Dinamika Žnidaršič Flashcards

Question

POVEZAVE JEDRNEGA SKELETA in CITOSKELETA

Answer 1

Proteinski kompleksi SUN-KASH povezujejo jedro in citoplazmo skozi jedrno ovojnico. Citoplazemski citoskelet je preko jedrske ovojnice neposredno povezan z jedrno lamino ali kromosomi prek proteinov SUN in KASH. Domeni SUN in KASH teh proteinov se vežeta znotraj lumna jedrske ovojnice. SUN domene se nahajajo v notranji membrani in se povežejo z jedrno lamino ali kromosomi. Medtem ko se domene KASH nahajajo v zunanji membrani in se povežejo s citoplazemskim citoskeletom tako, da vežejo motorične proteine mikrotubulov, aktinske filamente ali plektin.

Answer 2

Prenos sile na jedro vključuje interakcijo citoskeletnih elementov (aktinskih filamentov, intermediarnih filamenotv, mikrotubulov) s proteini NESPRINI (znani po svojih povezovalnih funkcijah kompleksa nukleoskeleta in citoskeleta pri povezovanju jedrske ovojnice s komponentami citoskeleta) na ONM, ki prenašajo silo prek proteinske domene SUN na INM na jedrno lamino in v notranjost.

Answer 3

Mehanske sile so pomemben regulator celičnih procesov. Organizacija citoskeletnega omrežja znotraj mišičnih celic, vključno z visoko urejenimi strukturami aktin-miozin, ki tvorijo kontraktilne sarkomere in miofibrile. V skeletnih celicah so jedra nameščena ob membranah na obrobju celice, kjer medsebojno delujejo z mišično specifičnima proteinoma DISTROFINOM (prek aktinskih filamentov) in DESMINOM. DISTROFIN je paličast citoplazemski protein in vitalni del proteinskega kompleksa, ki povezuje citoskelet mišičnega vlakna z okoliškim ZCM preko celične membrane. DESMIN je protein, ki ima ključno vlogo pri vzdrževanju strukturne in mehanske celovitosti kontraktilnega aparata v mišičnih tkivih. Dodatni proteini kot so proteini LINC kompleksa in lamini, so lahko vključeni v sidranje mionukleousa ter ustvarjanje in prenos sil med jedrom in citoskeletom.

Answer 4

Mehanske sile so pomemben regulator celičnih procesov. Zunanje sile se prenašajo preko plazemske membrane prek integrinov pritrjenih na ZMC ali kadherinov na stičiščih med celicami. Te sile inducirajo vrsto lokalnih citoplazemskih mehanotransdukcijskih poti. MEHANSKA SILA lahko: ⁻ vpliva na mehanosenzbilne proteine v jedru > EMERIN je protein, ki pospešuje ali zavira fosforilacijo in posledično vpliva na lamine – rezultat je bolj togo jedro ⁻ spremeni mehaniko jedrnih por > sprememba v strukturi por -> spremenjena permeabilnost -> spremenjen transport ⁻ vpliva na nukleoporine ali signalno sekvenco in tako povzroči spremembe pri prehodu v jedro > npr. JAP proteini gredo v jedro zaradi signalnih sekvenc ⁻ vpliva na preoblikovanje kromatina > kromatin je ključen pri regulaciji izražanja genov > lahko pride do odvijanja kromatina in posledično izražanja genov DEFORMACIJA plazemske ali jedrne membrane spremeni prepustnost ionskega kanala in kompleksa jedrnih por (NPC), kar olajša uvoz in izvoz različnih signalnih molekul.

Answer 5

Membranski organeli so zelo dinamični, v celici pa je precejšnja je gneča. Celični organeli v celici niso izolirani, temveč so funkcijsko in strukturno povezani med sabo. Organizacija v organele omogoča povečano membranska površino. Različne faze istega procesa so lahko locirane v različnih organelih in delih v celici. Membranski organeli so v celicah med sabo povezani – citoskelet je za transport mešičkov (vezikli), GA, ER, lizosomi, endosomi in plazmalema z vezikli prenašajo med sabo snovi. Mitohondriji pa ne sodelujejo v vezikularnem transportu. Vezikularni transport predstavlja način prenosa snovi med organeli in zunanjostjo. Prenašata se membrana in vsebina vezikla. Mitohondrij sam sintetizira samo del proteinov, ostali proteini pa pridejo v mitohondrij. V mitohondrijski membrani imamo različne translokatorje, ki zaznajo signalne sekvence proteinov, ki transportirajo snovi skozi membrano. Membranska kontaktna mesta: regije med različnima membranskima organeloma. V teh regijah so specifični proteini, ki sidrajo eno membrano ob drugo. Ne prihaja do zlivanja membran. Za analiziranje membranskih kontaktnih mest, mora analiza potekati in vivo. Časovna resolucija poleg resolucije igra pomembno vlogo pri takšnih analizah. Za zelo hitre pojave se uporablja mikro. tehnika, ki je hitra in sledi tem pojavom ter omogoča visoko časovno resolucijo. Primer: spremljanje vala kalcija po oploditvi – uporaba FRET je za sledenje hitrim spremembam in tudi konformacijskim spremembam proteinov.

Answer 6

ENDOPLAZEMSKI RETIKULUM je največji membranski organel. Ločujemo gladkega in zrnatega, na katerega so vezani ribosomi. ER je direktno vezan z jedrnim ovojem. Obstajajo subregije ER glede na diferenciranost, sicer pa se razprostira po celotni celici, po celotni citoplazmi. Po strukturi ločimo regije ER: cisterne in tubuli. Tubuli so bolj na periferiji celici, centralno pa so skladovnice, cisterne. Tubuli so dinamični in se preoblikujejo. Deli ER, ki so oblikovani v cisterne, so naprej organizirani v skladovnice cistern, so pravilne strukture. Lumen je podobnih dimenzij v cisterni in lumnu tubula. Samo ukrivljenost je pri tubulu večja. Membrane cistern so bolj planarne. ER je tudi ZALOGA KALCIJA v celicah. V lumnu so proteini, ki vežejo kalcij, ki se nato sprošča. Intracelularna koncentracija kalcija je regulirana - kalcij je sekundarni sporočevalec. ER lahko kalcij sprošča ali spravlja. Tubul ER je pritrjen na motorični protein, ki se po MT premika in na ta način se tubul premika proti periferiji ali centru celice. Proteini, ki se specifično vežejo z membrano ER in MT - polimerizacija MT. Dolžina MT se spreminja. ER je dinamičen organel. Namestitev tubulov je povezana z namestitvijo MT. Posledično se poruši struktura ER, če MT porušimo. Organizacija citoskeleta je povezana z ER.

Answer 7

Membranski kontakti tubulov ER z vsemi ostalimi organeli. Razlikujejo pa se proteini, ki tvorijo membranska kontaktna mesta. Funkcija takšnih struktur je transport lipidov ali kalcija ali holesterola. Npr.: mitohondrij prejme lipide iz ER (sintetizirajo se v ER - fosfolipidi) - transport preko membranskega kontakta (ne z vezikli). Stik membrane ER in plazmaleme je pomemben za prenos lipidov med obema membranama (npr. fosfoinozitidov). ER in endosomi so povezani preko membran. Na tem mestu prihaja do prenosa holesterola. Prenašalni protein do membranskega proteina prinese holesterol in če sta membrani dovolj skupaj zasidrani, prenese drug protein v membrani ER, holesterol gre naprej. Kontaktna mesta vplivajo na cepljenje tarčnega organela. Endosomi (celica sprejme nekaj) se tvorijo pri plazmalemi. Zgodnji endosomi, ki zorijo > Zgodnji endosom pošilja reciklirane vezikle nazaj na plazmalemo > Postaja pozni endosom > Odcepljajo se določene komponente tekom zoritve endosoma > Kaj gre nazaj na plazmalemo in kaj bo zorelo naprej. Kontaktno mesto ER z membrano ensodoma definira kje bo na koncu prišlo do cepitve. Preko membranskih kontaktnih mest poteka transport lipidov. Pri membranskih kontaktnih mestih ne prihaja do zlivanja membran, pride samo do sidranja ene blizu druge. Poleg sidrnih proteinov so na membranah tudi lipidi, ki med organeloma prenašajo lipide. Ti lipidi imajo hidrofobno notranjost. Tako sintetizirane lipide ER spravi do mitohondrija. Tvorba lipidnih kapelj zaradi ER. Lipidne kaplje so obdane s fosfolipidnim monoslojem. V notranjosti skladiščijo nevtralne lipide (hidrofobna sredica). Hidrofobni repi v sredico. Proti citosolu molijo glave.

