1. AKTINOVY CYTOSKELET (mikrofilamenta)



Podobné dokumenty
NEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY. Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly

BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA

B9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY

Cytoskelet a molekulární motory: Biologie a patologie. Prof. MUDr. Augustin Svoboda, CSc.

VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

Struktura a funkce biomakromolekul

BUNĚČNÁ MOTILITA A MOLEKULÁRNÍ MOTORY

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Úvod do biologie rostlin Buňka ROSTLINNÁ BUŇKA

Přeměna chemické energie v mechanickou

Pohyb buněk a organismů

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

Cytologie. Přednáška 2010

Pohyb přípravný text kategorie A, B

Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta

3. Nukleocytoplasmatický kompartment rostlinných buněk

VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Kosterní svalstvo tlustých a tenkých filament

CYTOPLAZMA. -Prostor mezi organelami, inkluzemi, ribozomy a jádrem

ENERGIE BUNĚČNÁ RESPIRACE FOTOSYNTÉZA Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

DUM č. 1 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

základem veškerého aktivního pohybu v živočišné říši je interakce proteinových vláken CYTOSKELETU

Biologie I. 4. přednáška. Buňka. struktura, nemembránové útvary

MITÓZA V BUŇKÁCH KOŘÍNKU CIBULE

Epitely a jejich variace

Struktura a funkce biomakromolekul

BUŇKA I. Základní morfologické charakteristiky buňky. Vlastní struktury buňky (biologické membrány, cytoskelet, cytoplasma)

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

Růst a vývoj rostlin - praktikum MB130C78

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

Současná formulace: Buňka je minimální jednotka, která vykazuje všechny znaky živých soustav

Bp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů

Stavba buněk, organely, buněčné typy BST2

základem veškerého aktivního pohybu v živočišnéříši je interakce proteinových vláken CYTOSKELETU

Fyziologie svalové činnosti. MUDr. Jiří Vrána

Výuka histologie pro studenty fyzioterapie, optometrie a ortoptiky

TUBULIN-FOLDING COFACTOR A (TFC A) u Arabidopsis

/2012. Mgr. Hříbková Hana Biologický ústav LF MU Kamenice 5, Brno

Cytoskelet, buněčné interakce a extracelulární matrix

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Specializace buněčných povrchů Spojení buněk Molekulární koncepce biologického motoru

Interakce buněk s mezibuněčnou hmotou. B. Dvořánková

Biologie I. Buňka II. Campbell, Reece: Biology 6 th edition Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus

44 somatických chromozomů pohlavní hormony (X,Y) 46 chromozomů

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ


Endocytóza o regulovaný transport látek v buňce

TRANSPORT PŘES BUNEČNÉ MEMBRÁNY

STRUKTURA A FUNKCE MIKROBIÁLNÍ BUŇKY

BUNĚČNÝ CYKLUS. OMNIS CELLULA ET CELLULA - buňka vzniká jen z buňky. Sled akcí, ve kterých buňka zdvojí svůj obsah a pak se rozdělí

Přírodní polymery proteiny

Cytologie I, stavba buňky

- pro učitele - na procvičení a upevnění probírané látky - prezentace

8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany

Intracelulární Ca 2+ signalizace

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Svalová tkáň, kontraktilní aparát, mechanismus kontrakce

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

Tomáš Kuˇ. cera. Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze.

Buněčné jádro a viry

Bílkoviny a rostlinná buňka

Obecný metabolismus.

- v interfázi dále viditelné - jadérko, jaderný skelet, jaderný obal

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

PŘEHLED OBECNÉ HISTOLOGIE

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL


Globální pohled na průběh replikace dsdna

BIOLOGIE BUŇKY. Aplikace nanotechnologií v medicíně zimní semestr 2016/2017. Mgr. Jana Rotková, Ph.D.

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Milada Roštejnská. Helena Klímová. Buňka. Pankreas. Ledviny. Mozek. Kost. Srdce. Sval. Krev. Vajíčko. Spermie. Obr. 1.

