Рецепторная роль

В роли рецепторов клетки могут выступать белки мембраны или эл-ты гликокаликса.

Например, прослежен мех-м работы гормона глюкагона.

Гормон связывается со специфическим рецептором на мембране. Рецептор, связанный с гормоном, активирует белок из цитоплазматической части мембраны – аденилатциклазу. Этот белок синтезирует цАМФ из АТФ. ЦАМФ активирует протеинкиназу А, которая активирует каскад ферментов, в конечном счете расщепляющих гликоген до глюкозы. Инсулин же действует наоборот, он стимулирует отложение глюкозы в виде гликогена.

Такая аденилатциклазная с-ма может усиливать сигнал в тысячи раз, за счет синтеза множества молекул цАМФ.

В плазматической мембране светочувствительных клеток животных находится родопсин, который преобразует световой сигнал в химический, что приводит к запуску электрического импульса.

11. Строение и химический состав рибосом, биосинтез белка в гиалоплазме. Рибосома – элементарная органоид синтеза любых белков клетки. За клеточный цикл их образуется 1*10⁷. Основная масса рибосом – рРНК + множество молекул белков. Рибосома диссоциирует на 2 субъединицы: прокариотическая 70S=50S+30S, эукариотическая 80S=60S+40S. В составе малой субъединицы – одна рРНК, в составе большой – у прокариот 2, а у эукариот 3. РРНК прокариот: 16S + 23S, 5S, эукариот: 18S + 28S, 5S, 5.8S. Сборка может происходить спонтанно если последовательно добавлять к РНК белки.

Образование рРНК: синтезируется 45S РНК, в результате процессинга – 28, 18 и 5.8S. 5S РНК синтезируется независимо и не связана с ядрышковым организатором.

Начало синтеза всех белков – в гиалоплазме (кроме 13 митохондриальных белков). Трансляция: инициаторная аминок-та садится на цепь -> взаимодействие с иРНК, присоединяется большая субъединица. Пептидил-трансфераза – фермент «переброски», рост цепи. Трансляция идет до стоп-кодона (УАА, УАГ, УГА). В конце – гидролиз, отсоединение пептидной цепи, конец трансляции.

12. Вакуолярная система (1). Эндоплазматический ретикулум гранулярный. Эндоплазматический ретикулум – сеть из вакуолей и канальцев, ограниченных тонкими мембранами. Со стороны гиалоплазмы покрыты рибосомами – работающими, прикрепленными к мембране большой субъединицей. Скопление грЭПР – эргастроплазма. Характерна для клеток, активно синтезирующих белки, например, клетки поджел железы. Кол-во рибосом на мембране связано с активностью. Эти рибосомы участвуют в синтезе экспортируемых белков.

Котрансляционный транспорт растворимых белков: В гиалоплазме иРНК связывается с риобосомой и начинается синтез. Синтезируется сигнальная посл-ть из 16-30 аминок-т. Эта посл-ть узнается SRP-частицей и связывается с ней. (частица состоит из 7S рнк и 6 полипептидных цепей). SRP связывается с рибосомой, синтез останавливается. Далее SRP связывается со своим рецептором на пов-ти ЭПР. Рибосома взаимодействует с белковым канальным комплексом – транслаконом. SRP отделяется. Синтезированный пептид входит в канал, возобновляется синтез -> белок оказывается внутри ЭПР. Сигнальная посл-ть отщепляется ферментом. Рибосома отделяется от транслакона и диссоциирует. Канал закрывается. +тут же происходит гликозилирование, образование дисульфидных связей, сворачивание.

Синтез нерастворимых(мембранных) белков: всё то же самое, только в цепи синтезирующегося белка существует несколько стоп-последовательностей. В области стоп-сигнала белок остается связанным с мембраной, но синтез не прекращается. Эти белки также проходят первичное гликозилирование. (связываются с олигосахаридным комплексом, содержащим 2 N-ацетилгликозамина, 9 манноз и 3 глюкозы)

Синтез мембран: в ЭПР происходит синтез и сборка липидов мембран, в том числе фосфолипиды и холестерол. Ферменты, участвующие в синтезе встроены в мембрану со стороны гиалоплазмы, синтез происходит там же – липиды встраиваются снаружи, на внутренний слой переходят с помощью переносчиков фосфолипидов.

ЭПР синтезирует все белки и липиды всех клеточных мембран!