Answer 8

Cepitev mitohondrija poteka pod vplivom membanskega stika z ER. Povezava z reguliranjem cepitve membranskih struktur. S cepljenjem nastajajo novi MITOHONDRIJI. Membrane tubulov ER so ovite okoli zožanih delov mitohondrijev. Kjer je kontakt ER in mitohondrija nastane razcep. Še vseeno ostane tubul v stiku s tem membranskim kontaktnim mestom. Z vsakim koncem MH ostane tubul v stiku. Sodelujejo tudi mikrotubuli, ki razporejajo organele po celici.

Answer 9

ER je organel ključen za tvorbo preoksisomov, ki opravljajo oksidacije MK (beta oksidacije), razstrupljanje, detoksifikacijo, spreminjajo netopne v topne snovi … Posebne regije ER tvorijo posebne strukture, prekurzorske vezikle za peroksisome - že imajo specifične membranske komponente, pa tudi komponente lumna - v peroksisome se vgradijo tudi proteini iz citosola. Peroksisomi se lahko cepijo.

Answer 10

Kadar se oblika, velikost celice spreminja, se spreminja tudi organizacija membran ER. Tako pride do preoblikovanja in sprememb tudi med celično delitvijo. Dinamika ER je povezana z dinamiko celice kot celote. Med citokinezo se razporeja nazaj v prvotno strukturo.

Answer 11

Med delitvijo celice pride do razpada jedrnega ovoja. Jedrni ovoj je kot posebna regija ER. Da razpade jedrni ovoj, mora razpasti jedrna lamina. Jedrni lamini so IF in njihova organizacija je odvisna od de ali fosforilacije. Fosforilacija laminov in nukleoporinov (od ciklinov odvisne kinaze, ki jih aktivira ciklin) - disociacija jedrnega skeleta - omogoči razpad jedrnega ovoja v fragmente in kontakt s kromosomi (MT pridejo v kontakt s kromosomom). Ponovni formaciji jedra sledi defosforilacija.

Answer 12

V ER se sintetizirajo proteini. Poleg ER se sintetizirajo še v citosolu in v matriksu mitohondrijev. Vsi proteini se sintetizirajo na ribosomu v citosolu. Ali ostane v citosolu ali pa ta ribosom na membrani ER sedi in tam poteče sinteza proteina. Signalne sekvence so pomembne. Segment AK zaporedja je signalna sekvenca, ki jo prepozna SRP delec (Signal recognition particle). Če je za ER signalna sekvenca - SRP zagrabi protein in ga prenese do ER za sintezo. Če pa ni te signalne sekvence, se do konca v citosolu sintetizira. Ta protein gre lahko v organel (lahko tudi v ER ali MH skozi membrano s translokacijo). Lahko pa ta protein ostane in deluje v citosolu. Glikozilacija (primarno sicer GA), a se že v ER prične vezava sladkorjev, oligosaharidov. Potem se nadaljuje v GA. Če je protein prav sintetiziran gre z veziklom naprej v GA, razen, če ta protein deluje v ER, potem ostane v lumnu in v ER opravlja svojo funkcijo. V kolikor pa je protein narobe zvit protein, se v ER nanj vežejo ŠAPERONI in druge molekule, ki prepoznajo napačno vezan protein in ga pošljejo v PROTEOSOM skozi membrano s posebnimi translokatorji. Tak protein se razgradi v proteosomu. Proteosom ni membranski organel, ampak makrosomski kompleks iz proteinov, ogromna proteinska mašina v citosolu, ki razgradi proteine v AK. Namenjen razgradnji napačno zvitih proteinov.

Answer 13

GOLGIJEV APARAT je asimetričen, polariziran organel s cis in trans delom. CIS predstavlja vstopni del kamor prihajajo vezikli iz ER, na TRANS delu (izstopni) pa se vezikli odcepljajo in sortirajo. Je iz 4-6 membranskih cistern, naloženih v skladovnico. Razdeljen je v kompartmente, med katerimi komunikacija poteka preko treh mehanizmov: difuzije, membranskih kontaktov in vezikularnega transporta. GA v celici izgleda kot kompleks cistern in veziklov. V celici najdemo več kompleksov cistern, ki so pri vretenčarjih med sabo v perinuklearnem prostoru s prehodnimi regijami povezani v nize. POZICIJA Golgijevega aparata je povezana s citoskeletnimi elementi, predvsem mikrotubuli, ki so tudi ključni za organizacijo in potovanje organelov. S pozicioniranjem so povezani tudi motorični proteini DINEINI. GA deluje tudi kot nukleacijski center, kjer pride do sinteze novih citoskeletnih elementov, predvsem mikrotubulov. Trans-Golgi cisterne predstavljajo mesta, kjer se formin sproži nukleacijo in polimerizacijo aktinskih filamentov. V različnih organizmih lahko najdemo različno arhitekturo GA: ⁻ pri vretenčarjih so skladovnice povezane, ⁻ pri nevretenčarjih so skladovnice ločene, lahko imajo samo en sklop, ⁻ kvasovke imajo posamezne cisterne in sploh nimajo skladovnic. V različnih regijah trans omrežja poteka pakiranje različnih produktov. Vezikli gredo iz trans GA na membrano, v endolizosomalni sistem ali pa nazaj v ER. V različnih cisternah se nahajajo različni encimi – različen učinek. Zgodnje delujoči encimi se nahajajo predvsem v cis delu, kasneje delujoči encimi pa v trans golgijevih cisternah.

Answer 14

V GA poteka GLIKOZILACIJA. Gre za proces, pri katerem se lipidom in proteinom dodajo različni sladkorji. Ta proces se začne že v ER, nadaljuje pa se v GA. Gre za zelo sekvenčno urejene procese – en encim naredi nekaj, ta substrat za drugega – zelo povezana, zato je še posebej problematično, ko pride do napak – napaka v enem pomeni tudi napako naprej. Zakaj je glikozilacija pomembna? ⁻ sladkorji so udeleženi pri vezavi snovi na receptorje ⁻ po dodanih sladkorjih se spremeni konformacija, kar vpliva na pravilno zvijanje v 3D proteine, ⁻ sladkorji oblikujejo tudi zaščitne plasti na celicah (npr. mukus) in jih ščitijo pred patogeni, ⁻ zaradi prepoznavanja specifičnih proteinov (pomembno pri imunologiji) in pakiranja v vezikle. Z napakami pri glikozilaciji je povezanih cel kup mutacij.

Answer 15

TRANSPORTNI NOSILCI transportirajo lipide in proteine med tremi glavnimi organeli sekretorne poti – ER, GA in plazemsko membrano. Nosilci so bodisi majhni vezikli ali večji vezikli – tubuli, ki se preikajo po mikrotubulih med membranami. Anterogradna pot popelje na novo sintetizirane proteine iz ER v GA in iz GA na plazemsko membrano ali v endosomelizosomski sistem. Nosilci se oblikujejo na izvornih mestih ER. COP I (=vezikli prekriti z COP I): značilni za transport v GA in GA-ER (retrogradni transport). COP II (=vezikli prekriti z COP II): značilni za transport ER-GA (anterogradni transport). KLATRIN, COPI in COPII regulirajo transporte in se uporabljajo v različnih korakih transporta. COP I in COP II delujeta na zgodnji sekretorni poti, klatrin pa deluje kasneje v sekrecijski poti in prenaša tovor iz trans GA ter plazemske membrane v endosome. Poznamo dva načina sekrecije: ⁻ regulirano, ki je značilna za specializirane celice (npr. hormoni) – pride do formacije v trans GA in potem čakajo dokler ni nekega signala (polarizacija membrane, vezava receptorja), ⁻ neregulirana. Pomemben del transporta predstavlja transport s plaščnimi vezikli, ki omogočajo selekcioniranje transporta. Vezikli prekriti z klatrinom so značilni za endocitozo in eksocitozo. Sestavljen je iz lahke in težke verige. Je iz proteina klatrina, ki je fibrilaren protein. Gradi plaščne vezikle, velike 50-100nm. Sodelujejo tudi pri vnosu holesterola v celice. TVORBA KLATRINSKEGA PLAŠČA: 1) Proteini se zaradi transmembranskih receptorjev skoncentrirajo - npr. dinamin (GTPaza, ki se veže okoli vratu nastajajočega vezikla pod uravnavo GTP), ki se skoncentrira okoli izrastka in se zažema. 2) Proteini plašča sodelujejo pri ukrivitvi membrane. 3) Adapterski proteini se vežejo na klatrin in receptor. 4) Odcepljanje in transport. 5) Vezikli izgubijo plašč in adaptine takoj po oblikovanju TVROBA VEZIKLA s plaščnimi proteini COP II 1) Protein se veže na transmembranski receptor (Sar1) -> ta veže GTP in izpostavi maščobno kislinski rep in se vgradi v dvosloj ER 2) Zunaj se naberejo adapterski in plaščni protein 3) Transmembranski receptor zagrabi transmembranski protein in proteinski plašč 4) Naredi se vezikel -> pot v GA V igri pri sami tvorbi plašča so majhne GTPaze, ki so v citosolu neaktivne (imajo vezan GDP). Pride do vezave na Sar1-GDP, poteče odcepljanje GDP in vezava GTP, konformacija proteina se spremeni, izpostavi se hidrofobni heliks, ki pritrjuje ostale proteine. Na ER najdemo posebna mesta, kjer se transportni vezikli tvorijo in te snovi zbirajo – ERES mesta. Ves čas pa poteka tudi vračanje snovi v ER, pri čemer sodelujejo tudi RAB in SNARE proteini.