Elektromagnetické pole

Mitochondrie Buněčné transporty Cytoskelet

Buňka V. Jádro. Buněčný cyklus a buněčné dělení (mitosa). Ústav histologie a embryologie 1. LF UK

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Z Buchanan et al. 2000

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

Syllabus přednášek z biochemie

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

od eukaryotické se liší svou výrazně jednodušší stavbou a velikostí Dosahuje velikosti 1-10 µm. Prokaryotní buňku mají bakterie a sinice skládá se z :

Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad

Apoptóza Onkogeny. Srbová Martina

Co je vidět v buňkách? Inoue, 50. léta: vláknité struktury (meióza mikrospor Lilium longiflorum)

Biopolymery. struktura syntéza

BIOFYZIKA BUŇKY A TKÁNÍ

Buněčný cyklus a buněčná smrt

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Struktura a funkce biomakromolekul

Buněčné dělení ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Specifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví

9. Lipidy a biologické membrány

Transkript:

CYTOSKELET - pohyb bunek, zmeny tvaru bunek - pohyb organel, bunecné procesy (napr. separace chromosomu) - vyzaduje energii (ATP) - CYTOSKELETON = cytoplasmaticky systém vláken - nutný pro bunecný pohyb, urcuje tvar bunky, tvorí dráhy, podle kterých se pohybují organely, vesikly etc., 3 typy cytosolických vláken: 1) mikrofilamenta (7-9 nm O), 2) intermediální filamenta (10 nm O), 3) mikrotubuly (24 nm O). 2) a 3) často asociovány - Pohyb: 2 základní mechanismy tvorby pohybu: 1) Motorové proteiny, potrebují ATP nebo GTP, 2) Assembly a disassembly mikrofilament a mikrotubulu. 1. AKTINOVY CYTOSKELET (mikrofilamenta) Bunecný pohyb - koordinace pohybu v ruzných cástech bunky Aktin: nejhojnejsí vnitrobunecný protein EB (cca 10 % váhy celkových proteinu ve svalu; 1-5 % ostatní bunky ~ 0.5 mm) napr. jaterní bunka 2 x 10 4 molekul insulinového receptoru X 5 x10 8 aktinových molekul kódován konservativní skupinou genu (napr. lidský genom 6 genu, kvasinky 1 gen) Filopodium Arps geny (actin-related proteins) - cca 50 % homologie s aktiny Aktinové struktury fibroblastu Lamellipodium Stress fibres Phalloidin stained

Struktura mikrofilament Formy aktinu: G-aktin = globulární monomer F-aktin = filamentární polymer - mikrofilamenta - kazdá molekula aktinu obsahuje Mg2+ ion +ATP nebo ADP, tj. 4 stavy aktinu ATP-G aktin, ADP-G aktin, ATP-F aktin, ADP-F aktin - pridání iontu (Mg2+, K+, Na+0) indukuje polymeraci G-aktinu do filament F-aktinu (reversibilni), provazeno hydrolysou ATP Bundles (svazky) Networks (síte) - urcují tvar bunek Aktin-cross-linking proteins - 2 (nebo víc) aktin vazebná místa Fascin Bundle Network Filamin

Propojení filament k membráne Erythrocyty membrane-microfilament binding proteins, kortex - oblast pod Spectrin membránou tetramer - head to tail propojené délka 200 nm Ankyrin Junctional complexes