Дистальные участки гранулярного ЭПР (ближе к Гольджи) теряют рибосомы и образуют мембранные выступы, от которых отпочковываются мелкие вакуоли, содержащие синтезированные белки. Эта зона называется ERGIC или ЭПР-АГ-промежуточный компартмент. Отщепляющиеся вакуоли покрыты белковым слоем, похожим на клатрин (COP-II). Затем онитеряют оболочку, сливаются друг с другом и транспортируются по мкт к цис-зоне АГ. Адресность определяется белками SNARE (рецептор белков, участвующий в прикреплении и слиянии мембран). После деполимеризации СОР2 на пов-ти вакуоли открываются интегральные мембранные белки V-SNARE. Эти белки специфичны для каждого типа вакуолей. Они связываются с T-SNARE и SNAP25 других мембран. В этих местах и происходит слияние мембран.

(2) Аппарат Гольджи Открыт К. Гольджи в 1898. Есть во всех эукариотических клетках. Обычно рядом с ядром. Отдельная стопка цистерн – диктиосома. Диаметр цистерны 1мкм, толщина переменная, на концах – ампулы. В стопке 5-10 цистерн. + множество вакуолей, особенно по периферии. Различают цис- и транс- участки. Транс обычно обращена к пов-ти, цис – к ядру. В транс-сети АГ – разделение и сортировка секретируемых продуктов. АГ участвует в сегрегации и накоплении продуктов синтеза, участвует в их созревании, хим перестройках (в основном – перестройка олигосахаридных компонентов). +синтез полисахаридов. +выведение секретов за пределы клетки.

Белки, синтезированные в грЭПР после первичного гликозилирования попадают в цис-зону АГ. Там начинается вторичная модификация олигосахаридных цепей и их сортировка -> олигосахариды для лизосом фосфорилируются, а остальные подвергаются сложным превращениям далее.

В средней части диктиосом – вторичное гликозилирование секреторных белков (-манноза, +N-ацетилглюкозамин). В транс-участке - (+галактоза, + сиаловые к-ты,).

+в Аг синтез полисахаридных цепей и гликопротеидов, и сульфатирование глюкозаминогликанов и некоторых белков.

Через АГ идут три потока: гидролитические ферменты для лизосом, постоянно выделяемые секреторные белки и белки, которые выделяются из клетки после спец сигнала. В цис- и средней частях идут вместе, только разные модификации. Сортировка – в транс. Для лизосомных: на мембранах АГ есть М-6-Ф- рецептор, узнающий маннозные группировки лизосомных ферментов и связывающийся с ними, эти рецепторы образуют кластеры, на месте которых позже отшнуровывается вакуоль и переносит их к эндосомам. Оторвавшись от транс-сети вакуоли быстро теряют клатриновое окаймление, после слияния, при рН 6, ферменты отделяются от рецепторов и начинают работать, а участки мембран с рецепторами возвращаются в АГ.

+существует поток вакуолей от транс к цис, и от цис к ЭПР. В этих случаях они одеты белками СОР I-комплекса. Считается, что так возвращаются ферменты вторичного гликозилирования и рецепторные белки.

(3) Лизосомы Лизосомы (0.2-0.4мкм) необходимы для переноса гидролитических ферментов, необходимых для внутриклеточного расщепления полимеров. Лизосомы образуются за счет ЭПР и аппарата гольджи.

Внутри – кислые гидролазы, расщепляющие белки, нуклеиновые к-ты, полисахариды и липиды. Всего – 40 ферментов: протеиназы, нуклеазы, фосфорилазы итд, оптимум действия которых – при рН 5 (в мембранах есть протонная помпа, зависимая от АТФ). Ферменты проявляют активность только если вызывается повреждение лизосом, либо при воздействии осмотического шока или детергентов. Почему не переваривают себя? Возможно, из-за олигосахаридного покрытия мембраны. В мембраны встроены белки-переносчики для транспорта в гиалоплазму продуктов гидролиза.

Встречаются лизосомы с очень разным содержанием -> выделяют 4 типа. Первичные лизосомы – мелкие пузырьки 100нм, заполненные бесструктурным вещ-вом, содержащим набор гидролаз. Некоторые – с клатриновой оболочкой. В дальнейшем первичные лизосомы сливаются с эндосомами, образуя вторичную лизосому = внутриклеточная пищеварительная вакуоль -> начинается расщепление содержимого. Лизосомы могут сливаться друг с другом.