Answer 16

Poznamo dva mehanizma, ki pojasnjujeta organizacijo GA in kako se proteini premikajo skozi njega. TRANSPORT Z VEZIKLI V transportnem mehanizmu veziklov so golgijeve cisterne statični predelki, ki vsebujejo značilne dopolnilorezidenčnie encimov. Prehod molekul iz cis v trans skozi Golgi, se doseže z naprej premikajočimi vezikli, ki brstijo iz ene cisterne in se spojijo z naslednjo v smeri cis-trans. MEHANIZEM ZORENJA CISTERN V mehanizmu zorenja cisterne vsaka golgijeva cisterna dozori, ko migrira navzven skozi sklad.

Answer 17

Selekcioniranje in sortiranje veziklov s snovmi poteka v trans-Golgi omrežju. Obstajajo različni mehanizmi sortiranja, vendar vsi niso dobro poznani. Modeli razvrščanja so: ⁻ razvrščanje lizosomskh hidrolaz v vezikle prevlečene s klatrinom ⁻ od Ca2+ in pH odvisen model razvrščanja z agregacijo v nevroendokrinih celicah ⁻ razvrščanje proteina PAUF v sfingomielin in s holesterolom bogatim CARTs ⁻ od Cab45 odvisno odjemalsko razvrščanje lizocima C v sfingomielin odvisne vezikle

Answer 18

PROTEINI GRASP so proteini Golgijevega matriksa, ki povezujejo cisterne v skladovnice. Skladovnice so dinamične strukture in se spreminjajo s fiziološkimi pogoji in patološkimi procesi. Porušenje morfologije GA prepreči glikozilacijo itd. Med celično delitvijo pride do porušitve proteinskih povezav med cisternami v skladovnici, zato da bi se tudi GA lahko razporedil v dve hčerinski celici. GRASP proteini se fosforilirajo, spremeni se konformacija in pride do razpada povezave.

Answer 19

GOLGINI so dolgi proteini, ki se širijo okoli cistern GA. Različni golgini so povezani z različnimi cisternami in v specifičnih regijah GA prepoznavajo specifične vezikle. Ti nitasti proteini vsebujejo vezavna mesta za Rab proteine. Proteini GOLGINI so pomembni pri vezikularnem transportu (interakcija z RAB proteini). Transportne vezikle zajamejo tako, da se vežejo na Rab proteine na površini veziklov. Sodelujejo tudi pri interakcijah z mikrotubuli in aktinskimi filamenti.

Answer 20

Raznolikost v različnih celicah – razlike tudi v pozicioniranju GA. V celicah, ki migrirajo, je GA pozicioniran v smeri migracije. V skeletnih mišičnih vlaknih se GA nahaja ob jedru, med miofibrilami pa lahko najdemo tudi posamične ločene skaldovnice. V nevronih so skladovnice ločene, posamezne, nahajajo se tudi v proksimalnih delih dendritov in sprožajo nukelacijo mikrotubulov. Kompleksi se nahajajo ob jedru in posamezne skladovnice v dendritih.

Answer 21

Med celično delitvijo se morajo porušit povezave med sklopi skladovnic (v igri BARs proteini) ter sklopi med posameznimi cisternami, pri čemer sodelujejo GRASP proteini. Pride do razpada na vezikle. GRASP proteine fosforilirajo od ciklinov odvisne kinaze, ki so aktivne samo, ko se nanje veže ciklin. Koncentracija ciklinov (poznamo več tipov njih) pa se tekom celičnega cikla spreminja. Po končanem procesu delitve pa se GA spet sklopi s pomočjo mikrotubulov.

Answer 22

GOLGIJEV APARAT predstavlja center transportnih procesov v celici. Pri diferenciaciji celic, celični delitvi in patoloških spremembah se ta struktura preoblikuje. Membrane GA so zelo heterogene in dinamične, vezikli pridejo in grejo, cisterne zorijo, kontakti pa so kratkotrajni. V različnih celicah je GA različno organiziran, v rastlinski celici npr. posamezne cisterne niso povezane med seboj, skladovnice so razpršene. O membranskih kontaktih GA z drugimi organeli je znanega zelo malo, vemo pa, da ER tvori kontakte s trans-GA. Membranski kontakti so odvisni od proteinov, ki zasidrajo membrano eno zraven druge. Membranski kontakti med ER in GA so pomembni za prenos lipidov in holesterola.

Answer 23

LIZOSOMI so heterogeni organeli, ki predstavljajo center procesov razgradnje z različnimi encimi in signalizacijskih poti ter imajo centralno vlogo v energetskem metabolizmu. Tu je na voljo informacija o stanju prehranjenosti celice. Odkrili so jih z biokemijskimi analizami in pristopi (frakcioniranje), ki so nam dale biokemijske in strukturne informacije o njih. Frakcionirali so vezikle in sestavo indentificirali. So kot granule, ki vsebujejo kisle fosfataze. Njihova struktura in molekulska sestava (kemizem organelov) se prepletata. Gre za elektronsko goste organele (v njih je veliko proteinov), ki razgrajujejo različne snovi in so veliki od 200 nm do nekaj µm. Omogočajo razgradnjo različnih snovi, zato je struktura heterogena. V njih lahko najdemo ostanke membran. Lizosomi so ZALOGA KALCIJA. V njihovi membrani so kalcijevi kanalčki za fluks ionov v citosol. To je pomembno za preoblikovanje membran lizosoma, fuzijske procese lizosomov in endosomov, fuzijske procese v avtofagiji, zlivanje lizosoma s plazmalemo, lizosomi so tudi ključen del zaznavanja in prilagajanja E metabolizma celice (kompleks mTOR). Lahko opravimo lokalizacijo specifičnih proteinov, ki jih lizosomi vsebujejo. Pri avtofagnih jih lahko razlikujemo na osnovi zgradbe z lokalizacijo encimov v lumnu ali pa specifičnih membranskih proteinov. Molekulske informacije se kombinira s strukturnimi. Vsak protein se posebej označi in opazuje ter se te slike na koncu združi. Rab5 lokalizira zgodnje endosome. Rab7 pa pozne. Rab7 je torej marker za pozne endosome in na koncu lizosome.

Answer 24

BIOGENEZA LIZOSOMOV: ⁻ selekcija encimov hidrolaz, ki so prisotne v lumnu lizosoma ⁻ poti, ki pripeljejo membranske proteine do lizosoma. Lizosomalne hidrolaze (sinteza na ER) - potovanje skozi GA (glikozilacija) - selekcija TGN na osnovi interakcije s specifičnimi receptorji (hidrolaze imajo vezano manozo6fosfat), izoblikuje se vezikel, ki potuje proti endosomu ali lizosom, zlivanje z membrano (sproščanje liganda zaradi kislega pH, prekurzorski encim je v lumnu, receptorji se z veziklov vrnejo nazaj v TNG. Lizosomi so del endomembranskega sistema. Sodelujejo v prepletu endomembranskih struktur. Material dobivajo iz več smeri. Določene komponente lahko potujejo naprej do plazmaleme. Potem se vračajo preko endocitoze do lizosomov. Lahko prihaja do zlivanja z endosomi in transporta lizosomov. Možen prehod preko MVT. V celicah so različne subpopulacije, ki se razlikujejo po kemizmu. Kemični profili lizosomov so ključno povezani z boleznimi. Fluoroscenčni senzorji, pH … zaznavajo razlike v lizosomih normalnih in patoloških celic. pH in koncentracija kloridnih ionov v lizosomu povesta razliko med zdravo in patološko celico.