Actin assembly 3 fáze: 1) Lag period - G-aktin agreguje do krátkých, nestabilních oligomeru- fungují jako nukleacni centrum 2) Fáze rychlé elongace do filamenta (aktinové monomery se pridávají k obema koncum). Koncentrace G--aktinu klesá az do vyrovnání s koncentrací filamentárního aktinu. 3) Fáze steady state - G-aktin monomery vymenují podjednotky na konci filment X délka filament se nemení, Rovnovážná koncentrace = Kritická koncentrace (C c ) in vitro = 0.1μM Nucleation Elongation Steady state - Po inkorporaci ATP-G-aktinu - pomalá hydrolysa ATP. Tj. Vetsina filament je z ADP-F-aktinu X na koncích ATP- F-aktin - ATP hydrolysa není esenciální pro polymeraci (ADP-G-aktin polymeruje) - F-aktin -polární: + konec se prodluzuje 5-10 x rychleji nez - konec. Dáno rozdílnou C c na obou koncích Kritická koncentrace závisí na tom, zda jsou monomery vázány s ATP nebo ADP. Při inkorporaci ADP-monomeru - oba konce se prodluzují pomaleji (jako - konec) Regulace polymerace aktinu: Thymosin β4: inhibice assembly, váze ATP-G-aktin, který nemuze pak polymerovat Profilin: podporuje assembly: 1) váže ATP-G-aktin - pomáhá pripojování monomeru k + konci aktinového filamenta, poté disociuje z komplexu 2) Profilin interaguje s membránovými komponentami b.signalisace (PIP2)? Kontrola assembly na plasmatické membráne, PIP2-profilin se nevaze na G-aktin. 3) Profilin funguje jako nucleotide-exchange faktor. Jediný aktin vazebný protein, který umoznuje výmenu ADP za ATP.

Kontrola délky filament - koncentrace aktinu preferuje tvorbu filament - pro rozbití existujících filament a jejich síte - protein gelsolin a cofilin - mechanismus? - vazba na podjednotky, změna jejich konformace a prerusení vazeb mezi nimi - po prerusení vazby zůstane rozbijející protein vázán na + konci a brání prodluzování retezce (capping funkce). - konec se zkracuje Stabilisace filament - Actin-capping proteiny (váží se na konce, neumí filamenta rozbíjet) Aktin motor protein - Myosin - 13 clenu myosinové genové rodiny, myosin I a II nejcastejsí 1 nebo 2 tezké retezce Globulární hlava: - actin a ATP vazebná místa konservativní Ruzné lehké retezce - calmodulin - jiné Ca2+ vazebné proteiny Monomer Dimer Obsahuje specifická vazebná místa pro specifické funkce ruzných myosinu Vsechny myosiny - regulovány nejak Ca2+ X reaguji odlisne na koncentraci Ca2+ - ATPasová aktivita - aktivována aktinem (4-5x), lokalisována v globulární hlave Dimer Ca2+ vazebný protein

Ocásek - urcuje roli myosinu Myosin I a II - vazba na membrány Myo I vcetne membrán GA -? Transport vesiklu Tvorba silných filament- (myo II) - role při svalové kontrakci- - mnoho myosinových hlav muze interagovat soucasne s aktinovými filamenty membrána Myosinové hlavy se pohybují podél aktinových filament Pohyb na sklicku - fixace myosinu - pohybují se aktinová vlákna při dodání ATP, pohyb orientovaný, smerem k - konci

Aktin a myosin II důležité pro cytokinesi Savčí buňky Při mitose aktin amyosin II akumulace ve středu dělící se buňky - KONTRAKTILNÍ RING - zkracování při cytokinesi Kvasinky AKTIN Dynamická lokalisace během buněčného cyklu regulace Cdk kinasami

Pohyb vesiklů podél aktinu (myosin I a V) invaginace plasmaticke membrány AKTIN 2formy actin patches a actin cables (prochází podél buňkou) Role při polarizované sekreci např. při buněčném cyklu Kvasinky Mutanty aktinu a myosinů různě ovlivní lokalisaci různých vesiklů Chs3p integrální membránový protein syntesa chitinu- lokalisace v místě vzniku nového pupene Chs5p nutný pro lokalisaci Chs3p (protein GA) + role Myo2p Chs4p součást komplexu v místě tvorby pupene interakce s Chs3p speciální vesikly transport podél aktinu