Телолизосомы или остаточные тельца – с непереваренными остатками, они более уплотненные. В них же откладываются пигментные вещ-ва.

Аутолизосомы (аутофагосомы) – вторичные лизосомы, переваривающие части клеточных органелл.

Лизосомные патологии: «болезни накопления» - отсутствие (генная мутация) у больных отдельных ферментов лизосом. Например, нет а-гликозидаза -> накапливается гликоген в лизосомах (болезнь Помпе).

+могут играть активную роль при гибели клеток.

(4) Гладкий эндоплазматический ретикулум. Гладкий ЭПР – часть мембранной вакуолярной системы. Сеть ветвящихся канальцев. В отличие от ГрЭПР нет рибосом на мембранах. Диаметр – 50-100нм. Гранулярный эпр может переходить в гладкий. Здесь образуются и отделяются транспортные пузырьки, переносящие белки и липиды к аппарату Гольджи. Гладкий образуется из гранулярного. В гладком ЭПР – ресинтез новых триглицеридов из поступивших в клетку предшественников с образованием липидов и липопротеидов. В нём же – основные ферменты синтеза стероидов (клетки надпочечников). ГлЭПР много в клетках сальных желез и клетках семенников, синтезирующих стероидные гормоны. + он участвует в метаболизме углеводов (рядом откладывается гликоген).

При действии ядов клетки печени теряют характерную базофилию цитоплазмы, в них падает содержание РНК, появляются оксифильные зоны в местах глЭПР, тк там происходят процессы деградации различных вредных веществ. Цитохром Р-450 – один из окислительных ферментов, участвует в присоединении гидроксильной группе к потенциально опасным водонерастворимым углеводородам и др опасным вещ-вам. После этого другие ферменты добавляют к этим группам отрицательно заряженные молекулы (сульфат, например), вредные молекулы становятся растворимыми и могут выводиться вместе с мочой.

В поперечно-полосатых мышцах глЭПР окружает каждую миофибриллу, выполняет функцию депонирования ионов кальция. (в присутствии АТФ способен активно поглощать эти ионы, что приводит к расслаблению мышечного волокна)

13. Митохондрии – двумембранные органеллы синтеза АТФ. Есть межмембранное пространство и матрикс. Внутренняя мембрана образует складки для увеличения площади. Митохондрии могут двигаться, сливаться друг с другом. (если что - окраска по Альтману или флуорохром родамин). Толщина 0.5мкм, длина 7-60мкм. Для определения длины и формы нужна трехмерная реконструкция. (много митохондрий в ооцитах, в сперматозоидах – одна большая вокруг оси жгутика). Локализуются там, где есть потребность в АТФ.

Ультраструктура: наружняя гладкая мембрана – 7нм, межмембр пространство – 10-20нм, внутренняя мембрана с впячиваниями (кристами), расстояния между мембранами в кристе – 10-20нм. Матрикс имеет тонкозернистое гомогенное строение. В нём – молекулы ДНК и митохондриальные рибосомы. Крупные плотные гранулы в матриксе – отложения солей кальция и магния.

Функции: синтез АТФ, происходящий в результате окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Начальные этапы окисления (гликолиз) проходят в гиалоплазме: тратится 2 АТФ, получается 4 -> +2. В митохондриях – цикл Кребса. <…>

Хондриом – совокупность всех митохондрий в клетке. Вместо отдельных митохондрий может быть одна большая разветвленная – образующая митохондриальный ретикулум (сеть). Смысл сети в том, что она эквипотенциальна.(опыт – снимали напряжение в одном участке – там пропадала окраска (краситель накапливался только при синтезе АТФ)). На уровне z-дисков в мышцах митохондрии образуют саркоплазматический ретикулум.

Между митохондриями может быть ММК – межмембранное пространство и мембраны в этой области имеют повышенную электронную плотность. ММК – энергетическое объединение митохондрий друг с другом. (нужно для синхронной работы, например, в мышцах; много ммк есть в клетках сердца)

Днк в митохондриях – циклическая, без гистонов. Идет синтез и,р,тРНК, на рибосомах идет синтез митохондриальных белков.

14. Цитоскелет - Цитоскелет – белковые фибриллярные неветвящиеся полимеры. Обеспечивают 3 основные функции – опорно-каркасную, транспортную и двигательную.