Answer 25

LIZOSOMI so centri razgradnje snovi, ki pridejo v celico z endocitozo, makropinocitozo, iz endosomalnega sistema. Te snovi pridejo v stik s hidrolazami v lizosomu in se razgradijo, nato se v citosol prenesejo skozi membrano.

Answer 26

Razgradnja celici lastnih snovi lahko poteka v treh načinih: MAKROAVTOFAGIJA:  neselektivna – celica v avtofagosom vključi segment citoplazme, kar sprožijo stresni dejavniki (zlasti stradanje), inducira se tvorba fagofora, ki se formira iz različnih veziklov. Med sabo se zlijejo vezikli. Prepoznava specifičnih proteinov in lipidov. Zaobjamejo segment citoplazme v avtofagosom. Po zlivanju s liposomom (fagosomom) pride v kontakt z encimi in se razgradi  selektivna – je prepoznavanje specifičnih okvarjenih organelov. Na površini tega organela pride do spremembe izražanja določenih proteinov na membrani, v avtofagosom se vključi ta del, nato se zlije z lizosomom in razgradi se vsebina ⁻ MIKROAVTOFAGIJA – snovi pridejo v lizosom na način, da se zguba membrana samega lizosoma, pride do preoblikovanja membrane lizosoma ⁻ s ŠAPERONI POSREDOVANA AVTOFAGIJA – šaperoni prepoznajo napačno zvit protein na podlagi sekvence, proteini pa gredo skozi membrano

Answer 27

LIZOSOMI so lahko povezani s procesi popravljanja s plazmalemo. primer: osteoklasti razgrajujejo zunajcelični matriks v kostnem tkivu. Osteoklasti s črpalkami protone sproščajo (zakisajo) v matriks - kalcijev fosfat se demineralizira in encime sproščajo, ki pa razgrajujejo ostale makromolekule. Organski del razgradijo encimi. Te encime sproščajo lizosomi, ki se zlijejo s plazmalemo. LIZOSOMI predstavljajo tudi signalni center, saj po signalnih poteh pošiljajo signale proti jedru in s tem prispevajo k regulaciji izražanja genov – genov za biosintezo in zakisanje lizosomov ter avtofagijo.

Answer 28

Z ZGRADBO LIZOSOMOV je povezana njihova funkcija. V njihovi notranjosti se nahajajo hidrolaze, v membrani integralni in periferni proteini, prav tako je v membrani veliko transmembranskih transportnih proteinov, ki so povezani s prenosom snovi, ki nastanejo z razgradnjo makromolekul. Ti proteini razgradne produkte transportirajo v citosol ter potujejo naprej v metabolne poti. ATPaza je ključna za zakisanje matriksa in v notranjost lizosoma črpa protone. PROTEINI LIZOSOMOV so: ⁻ LAMP-proteini, ki so močno glikozilirani in tako zaščiteni pred nizkim pH, ⁻ SNARE za zlivanje veziklov, ⁻ proteini za membranske kontakte in sidranje, ⁻ motorični proteini, ki regulirajo pozicije lizosoma, ⁻ signalni proteini, ⁻ proteini, ki so povezani s signalnimi potmi (z njimi povezani tudi ioni, npr. Ca2+).

Answer 29

LIZOSOMI so vključeni v regulacijo energetskega metabolizma, saj v njih poteka razgradnja snovi iz zunanjosti celice. MTORC je aktiven, ko je celica prehranjena. MTORC nato fosforilira TF TFEB in le-ta nase veže protein, ki v tem stanju ostaja v citosolu in se ne transportira skozi jedrne pore v jedro. V tem priemru ne prihaja do ekspresije številnih genov za stradanje. V primeru stresnih dejavnikov kot je npr. stradanje pa se MTORC sprosti iz membrane (ni aktiven). Hkrati se aktivira transport kalcija skozi transporter v lizosomalni membrani. Kalcij se veže na kalcijnevrin in naprej se zgodi defosforilacija TFEB, ki v tem stanju vstopi v jedro in aktivira ekspresijo številnih genov, ki so povezani z zakisanjem lizosoma, avtofagijo, biosintezo lizosomov … Metabolizem se preklopi v razgradnjo.

Answer 30

KONTAKTNA MESTA LIZOSOMOV imajo številne funkcije kot so: ⁻ prenos lipidov med lizosomom in ER, ⁻ pozicioniranje lizosomov v celici, ⁻ omogočajo sidranje lizosomu, da se lahko zadrži blizu jedra v citoplazmi, ⁻ omogočajo povezave z GA – pozicioniranje lizosomov. Lizosomi so vključeni v poti vezikularnega transporta. Tvorijo tudi membranske kontakte z ER.

Answer 31

Pozicija lizosoma natančno določena. Lahko so zasidrani ali mobilni. Možen je tudi njihovo transportiranje po celici vzdolž MT s pomočjo dineionov in kinezinov (motorični proteini). Premikajo so v smeri center – periferija celice, vzdolž MT. SEKRECIJA LIZOSOMOV poteka prek specifične sekretorne poti in se tako sproščajo iz okuženih celic. Ti lizosomi nimajo nizkega pH. Prepreči zakisanje lizosoma. Deaktivira hidrolaze, sproži proces zlivanja s plazmalemo in razširjanje v druge celice

Answer 32

MITOHONDRIJI so morfološko zapleten organeli s kompleksno notranjo 3d zgradbo in z dvema membranama (notranja je morfološko drugačna) in obe sta posebni po svoji molekularni sestavi. V njih najdemo večji nivo lipidov in na sploh specifične lipide (npr. kardiolipin je pomembna sestavina notranje mitohondrijske membrane). Proteini predstavljajo kar 75% mase membrane, veliko jih je predvsem v notranji membrani. S samo zgradbo pa je povezana tudi njihova funkcija. Mitohondriji se razlikujejo od ostalih celičnih organelov tudi po svojem izvoru – nastali naj bi z vključitvijo protobakterije v arhejo, o čemer govori endosimbiotska teorija. Mitohondriji imajo lastno krožno DNA, ki se nahaja v matriksu. Prav tako imajo v matriksu svoje ribosome, torej imajo vse komponente za sintezo proteinov. Pomemben vidik dinamike mitohondrijev predstavljata cepitev mitohondrijev (delitev, »razmnoževanje«) in zlivanje teh organelov med sabo. Njihova poglavitna funkcija je sinteza ATP. Izziv predstavlja komunikacija med organeli, ki poteka preko difuzije, vezikularnega transporta (mitohondriji vanj ne vstopajo) in membranski kontakti. Mitohondriji imajo heterogene lumne – intermembranski prostor, matriks (najnižji pH), lumen kriste in citosol na drugi strani. Oblika, proteinska in lipidna sestava ter funkcije mitohondrijev varirajo glede na tip celic, v katerih se nahajajo. V različnih organizmih se mitohondriji med seboj razlikujejo, razlike tudi če žival hibernira ali ne. Mitohondriji so variabilni organeli. Številne študije so potrdile, da v celicah, v katerih se nahajajo v ogromnem številu (npr. mišice), vsi mitohondriji niso enaki. Obstajajo neke subpopulacije – tisti, ki so ob plazmalemi, jedru … Na kontaktnih med mitohondriji in ER poteka zlivanje, cepitev, prav tako je to mesto transferja lipidov in kalcija. Znani so tudi kontakti mitohondrijev s peroksisomi in lipidnimi kalpljami.

Answer 33

Mitohondrijska DNA je prisotna v različnem številu kopij, prav tako je delež mtDNA pri različnih tipih organizmov različen. mtDNA pri različnih organizmih kodira različne proteine. Človeška mtDNA kodira 13 proteinov. Vse ostale potrebne proteine mitohondrij dobi iz jedrne DNA, ki se sintetizirajo v citosolu na ribosomih in prehajajo skozi dvojno membrano v notranjost mitohondrija. Mitohondriji torej kombinirajo in regulirajo genski zapis iz dveh kompartmentov. TRANSKRIPCIJSKI FAKTOR A (TFAM) je strukturni protein, ključen za organizacijo mtDNA. Vpliva na to, ali je mtDNA bolj zgoščena, sproščena, zvita oziroma kompaktna in s tem regulira izražanje. V jedru pa je DNA povezana s proteini (histoni) in organizirana v nukleosome. Histoni strukturirajo kromatin, regulirajo dostopnost DNA molekule in s tem pomembno vplivajo na izražanje genov.