Pohyb cytoplasmy Membránově vázaný myosin - důležitý pro fenomen cytoplasmic streaming - zelené řasy Nitella, Chara) - pohyb cytoplasmy - cca 4.5 mm/min - mechanismus distribuce buněčných metabolitů (především u velkých buněk - rostlinné buňky, amoeby) Pohybující se cytosol - také pohyb ER, vesiklů Pohyb nejpomalejší v centru - zvyšuje se k povrchu b.- motor generující pohyb leží u membrány - svazky aktinových filament vedle chloroplastů vázaných na membránu, na ně vázány vesikly ER - myosiny vázané na ER - pohyb cytosolu BUNĚČNÝ (AKTINOVÝ) POHYB - pohyb buněk po pevném povrchu - Keratinocyty a fibroblasty - změny morfologie - vazba na substrát, pohyb cytosolu, tvorba lamelipodia

- Vazba na substrát - Vysunutí lamelipodia - kontrolovaná polymerace aktinových filament a jejich propojení do svazků a sítí - regulace vychlípení membrány? Tlaková síla polymerujících aktinových filament? - polymerace aktinu na + konci stimulována profilinem lokalisovaným na membráně (- vychlípení membrány) + role dalších proteinů v regulaci směru assembly (Vasp, Arp2/3) + role myosin - vazba na membránu Po vychlípení membrány - vazba na pevný povrch - nové adhesní místo (ukotvení aktinových svazků) - vazba na povrch a zabrání se retrakci. -Uvolnění starého adhesního místa POHYB AMOEB - vysunutí pseudopodií (podobné lamelipodiím), - pohyb porvázen změnami viskosity cytosolu ( sol-gel přechod) - assembly a disassembly aktinových sítí

Bakterie Listeria v infikovaných fibroblastech Pohyb 11 μm za min Interakce buněčného proteinu Arp2/3 s bakteriálním membránovým proteinem - Polymerace

REGULACE POHYBU BUNĚK Buněčná polarita - směr pohybu, otočení buňky (změna směru pohybu) - změny směru tvorby lamelipodia nebo pseudopodia, - mutanty myosinu I - tvorba lamel všemi směry - buňky neschopné směrovaného pohybu Signály koordinující procesy probíhající vpředu buňky s procesu, které jsou vzadu v buňce. Ras related proteiny - Rac, Rho, Cdc42 Lysophosphatidic acid

2. MIKROTUBULY A INTRMEDIALNI FILAMENTA - casto se prekryvají x plní ruzné funkce - mikrotubuly - role v rade pohybu bunek i uvnitř buněk - inermediální filamenta - strukturální funkce - vazba na plasmatickou membránu přes membránové proteiny, integrace bunek do tkání MIKROTUBULY - polymery tubulinu heterodimer α a β tubulinu - velmi konservované - α-tubulin - vazba GTP ireversibilne - nedochází k hydrolyse - β-tubulin - vazba GTP reversibilní, hydrolysa na GDP, muze být vymeneno za GTP γ-tubulin - není soucástí tubulinové subjednotky,asi ji pomáhá tvorit Singlet: 13 protofilament Triplet centrioly basalní telíska Doublet cilia flagella Mikrotubuly - polární struktury - dáno head to tail orientací α a β tubulinových dimeru α-tubulinový konec, β-tubulinový konec

MIKROTUBULY - 2 populace - stabilní (dlouhá doba existence) a nestabilní (krátká doba existence) assembly mikrotubulu: - microtubule organising centre (MTOC) savcí bunky MTOC = centrosom - mikrotubule associated proteins - konce mikrotubulu asociují s centrosomy, role v nukleaci assembly mikrotubulu - nepolarisované bunky - MTOC je perinuklearne umisten (v centru bunky) - fixuje polaritu mikrotubulu - konec smerem k MTOC (+) konec α,β tubulin γ-turc Polarisované bunky - obsahují velké mnozství MTOC - distribuovány uvnitr bunky (-) konec γ-tubulin - lokalisován v MTOC - nutný pro nukleaci tubulinových podjednotek γ-tubulin ring complex (γ-turc)

