvětvených a vysoce hydratovaných polysachyridů bohatých na kyselinu D-galakturonovou Pektiny Homogalakturonan (HGA) lineární řetězec kys. galakturonové Rhamnogalakturonan lineární řetězec střídajících se reziduí kys. galakturonové a rhamnózy Pektiny ovlivňují porozitu buněčné stěny a iontovou rovnováhu; pomáhají detekovat přítomnost symbiotických organizmů, patogenů a hmyzu; velice rozšířené v buněčné stěně plodů

9 9 Strukturní proteiny nepolysacharidová složka, tvoří třetí síť v buněčné stěně Typu I; kontrola prodlužování buněčné stěny a interakce pylu z bliznou 1) Glykoproteiny bohaté na hydroxyproliny Extensin tvar tyčky, odpovědný za rigiditu buň. stěny 2) Glykoproteiny bohaté na proliny 3) Proteiny bohaté na glycin 4) Glykoproteiny bohaté na threoniny 5) Arabinogalaktanové proteiny z 95% tvořeny cukry; zakotveny v plazmatické membráně prostřednictvím fosfatidylinositolové kotvy; důležité pro signalizaci Buněčná stěna Typu II - málo strukturních proteinů, neobsahují extensin, bohaté na threonin a fenolické složky = fenylpropanoidy Fenolické složky = kys. hydroxyskořicová, spojuje polysacharidy s proteiny

10 Nová buněčná stěna vzniká během buněčného dělení 10 Golgiho vezikuly s glykoproteiny a necelulózovými polysacharidy míří k dělícímu vřeténku fúzují a vytváří fragmozómy. Fragmozómy rostou směrem ke stěně sousední buňky, kde fúzují z plazmatickou membránou oddělení obsahu dvou dceřiných buněk.

11 Golgiho vezikuly přinášejí necelulózní komponenty. Celulózové mikrofibrily jsou syntetizovány enzymem celulóza syntázou (enzym vestavěný do plazmatické membrány). Celulózové mikrofibrily jsou vytlačovány z plazmatické membrány do buněčné stěny. 11 Během vývoje buňky zvětšují délku 20 50x. Buněčná stěna se rovněž zvětšuje musí být rozvolněna a doplněna o nový materiál (vliv auxinu).

12 Sekundární buněčná stěna ukládá se na vnitřní straně primární buněčné stěny 12 Složení a vzor ukládání sekundární stěny se u buněk liší. Bavlník: 98% celulóza Semenná pletiva: necelulózové polysacharidy Obilný endosperm: manany (polymery manózy) využívány jako zdroj energie během klíčení semen a raný růst rostlinky β-glukany pro lidskou obživu; snižuji hladinu krevního cholesterolu

13 Ligniny směs fenylpropanoidů sekundární metabolity; častá součást sekundární buněčné stěny pevná a odolná stěna 13 Suberin podobný ligninu, hydrofóbní charakter; epidermální buňky stonků, korkových buněk, povrch poraněných buněk Kutin polymer mastných kyselin propojených estery; listy a povrch stonků; bariéra proti fúzi vodních par Vosky estery dlouhořetězcových mastných kyselin a alkoholů; syntetizovány v ER

14 b) Buněčné membrány 14 Protoplast je obklopený plazmatickou membránou Plazmatická membrána udržuje elektrochemické prostředí uvnitř buňky Plazmatická membrána - dvojvrstva polárních molekul lipidů spojených s řadou proteinů Fosfolipidy Glykolipidy Steroly Amfipatické molekuly: - hydrofóbní ocásky - hydrofilní (polární) hlavička Hydrofóbní ocásky mastné kyseliny, atomů uhlíku Nasycená mastná kyselina Nenasycená mastná kyselina

15 Nenasycené mastné kyseliny 15

16 Hydrofilní (polární) hlavička obsahuje fosfátovou skupinu; hlavička glykolipidů obsahuje cukr 16 Lipidy ve vodě spontánně tvoří dvojvrstvy; hydrofóbní ocásky odpuzují vodu a interagují spolu Steroly hydrofóbní uhlovodíková kostra a jednoduchá hydrofilní hydroxylová skupina př. Cholesterol

17 17 Integrální proteiny hydrofilní a hydrofóbní doména; někdy připojeny cukry Periferní proteiny interagují s lipidy a proteiny prostřednictvím solných můstků, hydrogenních vazeb, elektrostatických interakcí Zakotvené proteiny připojeny k dvojvrstvě pomocí lipidových kotev

18 18 Membránové proteiny: specifické transportéry (kanály, pumpy) přenos signálu (receptory) enzymatická katalýza (syntéza celulózy) strukturní funkce Membránové proteiny definují specificitu každého membránového systému Nepolární molekuly snadno difundují hydrofóbním jádrem dvojvrstvy Hydrofilní polární molekuly a ionty difundovat nemohou H 2 O výjimka, polární, ale snadno difunduje membránou Lipidy : proteiny : karbohydrátové řetězce 2 : 2 : 1

19 Plazma membrána tvoří hranici mezi živým protoplastem a vnějším prostředím 19 Plazmodezmata cytoplazmatické kanály (40-50 nm); propojují rostlinné buňky