Answer 34

Ključna funkcija mitohondrijev je tvorba ATP z oksidativno fosforilacijo (sodeluje kup komponent). Tvorijo tudi intermediate, presnovke citratnega cikla za podporo sinteze makromolekul za proizvodnjo biomase. Procesi, v katere vstopajo mitohondriji so: ⁻ regeneracija NAD+ ⁻ zagotavljanje metabolitov, ⁻ homeostaza Ca2+ ⁻ so producenti ROS, ⁻ so ključni regulatorji nekaterih procesov apoptoze ⁻ produkcija ATP … Delovanje mitohondrijev je povezano z delovanjem ostalih organelov in drugih celic v tkivu. Kako mitohondriji delujejo v tumorjih, je ključno za razvijanje novih terapij za bolezni. Modifikacije mitohondrijev (npr. spremembe membran > ni več membranskih domen) namreč sovpadajo s patološkimi spremembami. Njihova funkcija je odvisna od njihovega števila v celici, molekulske sestave, oblike, ultrastrukture, arhitekture, lokalizacije specifičnih proteinov ter interakcij z ostalimi organeli.

Answer 35

Mitohondriji imajo vlogo tudi pri celični signalizaciji, gre za slabo poznano, vendar ključno področje. Za proučevanje signaliziranje je potrebna uporaba markerjev, npr. pH marker. Signaliziranje npr.: ⁻ sproščanje H2O2 povzroči oksidacijo proteinov in posledično spremembe v izražanju genov in celični funkciji

Answer 36

Mitohondriji so dinamični organeli. Oblikujejo lahko majhne mitohondrijske tubule = TUBULACIJA MITOHONDRIJEV – njihova dinamika je povezana s funckijo. Pomemben vidik dinamike mitohondrijev predstavlja njihovo razporejanje v celici na podlagi fizioloških procesov. Pri premiku sodelujejo mikrotubuli in motorična proteina kinezin in dinein. ⁻ ZLIVANJE (fuzija) Pri zlivanju dveh mitohondrijev se mora zunanja membrana zliti z zunanjo in notranja z notranjo. Gre za usklajene zaporedne dogodke, od katerih vsak zahteva ločen niz proteinskih faktorjev Fuzijo omogočajo specifični proteini v zunanji membrani – MFN proteini in specifični proteini v notranji membrani – proteini OPA. Fuzijo zunanje membrane povzroča GTPaza zunanje membrane, ki tvori oligomerni kompleks, ki vključuje podenote, zasidrane v vsaki od obeh membran. Fuzija zunanjih membran zahteva GTP in H+ gradient čez notranjo membrano. Fuzija notranjih pa zahteva GTP in električni potencial preko notranje membrane. ⁻ CEPITEV – fisija Cepitev poteče tam, kjer so membranski kontakti z ER. Pri cepitvi se Drp1 rekrutira na zožitvena mesta s pomočjo membranskih adapterjev. Polimerizirajo se okoli zunanje membrane in s hidrolizo spremenijo konformacijo, membrana razpade ter mitohondrija se razcepita. V procesu cepitve ne nastaneta dva enako velika mitohondrija. Nukleiranje novih aktinskih filamentov v povezavi z motoričnimi proteini doprinesejo mehansko silo za cepitev. TUBULACIJA MITOHONDRIJEV je povezana s prerazporejanjem nukleidov v mitohondrijih. NUKLEIDI so preko proteinskih kompleksov MIRO1 na zunanji membrani in KIF1B povezani s celično membrano.. Cepitve so pogosto povezane tudi s segregacijo okvarjenega dela od »zdravega« ter nadaljevanje tega v avtofagijo oz. mitofagijo. S fisijo zdravega in okvarjenega dela mitohondrija celica lahko reši strukturo in funckije, ki jih ta opravlja. INDUCIRANA MITOFAGIJA: na zunanji membrani se izpostavi molekula, ki navadno tam ni prisotna in predstavlja signal za uničenje. Gre za akumulacijo molekule Pink 1, ki se v normalnih pogojih nahaja na notranji strani in ni izpostavljena. Rekrutira se ligaza Parkin iz citosola, pride do ubikvitinacija zunanje membrane, to je znak, da se veže fagofor iz citosola > stik s hidrolazami in tako pride do razgradnje mitohondrija. Pri razgradnji mitohondrijev so udeleženi tudi citoskeletni elementi in motorični proteini (dinein, kinezin) Aktinski filamenti okoli okvarjenih mitohondrijev tvorijo kletko in posledično se tak mitohondrij preneha premikati po celici. Njihova mobilnost je sicer odvisna od mikrotubulov.

Answer 37

PEROKSISOMI okroglasti membranski organeli z eno membrano (dvoslojna), ki so prisotni v več ali manj vseh organizmih. Nekateri izmed njih so lahko tudi kompleksnejših oblik. So organeli, ki so zelo vpleteni v lipidni metabolizem in so pozicionirani blizu ostalih membranskih organelov. Predstavljajo glavno mesto oksidacijskih reakcij in vsebujejo encime, npr. katalazo. Različni tipi celic vsebujejo različne strukture peroksisomov in posledično tudi encimov, ki sodelujejo v oksidacijskih reakcijah. V jetrih npr. prihaja do detoksifikacije, pri čemer nastaja vodikov peroksid. Encimi v peroksisomih so pogosto prisotni v tako visokih koncentracijah, da pogosto tvorijo kar kristale. Največ jih najdemo v jetrih, možganih in ledvicah. Pomemben del HOMEOSTAZE CELIC predstavlja tvorba novih peroksisomov. Generirajo jih ob različnih metabolnih stimulusih – ko je potreba po detoksifikaciji višja ali na primer med celično delitvijo.

Answer 38

NOVI PEROKSISOMI lahko nastanejo s: ⁻ Cepitvijo obstoječih peroksisomov ⁻ »de novo« iz specializiranih membranskih regij ER. Nastanek z delitvijo/cepitvijo poteče tako, da peroksisomi preoblikujejo membrano s specifičnimi proteini, membrana se ukrivi, izbočen del se podaljša in pride do cepitve. Pri procesu sodelujejo proteini PEX11β, FIS1, MFF in DRP1. »de novo« peroksisomi nastanejo: ⁻ Prekurzorski vezikel za peroksisom se veže na membrano ER, temu sledi vezava še vsaj dveh peroksimalnih membranskih proteinov – Pex3 in Pex 5, ⁻ Številni proteini peroksisoma prihajajo iz citosola (sintetizirajo se na ribosomih) in se vključujejo v ta vezikel, ⁻ Potrebna je signalna sekvenca za peroksisom, da se vključijo v vezikel ⁻ Peroksisom se povečuje, odcepi …

Answer 39

Vključevanje proteinov v vezikel – nastajajoči peroksisom, je zelo kompleksno. Proteini PEROKSINI omogočajo transport proteinov v peroksisome. Mutacija v teh proteinih vodi v razvoj hudih bolezni, saj zaradi onemogočenega vstopa proteinov peroksisomi ne delujejo. Proteini se sintetizirajo na ribosomih v citosolu, peroksini vežejo te proteine, prepoznajo signalne sekvence in se usedejo na membrano peroksisomov. Protein se za vstop v lumen ne rabi odvit, lahko je 3D strukturi ali celo kot oligomer. Vezava ubikvitina povzroči, da se kompleks razgradi in se peroksin sprosti nazaj v citosol. ZELLWEGER SINDROM se razvije zaradi okvarjenega proteina PEROKSIN1 – ne pride do oksidacije maščobnih kislin.