kinetochorové mikrotubuly polární mikrotubuly CENTROSOM KVASINKY Mitotický spindle bipolární struktura: spindle pole body (SPB) (jaderný obal) (analogie centrosomů vyšších EB = cytoplasmaticky lokalisované) mikrotubuly polarisace - konec ( nerostoucí ) asociovaný s SPB, + konec ( assembly ) chromosomy Spindle mikrotubuly: 3 třídy kinetochorové mikrotubuly (kmts) terminace na kinetochorech (centromerach) ne-kinetochorové mikrotubuly (nkmts) interakce s antiparalelními nkmts z opačného pólu cytoplasmatické mikrotubuly (cmts) = astrální MT u vyšších EB astrální mikrotubuly SPB + SPB + + - - + + - - dynein jaderný obal nkmts + kmts Centromera (kinetochor) jaderný obal cmts +

Dynamika mikrotubulu a asociované proteiny - mikrotubuly - oscilace mezi fází růstu a zkracování - assembly a disassembly - probíhá prednostne na (+) konci - Kritická koncentrace (podobne jako u mikrofilament) Tvorba protofilament Asociace protofilament (+) konec (-) konec Microtubule associated proteins (MAPs) Assembly MAPs - zodpovedné za cross-linking mikrotubulu v cytosolu - basická mikrotubule vazebná doména + acidická doména {vazba na membrány, intermediální filamenta, jiné mikrotubuly..) - mohou ovlivnovat dynamiku mikrotubulu

Motor proteiny 1) Kinesin - dimer 2 tezkých retezcu + 2 lehké retezce orientace pohybu k (+) konci mikrotubulu transport vesiklu podél mikrotubulu 2 typy kinesinu a) cytosolické (transport vesiklu a organel) b) spindle (podílejí se na assembly spindle a segregaci chromosomu) 1) Dynein - pohyb smerem k (-) polu mikrotubulu, multimerní proteiny 2 skupiny: a) cytosolické dyneiny (pohyb vesiklu a chromosomu) b) axonemalní dynein (pohyb cilii a flagel) - pohyb pomocí dynein vyzaduje komplex s mikrotubuly vazanými proteiny - napr. Komplex dynactin Kinesiny a dyneiny zprostredkovaný transport

MIKROTUBULY A MOTOROVÉ PROTEINY PŘI MITOSE Kinetochor a centromera Savčí buňky a nižší rostliny - kinetochor 3 vrstvy - váže + konec mikrotubulů Kvasinkové centromery

microtubule organising centre Rozchod chromosomů při anafázi Odbourávání z kinetochorových konců

INTERMEDIÁLNÍ FILAMENTA - u všech mnohobuněčných eukaryot,? Nižší EB - epidermální buňky a axony neuronů - 10 x víz IF než mikrotubulů a mikrofilament - Strukturní funkce - zpevnění buněk a jejich organisace do tkání, mechanická podpora membráně - neparticipují na buněčné motilitě - velmi stabilní - i při extrakcích (x mikrotubuly a mikrofilamenta se rozpadnou) - tloušťka 10 nm (mikrotubuly 24 nm, mikrofilamenta 7 nm) - IF podjednotky neváží nukleotidy a jejich assembly nevyžaduje GTP nebo ATP hydrolysu IF proteiny: tvoří homo nebo heteropolymerní IF filamenta TYP I a II: Kyselé a basické keratiny - epiteliální buňky, různé typy keratinů TYP III: vimentin (nejčastější - podpora buněčných membrán, jádra), desmin (buňky svalů), peripherin, TYP IV: neuronální axony - neurofilamenta TYP V: laminy - jaderné

Epitheliání buňky - propojeny specialisovanými buněčnými spoji - desmosomy, hemidesmosomy Desmosomy - buněčná adhese Hemidesmosomy - adhese k podkladu Propojení IF