20 20 Prostřednictvím plazmodezmat buňky sdílí plazmatickou membránu Ionty a malé molekuly (do 800 Da) volně difundují z buňky od buňky pomocí plazmodezmat Buňky jsou schopny zvyšovat velikost plazmodezmat (až pro molekuly do 10 kda) = Cytoplazmatické pouzdro Symplast síť navzájem propojených protoplastů Apoplast buněčná stěna a vzduchové prostory

21 c) Jádro 21 Prominentní organela; 3 10 um; Většina genetická informace buňky N jádro NU jadérko; syntéza ribozomální RNA, úprava RNA a spojování s proteiny vznikají ribozomální podjednotky, které jsou transportovány do cytoplazmy NE - jaderná obálka; dvě dvojvrstvy oddělené lumenen (perinukleární prostor); obsahuje jaderné póry Chromatin komplex DNA a proteinů; vytváří chromozomy; v nedělící se buňce (interfáze) je chromatin ve formě vláken vytváří síť, dochází k transkripci genů a syntéze DNA.

22 Vnější membrána jaderná obálky je pokračováním ER a obsahuje ribozómy 22

23 d) Membránové struktury 23 Extenzivní, navzájem propojená série organel, která je zodpovědná za syntézu, úpravu a ukládání makromolekul. Transport mezi kompartmenty: - sekretované molekuly k povrchu buňky - vakuolární proteiny do vakuoly - membránové proteiny a lipidy z místa syntézy do dalších částí endomembránového systému

24 24 Endoplazmatické retikulum (ER) Pokračovánín jaderné obálky; rozsáhlá, mnohostranná a adaptabilní organela 16 různých domén Funkce: - syntéza, zpracování a rozdělování proteinů; i syntéza lipidů; - v ER jsou kotvící místa pro aktinová filamenta cytoskeletu - regulace koncentrace Ca 2+

25 3 typy ER membrán 25 1) Drsné ER má ribozómy; syntéza proteinů 2) Hladké ER bez ribozómů; 3) Jaderná obálka

26 Translace jaderných mrna začíná v cytozolu na volných ribozomech. 26 Syntéza proteinů ukončena v ER. Translokace rozpustných proteinů do lumenu ER. Integrální proteiny inkorporovány do membrány ER Úprava proteinů (např. glykosylace), jejich modifikace, která ovlivňuje trojrozměrné uspořádání proteinu. Transport upravených proteinů prostřednictvím vezikul. Fúze s Golgiho cisternami Prolaminy (zásobní proteiny) se vyhýbají Golgiho aparátu. Jsou transportovány přímo do vakuol.

27 27 Membrány hladkého ER syntéza lipidů V hladkém ER je syntetizován i triacylglycerol (semena a pylová zrna) Triacylglycerol se akumuluje mezi vnitřní a vnější membránou v místech, která obsahují proteiny oleosiny. Oleosomy

28 28 V hladkém ER jsou syntetizovány monomery (velice dlouhé řetězce mastných kyselin) vosků a kutinů Transport monomerů vně buňky není znám. Hypotéza

29 Golgiho aparát (diktyozom) 29 - cysternový štosek (1µm) 5-8 cisteren - trans-golgiho síť (TGN) tubulární struktura spojená s Golgiho štoskem - Golgiho matrix vláknitá klec ohraničující štosky a TGN Funkce: - syntéza, modifikace, balení a rozdělování makromolekul určených pro export k buněčné stěně nebo k další organelám - modifikace vedlejších cukerných řetězců glykoproteinů a glykolipidů (cukerné řetězce specifikují interakci mezi plazmatickou membránou a buněčnou stěnou) - zodpovědný za syntézu nebo zesítění glykanů Počet štosků: 20 až 10 tisíc

30 30 Transport prostřednictvím Golgiho aparátu je směrovaný Produkty z ER jsou transportovány prostřednictvím cis, medial či trans cisteren do TGN. Z TGN vznikají 2 typy vezikul: - pokryté COP proteiny - transport do plazmatické membrány a buněčné stěny - pokryté proteinem clathrinem - transport do vakuoly Proteiny určené pro vakuoly obsahují specifické AK a jsou transportovány pomocí MVB multivezikulárních tělísek.

31 Exocytóza membrána Golgiho vezikuly fúzuje s plazmatickou membránou a obsah se vyleje do buněčné stěny 31 - doručení proteinů a polysachyridů do vnějšího prostředí - doručení nových proteinů a lipidů k PM Endocytóza vrácení membránových komponent pro recyklaci či degradaci - příjem extracelulárních molekul - import vezikul odvozených z PM a pokrytých clathrinem - import vezikul odvozených z PM do vakuoly se děje prostřednictvím MVB (multivezikulárních tělísek)

32 Vakuola 32 Tekutinou naplněné kompartmenty pokryté tonoplastem; 30-90% objemu buňky Dospělé buňky velké vakuoly Mladé buňky (např. meristematické) větší počet malých vakuol Vakuoly pochází z provakuol, které pučí z ER Funkce: - velká vakuola omezuje metabolicky aktivní cytoplazmu do tenké vrstvy, zvětšuje její povrch a tím maximalizuje výměnu plynů a živin Tradescantia vakuoly buněk vlásků na tyčinkách obsahují antokyany - uchovávání iontů a molekul: rezervoár protonů, org. kyselin a metabolicky aktivních iontů (Ca 2+ ), polysacharidů, lytických enzymů, těžkých kovů, obranných látek (taniny, kys. šťavelová, proteázy, nukleázy), pigmentů, proteinů (v semenech)