Answer 40

Pomemben vidik homeostaze predstavlja tudi RAZGRADNJA IN REGULACIJA RAZGRADNJE PEROKSISOMOV. Slednje poteka z avtofagijo oz. PEKSOFAGIJO. Prevelika akumulacija ROS je znak za celico, da je peroksisom okvarjen ali »overload«. Pride do ativacije kinaze v peroksisomih, ki deluje preko dveh poti: ⁻ Spodbuja avtofagijo ⁻ Fosforilacija Pex5 > avtolizosom. (razgradnja)

Answer 41

FUNKCIJE PEROKSISOMOV so ključno odvisne od povezav z drugimi organeli. ⁻ razgradnja maščobnih kislin (α-oksidacija maščobnih kislin, β-oksidacija maščobnih kislin), > Razgradnja zelo dolgih in razvejanih maščobnih kislin (daljših od 22 ogljikovih atomov) > Pri tem nastajajo različni produkti, ki lahko vstopajo ali izstopajo v reakcije ⁻ sinteza eterskih lipidov ⁻ sinteza žolčnih kislin ⁻ metabolizem ROS, zoprstavljanje celic oksidativnemu stresu Določeni koraki sinteze ETERSKIH LIPIDOV potečejo v peroksisomih, potem poteče transport le-teh do ER, kjer se njihova sinteza nadaljuje. Transport od Px do ER poteče z vezikli – vezikularni transport. Vezani so na proteine, ki nekako zakrijejo hidrofobni del lipida. PLAZMALOGENI so eterski lipidi, ki jih imamo veliko v mielinskih ovojnicah. Napake v teh lipidih povzročajo nepravilnosti pri mielinizaciji aksonov in posledično težave v živčnem sistemu.

Answer 42

MEMBRANSKI KONTAKTI PEROKSISOMOV z: ⁻ mitohondriji, ⁻ ER, ⁻ lizosomi, ⁻ lipidnimi kapljami. Gre za dinamične povezave – ni v vsakem trenutku povezan z vsemi.

Answer 43

PEROKSISOMI so organeli, ki se zelo odzivajo na stresne dejavnike, njihovo število pa se glede na to povečuje ali zmanjšuje. Predstavljajo tudi tarčo virusov (znotrajceličnih patogenov), katerih glavni cilj je, da zavrejo imunski sitem in se uspešno namnožijo ter širijo v druge organizme. Virus lahko sproži namnožitev peroksisomov in sintezo lipidov. Isti virus pa ima lahko v različnih fazah različne funkcije. Npr. najprej povzroči povišano namnoževanje virusov, v naprednejših fazah infekcije sproži sintezo lipidov za sintezo sovjih ovojnic. Peroksisomi – antivirusne terapije?

Answer 44

LIPIDI so ključna sestavna membran, vendar pa o lipidih v celicah vemo precej manj kot o proteinih, verjetno zato, ker so proteini večje molekule, njihova izolacija in lokalizacija (s protitelesi) je lažja. Lokalizacija lipidov z markerji je ovirana, saj ti vplivajo na njihovo funkcijo. Membrane se med seboj razlikujejo po vsebnosti lipidov, lipidi pa po maščobnih kislinah (nasičenih, nenasičenih, njihovi dolžini). Razlikuje se tudi vsebnost sterolov – prisotnost ergosterolov, holesterolov. Lipidna sestava membran pa vpliva na fizikalne in kemijske lastnosti membran ter fiziološke procese v celici. Lipidi in proteini so gradniki membran, ki so odvisni drug od drugega. Specifični lipidi lahko rekrutirajo specifične proteine (ima specifično vezavno mesto) na določeno regijo membrane. Proteini pa lahko prepoznajo mesto vezave (BAR proteini) zaradi specifične ukrivljenosti membrane. Konformacija proteina pomeni spremembo njegove funkcije. Vsebnost holesterola v membranah se spreminja, prav tako se spreminja debelina in asimetrija membrane. Plazmalema je tako veliko debelejša od membrane ER in najbolj asimetrična med membranami. Pomemben vidik asimetričnosti predstavljajo tudi sladkorji – glikolipidi na zunanji strani. Distribucija fosfolipidov je v različnih membranah različna, kar vpliva na fizikalno-kemijske lastnosti, pride do razlik v funkcijah, proteinski sestavi. Lipidna sestava je specifična za vsak organel.

Answer 45

ASIMETRIJA BIOLOŠKIH MEMBRAN pomeni, da je stran membrane, ki meji na citosol drugačna od tiste, ki meji na lumen. Porušitev asimetrije je eden od signalov, da s celico nekaj ni v redu in vodi v apoptozo. V ER poteka glavna lipidna sinteza – v biogenezo membran so torej vključeni ER. Gradniki lipidov (gliceroli, maščobne kisline) in potrebni encimi se nahajajo v citosolu. Lipidne molekule se dodajajo v citosolno polovico membrane ER. Ne more se povečevat samo ena polovica membrane, zato se te nove molekule nato preselijo v drugo, notranjo polovico, kar omogočajo flip-flop premiki. Encim SKRAMBLAZA preseli nespecifične fosolipide v notranjo polovico in so zato fosfolipidi naključno razporejeni. FLIPAZE pa so encimi, ki katalizirajo prehod samo specifičnih fosfolipidov in tako dobimo bolj asimetrično obliko.

Answer 46

V ER kjer je glavna lipidna sinteza se lipidne molekule dodajajo (biogeneza): Pri lipidih se nove lipidne molekule dodajajo v citosolno polovico membrane. Sestavni deli iz katerih se lipidi sintetizirajo, pridejo iz citosola. Tudi encimi za sintezo enega lipida so v citosolu prisotni. Ne more se samo pol membrane povečevat. Novo sintetizirane molekule se preselijo v spodnjo polovico ER. Nove lipidne molekule se integrirajo v citosolno polovico ER. Preselijo se v notranjo luminalno polovico membrane, da se cela membrana enakomerno povečuje. Flipflop je treba s skramblazo (encimom) pospešit. Preseli nespecifično fosfolipidne molekule v notranjo polovico membrane. Asimetričnost še ni rešena. Skramblaza je nespecifična (naključno porazdeli v membrani ER fosfolipide).

Answer 47

Današnji modeli membrane »pravijo«: ⁻ da membrana ni konstantno debela povsod, ⁻ da so oblike proteinov raznolike, ⁻ zanjo je značilna neurjenost fosfolipidov, ⁻ membrane so izjemno dinamične in heterogene po svoji zgradbi – sestavljajo jo različne regije in je intenzivno povezana s citoskeletom. DOPOLNJEN MODEL ARHITEKTURE CELIČNE MEMBRANE Temeljijo na prejšnjem modelu fosfolipidnega dvosloja. Dodali so samo več proteinov. Membrana ni konstantne debeline povsod, oblike proteinov so raznolike. Eni na eno in drugi na drugo stran. Membrane so dinamične in heterogene v lateralni smeri. Heterogene po zgradbi (sestavljajo jo različne regije - mozaik) in intenzivno je povezana s citoskeletom na notranji strani. Lateralna heterogenost membran: pomeni, da ena membrana iz ptičje perspektive razporeditev makromolekul, proteinov, specifična (niso kar nekje). Niso homogeno razporejene. Lateralna heterogenost (neenakomerna zgradba) se odraža na različnih nivojih. Lateralna heterogenost na nivoju regij celic - apikalna in bazalna stran celice npr. Specifične regije celične površine. Heterogenost na nivoju organelov - različne regije membran nekega organela. Heterogenost na nivoju mikro in nanodomen membrane - lipidni rafti npr. Različne dinamike in različno veliki nivoji. Razlika v stabilnosti teh regij. Apikalna plazmalema ima vedno različno sestavo od bazolateralne strani. Heterogenost, ki je bolj dolgoživa. Pri heterogenosti je treba razmišljat o velikosti

Answer 48

Pomemben vidik zgradbe membrane je LATERALNA HETEROGENOST MEMBRAN – razporeditev sladkorja, proteinov in lipidov je specifična. Membrane so kot mozaik. V specifičnih regijah nanodomen se skoncentrirajo različni lipidi, proteini, specifični proteini, holesteroli … debelina membrane se veča. Heterogenost se nanaša na to, da membrane niso enakomerno zgrajene. Lateralna heterogenost membran ima več vidikov: ⁻ lateralna heterogenost na nivoju celice ⁻ lateralna heterogenost na nivoju organelov ⁻ lateralna heterogenost na nivoju mikro in makrodomen. Lateralna heterogenost je prisotna tudi na nivoju organelov. Transport s plaščnimi proteini poteka samo na specifičnih regijah, prav tako so lipidni rafti lahko prisotni tudi v membranah organelov. Membrane so zelo povezane z molekulami na obeh njenih straneh – s citoskeletom in molekulami zunajceličnega matriksa na zunanji strani. Procesi, ki odločajo v katerem delu membrane bodo neke molekule sta ENDOCITOZA in EKSOCITOZA. Od tega kam bo potoval kakšen vezikel pa je odvisna LATERALNA HETEROGENOST. Spermiji imajo specifično zgradbo membrane v specifičnih regijah. Plazmalema ima v določenih delih specifične proteine. Septini vzdržujejo take regije membrane s specifično sestavo. Proteinski filamenti, ki se povežejo z membrano, omejijo mobilnost in so ključni za difuzijske bariere tvorit. Specifično nameščeni encimi. Vzdržuje se specifična lipidna sestava Fosfatidilinazitoltrifosfata zaradi razporeditve encimov so na notranji strani. Kinaza ter fosfataza sta encima. Kontrolirata kateri in kakšen lipid bo v kateri regiji membrane.