Перемещение в пространстве (амебиодное) происходит благодаря способности основного белка микрофиламентов актина и основного белка микротрубочек тубулина к полимеризации и деполимеризации, что, при связи этих белков с мембраной может вызвать образование псевдоподий или филоподий, которые могут закрепиться на субстрате и участвовать в движении клетки.

Второй способ движения – жгутиковый – принципиальное отличие в том, что теперь микрофиламенты и микротрубочки – лишь направляющие, по которым перемещаются специальные белки моторы. Эти белки могут связывать с мембранными или фибриллярными компонентами клетки и тем самым участвовать в их перемещении.

Компоненты цитоскелета:

Промежуточные филаменты. Толщина 8-10 нм. Локализованы главным образом в околоядерной зоне и в пучках фибрилл, отходящих к периферии клетки. Есть во всех клетках животных, особенно много в эпидермисе, мышцах, нейронах. У растений ПФ нет. Есть разные типы ПФ. а) Кератины – кислые и нейтральные. Образуют и гетреполимеры этих двух подтипов. В эпителиях до 20 форм кератина, в волосах и ногтях ещё 10 других. Масса 40-70кДа

б) Второй тип включает в себя 4 вида белков. Масса 45-53кДа. Виментин (эндотелий, мезенхима, клетки крови)

Десмин (гладкая и поперечнополосатая мускулатура) Глиальный белок (астроциты и шванновские клетки) Периферин (периферические и центральные нейроны)

в) Белки нейрофиламентов (аксоны) Масса 60-130кДа.

г) Нестин – белок ПФ.

д) Белки ламины. Имеют ядерную локализацию.

Некоторые белки могут образовывать сополимеры – виментин с десмином или с глиальными белками.

Все белки ПФ имеют из 130 АК в центральной части фибриллярной молекулы, обладающей альфа спиральным строением. Концевые участки различны по длине, набору а.о. и не имеют спирального строения. Наличие спирального участка позволяет молекуле образовывать двойную спираль – палочковидный димер около 48нм длиной. Сливаясь димеры образуют тетрамер, который, полимеризуясь, образует протофиламент. ПФ состоит из 8 протофиламентов. Белки ламины полимеризуются иначе – обоазуют димеры с головками на одном конце и полимеризуются, создавая решетку, которая легко разрушается при фосфорилировании. ПФ самый устойчивые эл-ты цитоскелета. Разрушаются только в рез-те денатурации. Пф выполняют только скелетно-опорную функцию. В эпидермисе связываются с десмосомами – образуют плотную сеть. Десмин входит в состав Z диска. Ингибиторов полимеризации ПФ не найдено, поэтому неизвестен процесс сборки-разборки. Возможно, также, как и ламины. Топографически повторяют расположение микротрубочек в клетке. При разрушении МТ образуют кольца вокруг ядра. Начинают восстанавливаться от клеточного центра.

Микрофиламенты. Есть во всех эукариотических клетках. Особенно много в мышечных клетках. Входят в состав микроворсинок. Основной белок – актин. У млеков 6 актинов, 1 скелетная мускулатура, 1 сердечная, 1гладка, 1 гладкая и сосуды, 2 немышечных (везде)

Отличаются концевыми участками – меняется скорость полимеризации.

В мономере G-актин масса 42кДа. Полимеризация – фибрилла 6-8 нм, полярная. При определенной концентрации G-актин самопроизвольно полимеризуется. «+» конец микрофиламента быстро связывается с G-актином и поэтому растет быстрее «-» конца. Если концентрация мала, то F-актин деполимеризуется. Будет устанавливаться равновесие. МФ очень динамичные структуры. На + конец садятся мономеры, содержащие АТФ, по мере роста АТФ => АДФ. АТФ- содержащие связаны прочнее, чем АДФ-содержащие. Стабилизируется система специальными белками. А) Тропомиозин – придает жесткость филаментам. БиВ) Филамин и альфа актинин – образуют поперечные скрепки между нитями F-актина. Г) Фимбрин – связывает филаменты в пучки и т.д. Белок ADF кофилин – фактор деполимеризации, заставляет мономер повернуться немного, что ослабляет его связь с соседним мономером. Белок гельзолин режет Актиновый филамент. Латрункулин (в-во из губок) препятствует полимеризации. Характерен тредмиллинг – иллюзия дв-я за счет сборки/разборки. В регуляции организации актина участвуют белки RHO–G-белки RAC1,2,3,белки, CDC42 - белок. Активность Scar регулир RAC, а активность WASp - CDC42.