Answer 49

LIPIDNI RAFTI so dinamične nano mikro domene membrane s specifično zgradbo. Določene regije membrane so zgrajene na specifične načine. Membrane so na mestih lipidnih raftov debelejše, zasidranih je veliko lipidov zaradi ujemanja hidrofobnih regij, prav tako se tukaj nahaja veliko glikolipidov in glikoproteinov. Tekom diferenciacije ali kakšnega drugega fiziološkega procesa, se ta del membrane spreminja, lahko se formira ali razformira, njegov delež se lahko povečuje, zmanjšuje. Lahko pa delež ostane enak in pride le do drugačne razporeditve, agregacije. Za povezovanje so pomembne interakcije med lipidi in proteini, lipidi in lipidi, interakcije s citoskeletom (predvsem aktinskimi filamenti) ter hidrofobno ujemanje. Hidrofobna regija v lipidnem raftu se mora ujemat s hidrofobno regijo membrane. Lahko pa pride do konformacijskih sprememb in posledično do spremenjenega delovanja proteinov. Sidranje proteinov je spremenjeno. FUNKCIJA LIPIDNIH RAFTOV – Zakaj je membrana sploh organizirana na tak način? ⁻ Koncentriranje specifičnih molekul na majhen prostoru v membrani – za bolj učinkovite procese ⁻ Konformacijske spremembe glede na to, v kateri del membrane je vstavljen (virusi brstijo, kjer so prisotni rafti) ⁻ Predstavljajo tudi enega izmed načinov sortiranja na določen del membrane – vloga pri pozni eksocitozni, zgodnji endocitozni poti

Answer 50

Pomembno je da se heterogenost vzpostavi in vzdržuje. Odvisna je od tega, s čim se povezuje in kam se postavi. Povezovanje omogočajo citoskelet in proteini celičnih stikov, ki so tisti, ki definirajo posamezne regije. Vezava integrinov predstavlja prvi signal, da je to bazalna stran celice. Med diferenciacijo celice se preoblikuje tudi citoskelet in citoskeletni elementi Citoskelet se mora organizirat v to specifično asimetrično ureditev. Med diferenciacijo: kontakt z zunajceličnim matriksom z integrini. Ko se na bazalno lamino veže celica je to prvi signal, ki definira bazalno stran celice. Potem pa ti trije kompleksi pridejo. Rekrutiranje (ti proteini rekrutirajo) celičnih stikov na specifične regije. Sledi nadaljnja diferenciacija. Procesi so koordinirani na prostorskem in časovnem nivoju ter na nivoju tkiv (celo epidermis je asimetričen). Na nivoju celotnega tkiva morajo biti organizirani procesi časovno in prostorsko. Tudi tkivo je asimetrično urejeno. Imajo apikalno in bazalno stran …. Proteini - kompleksi celične polarnosti so v treh skupinah: PAR, CRB in SCRIBL. Tekom diferenciacije celice se vzpostavi različna celična membrana na površini odvisno od njihove pozicije in s čim se povežejo. Povezujejo se s citoskeletom in proteini celičnih stikov. Ko se celica deli, začne vzpostavljat asimetrijo. Pomembni so ti trije proteinski kompleksi, ki se vežejo na meji med A in L ali pa na BL ali … Povezujejo se s celičnimi stiki in citoskeletom. Celični stiki definirajo posamezno regijo.

Answer 51

Pomen okolja, v katerem se nahajajo celice je ogromen. Medsebojni vpliv celic in matriksa. Pomen molekul, sestave zunajceličnega matriksa (ECM) in biokemijske, biofizikalne, mehanske lastnosti vplivajo na celične procese in obratno. Celica pa vpliva na zunajcelični matriks, torej je vpliv vzajemen. Celice sintetizirajo vse encime, ki razgrajujejo komponente v zunajceličnem matriksu. Podobno tudi ostale molekule, ki so del ZCM. Bazalna lamina je ena od komponent ECM. ECM so si med seboj različni, ker vsebujejo različne proteoglikane, različne glikogene, različne glikoproteine in vse te gradnike v različnih razmerjih. Različne vrste molekul vsebujejo različno razmerje med njimi. Z EKSOCITOZO celice v okolico izločajo tiste specifične molekule, ki izgrajujejo tkivo.

Answer 52

ECM se zelo razlikujejo med seboj. Vsem pa je skupno, da vsebujejo: ⁻ proteoglikane, glikozaminoglikani, ⁻ nitaste proteine (kolageni), ⁻ glikoproteine. To so tri osnovne skupine makromolekul, ki gradijo ECM. Potem pa so tukaj še voda, encimi (razgrajujejo ECM), ioni in signalne molekule (difundirajo v ECM in vplivajo na različne celice v tkivu), ki prav tako gradijo ECM. V vezivnem tkivu je veliko ECM (fibroblasti in fibrociti, osteoblasti in osteociti v hrustancu)

Answer 53

GLIKOZAMINOGLIKANI so nerazvejani, linearni polisaharidi, ki so negativno nabiti, vsebujejo ogromno sulfatnih in karboksilnih skupin. Gre za najbolj negativno nabite makromolekule v našem telesu. Med seboj se razlikujejo po gradnikih, disaharidih in monosaharidih, ki jih sestavljajo. Vedno se ponavlja disaharid. Disaharid je vedno en amino sladkor in ena uronska kislina. Amino sladkor in uronska kislina sestavita disaharid, ki je osnovni gradnik in se ponavlja ter gradi makromolekule polisaharidov. Po navadi niso prosti, temveč vezani na proteine. Takšne molekule zato imenujemo proteoglikani. Primeri: hialuronan, hondroitin sulfat, dermatan sulfat, heparan sulfat, keratan sulfat

Answer 54

PROTEOGLIKANI niso samostojna makromolekula. So osnovni protein, ki ima na serin (AK) vezan glikozaminoglikan preko tetrasaharida (veže) - linkerski tetrasaharid. Ta protein ima lahko vezanih veliko glikozaminoglikanov in različni so lahko vezani na isti protein. Proteoglikani so lahko precej raznoliki. Pri vseh je osnovni beljakovinski del na katerega so vezani glikozaminoglikani. Nekateri proteoglikani se še naprej agregirajo v večje molekule. Privlačijo katione, ker so negativno nabiti. Delujejo osmotsko in tvorijo hidrirane gele. Naredijo odporen matriks in celice, tkiva so tako odporna na pritisk, saj vežejo vodo v gel. Primer: hrustanec je odporen na kompresijo. Nekateri proteoglikani se v ECM ne nahajajo v suspenziji. Nekateri so tudi komponente membran, torej vezani v membrane. Sindekan je najbolj znan proteoglikan, ki je zasidran v membrano. SINDEKANI so proteoglikani, ki so zasidrani v membrano. Proteinski del proteoglikana je zasidran kot transmemrbanski protein ali pa je ta del zasidran preko GPI sidra v membrano. Njihove funkcije so, da delujejo lahko kot receptorske molekule za signalne molekule v matriksu ali pa adhezija med celicami.