WASp/Scar N-концом соединяются с гегуляторами, а С-концом с Arp2/3. Когда Arp2/3 т.о. активироваН, он способен провзаимодействовать с белком филамента, но только с активированным. Для активации актина (мономера) необходим профилин. Для удлинения филамента служит формин. (про рост ламеллоподии это всё)

Есть белки, взаимодействующие с концами МФ, предотвращая их разборку.

Особое – белки Миозинового типа. Вместе с актином образуют комплекс, способный сокращаться. Минимум две функции – сокращение (вз-е с моторами) и скелетная (за счет полимеризации и деполимеризации). МФ образуют кортикальный слой (по всему периметру клетки под мембраной) В этом слое есть белок филамин, который сшивает пересекающиеся филаменты, придавая стр-ре жесткость.. Arp2/3 садится на минус конец растущей цепи, препятствует деполимеризации. Благодаря такой работе WASp/Scar образуется филоподия. Ламеллоподия образуется иначе Arp2/3, связавшись с WASp/Scar пришивает МФ к уже готовому МФ и растет от него к мембране под углом 70градусов, веерообразно.

Миозины – один из компонентов МФ. Весь актомиозиновый комплекс – АТФаза. Миозины – транслокаторы. Осуществляют перемещение как самих клеток, так и их внутренних компонентов. У всех миозинов есть голова (моторная) – АТФазная активность комплекса, шейка, связанная снесколькими белками-регуляторами и хвост, характерный для каждого типа миозина. 3 основных типа: Миозин II и Миозин V – димеры, хвост альфа спиральный, образует сверхспиральный палочковидный участок. Миозин I – мономер Две молекулы миозина I могут образовывать биполярную толстую фибриллу, участвующую в мышечном сокращении, при сокращении внутриклеточных МФ и при делении. Миозины IиV участвуют во внутриклеточно транспорте. За одну АТФ головка миозина смещается на 5-25нм. Миозин I участвует в движении микроворсинок (тонкие и длинные 0.1 х 1мкм выросты) на каждой клетке кишечного эпителий несколько тысяч микроворсинок. Жесткость актинового пучка внутра МКВ обеспечивается фимбрином и фасцином(поперечные связки) Снизу пучок вплетен в примембранный белок спектрин. МФ здесь – каркас. Также здесть есть миозин I, МКВ могут укорачиваться и удлинняться. Миозин I обеспечивает транспорт везикул внутри клеток человека, за исключение мозга, где работает миозин V. Наиболее распространен миозин II. (фибробласт, подвижный край) При остановке фибробласта и образовании стресс фибрилл стягивает субстрат, закрепившись фокально.

В образование актомиозинового кольца при делении также уч-ет миозин II и др. мышечн. белки. Цитохалазин – ингибитор полимеризации актина (напр, для создания двуядерной клетки)

Скелетные мышцы состоят из симпластов (рез-т слияния мышечных клеток) Скелетные и сердечная мышцы исчерчены:

Тёмные полосы – А-анизотропные диски. Светлые – I-изотропные диски. I диск пересекается полоской Z. Единица строения и функции – саркомер. Его величина в расслабл. Состоянии 1.8-2.8мкм постоянна для вида животных. Это Z диск, тонкие нити актина, толстые миозина II, снова актин и снова Z диск и т.д. Z диск состоит из альфа актинина и десмина. Толстые нити – Миозин II. Миозин II (масса 500кДа) состоит из шести цепей – двух длинных (тяжелые), спирально обвивающихся друг одна другой и 4х коротких (лёгкие), которые связываются с глобулярными головками тяжелых цепей. Тяжелые обладают АТФазной активностью, способны образовывать актомиозиновый комплекс. Толщина нитей т.к. в каждой 300 таких молекул. Миозин лежит хвост к хвосту, поэтому все головки с краев. Миозиновые нити связаны с Z диском белками титинами. Расположены нити так, что каждая миозиновая окружена 6ю актиновыми. Саркомер укорачивается на 20%. В гладкой мускулатуре такого порядка нет, там просто масса актиновых волокон среди которых раскидан миозин, агрегмрованный по 15-20штук.