Answer 55

NITASTI PROTEINI so proteini, ki tvorijo fibrile, to so kolageni in elastin. Kolagenska fibrila je iz molekul kolagena, ki so med sabo povezane s kovalentnimi vezmi. Veliko jih je v hrustancih in kosteh, v gostem vezivu jih je več. Gre za urejeno gosto vezivo, fibrile so urejene v isto smer. Lahko so tudi neurejena gosta tkiva ali mehka tkiva. So v obliki vijačnic, ovite ena okoli druge, pri tem so tri polipeptidne verige ovite skupaj. Kolagenov je več tipov. Ločimo kolagene, ki tvorijo fibrile in skupino kolagenov, ki tvori mrežo. Pri bazalni lamini na primer tvorijo omrežje. Poznamo še povezovalne kolagene, ki povezujejo sosednje med sabo ali pa različne tipe kolagenov med seboj. So kolagenske molekule, ki so nekakšni povezovalci. Primarno se med seboj ne disociirajo v mreže. Kolageni, ki tvorijo fibrile so ključni na odpornost tkiv na natezne sile. Ravno obratno od prejšnjih, ki so tvorili gel. Fibrile lahko potekajo v različne smeri ali pa so orientirane v isti smeri. Ahilova tetiva ima na natezno silo odpornost največjo, ker so v isti smeri. Orientacija kolagenskih fibril je pomembna za organizacijo in tvorbo struktur – ekspanzija tkiva v neko smer. ELASTIN skrbi za elastičnost ECM in določa njegove mehanske lastnosti. Med sabo so elastini povezani s kovalentnimi vezmi. Ko je prisotna sila, se to proteinsko omrežje spremeni, spremeni se njegova arhitektura. Vlakna elastina so v primerjavi s kolagenskimi homogena in so lahko so različnih debelin. Oblikujejo sloje ali ovoje.

Answer 56

GLIKOPROTEINI so še tretja skupina makromolekul v ECM, poznamo jih več kot 200 različnih in so tkivno specifični. Od proteoglikanov (večji del njih je sladkorni, manjši del je protein) se razlikujejo po delu proteina, kjer je pri glikoproteinu večji del proteinski. Tvorijo multimerne strukture (di, tri, multimere) in komplekse. Imajo specifične domene, vezavna mesta za druge molekule v ECM in za molekule, ki so v plazmalemi celic. So linkerji, molekule, ki povezujejo različne makromolekule v ECM in ECM povezujejo s celicami, ker imajo vezavna mesta za molekule v plazmalemi. Primer: fibronektin ima vezavno mesto za kolagen (molekula v ECM, ima vezavno mesto za integrin …). FIBRONEKTIN je molekula, ki je lahko prisotna v ECM. Vezan je še na ostale fibronektinske molekule, lahko pa se molekule povezujejo tudi v fibrile fibronektina. Med sabo se lahko povežejo, ker se spremeni in odkrije vezavna mesta za medsebojno povezovanje fibronektinskih molekul. Odkrijejo se zaradi vpliva mehanske sile, ki spremeni strukturo fibonektina. Fibrilo torej dobimo iz več fibronektinov. To se zgodi samo kadar je ta fibronektin vezan na integrin.

Answer 57

so povezave med zunajceličnim matriksom in citoskeletom. INTEGRINI so transmembranski proteini, ki lahko povezujejo tudi celice med seboj. Vezavna mesta v komponenti membrane druge celice, imajo različne vezavne domene za različna vezavna mesta. Večina vezav pa je vezav na molekule v ECM. Na zunanji strani transmembranskih heterodimerov (dve polipeptidni verigi, ki sta lahko tudi različni) je ekstracelularno večinski del molekule in ima vezavno mesto za molekule na plazmalemi ali pa za vezavno mesto za katero od zunajceličnih molekul iz matriksa. V citosolu (znotraj molekule) pa je manjši del molekule. S citoskeletom se integrin povezuje znotraj molekule. So mehanosenzitivni proteini, ki se po aplikaciji mehanske sile spremenijo. Med njimi so majhne, drobne, dinamične ali pa velike stične površine. Ogromni so pri stiku mišice in kite (miotendinski stik). Na celi površini se mišična celica povezuje s kolagenskimi fibrilami. Ti stiki pa so različno dinamični.

Answer 58

BAZALNA LAMINA je ena od specifičnih delov ECM, ki se nahaja pod epitelnimi celicami, obdaja pa tudi celice skeletnih mišic. Celotna hrustančna ali kostna celica je vedno obdana z intersticijskim matriksom. Gre za specifičen matriks, kjer je veliko povezav med proteini plazmaleme in matriksa. Specifičen ECM je tudi v jajčecu - zona pelucida. Bazalna lamina je debela 50-100 nanometrov in različno debela v različnih tkivih. Njena funkcija je pritrjanje celic, organizacija in regeneracija (celice ob poškodbi propadejo, bazalna lamina pa ne). Vzdolž tega ogrodja poteka obnavljanje tega tkiva. BL je na mestu motorične ploščice variabilno sestavljena. Kjer je stik mišične in živčne celice se ponovno na istem mestu vzpostavi stik. Transport hranilnih snovi pri avaskularnih tkivih (brez žil) poteka preko bazalne lamine. Bazalna lamina torej regulira različne transporte (nadzor transporta snovi), predstavlja filtracijsko strukturo. Vsi transporti morajo na nek način preit BL, da pridejo do veziva in medcelične tekočine. BL je komponenta stene žil. BAZALNA LAMINA ni homogena struktura, torej ni enaka na obeh straneh. Gre za heterogeno strukturo, saj se že po sami strukturi razlikuje na eni in drugi strani. Mehanske lastnosti BL (togost) in molekulska sestava se razlikujejo na eni in drugi strani.

Answer 59

ZGRADBA BAZALNE LAMINE: protein lamin, kolagen 4 (ne tvori fibril) in specifični glikoproteini in proteoglikani. LAMININ je protein bazalne lamine. Zgrajen je iz treh polipeptidnih verig. Poznamo več različnih tipov lamininov, slednji pa imajo tudi različna vezavna mesta. Selfasembly vezavna mesta - tu se med seboj povezujejo in tvorijo BL, ki je obsežen sloj makromolekul. Imajo tudi vezavna mesta za molekule v plazmalemi (integrini, distroglikani), da se povezujejo z membrano. Imajo tudi vezavna mesta za glikoproteine in proteoglikane, ki so prisotni v bazalni lamini. SESTAVLJANJE LAMINE je pomembno, ker so to procesi, ki definirajo polarnost celic. Organizirana je apikalnodistalno, da se tkiva normalno diferencirajo in da ostanejo normalno funkcionalna, da ne pride do razvoja tumorjev. Proteini polarnosti (kompleksi polarnosti) so pomembni za polarnost. Stiki z bazalno lamino so najbolj zgoden dogodek pri polarizaciji celic. Na integrine se vežejo laminini, med sabo se povežejo preko selfasembly domen. Potem sledi vezava kolagena 4, ki ne tvori fibril ampak tvori mrežo (med sabo se povezujejo). Potem je pa še vezava proteoglikanov, glikoproteinov. Tvori se nova BL ob plazmalemi.

Answer 60

- strukturna organizacija celic v tkivu -> organizira arhitekturo tkiva ⁻ reguliranje migracije celic (pomembna lastnost celic pri razvoju tumorjev – začne se migrirat, pa se ne bi smela ⁻ usmerjajo migracije (embriogeneza, diferenciacija) ⁻ molekule v ECM lahko vežejo signalne molekule in od njih je odvisno delovanje ⁻ encimi razgrajujejo različne komponente v ECM, ki imajo potem tudi vplive ⁻ mehanske lastnosti matriksa (rigidnost, natezne, kompresijske sile) vplivajo na gensko ekspresijo

Answer 61

ECM (BL) je pomembna tudi za morfogenezo. Pri tvorbi cevastih epitelnih struktur morajo apikalno bazalno polarnost vzpostavit celice. Nalaganje laminina vpliva na polarnost. Šele po naloženem lamininu pride do lokalizacije proteinov, ki definirajo apikalno površino epitelnih celic. Tudi pri in vitro v kulturah, se mora laminin prvo organizirat pravilno.

Answer 62

BIOMATERIALI so materiali, ki jih produciramo in so lahko iz naravnih komponent ter jih vgradimo v telo, da nadomestimo, popravimo neko funkcijo. So materiali, ki morajo zadostit netoksičnem, neimunogenostnim kriterijem, da je mogoča zamenjava ali ojačitev ali izboljšava dela v našem telesu. Biti morajo biokompatibilni. ⁻ kostni matriks okoli osteocita ⁻ mineralizirani amorfni matriksi iz silicijevega dioksida ⁻ hitinski matriksi. V biološke materiale in matrikse spadajo volna, rastlinski materiali, oklepi, lupine … So materiali, ki temeljijo na kolagenu (proteinu) ali mineralih ali sladkorjih (polisaharidi). Kolagen ali hitin sta osnovno ogrodje s številnimi minerali. Mineralizirani so številni biološki materiali. Znanje lahko apliciramo in uporabimo, ko vemo kako se tvorijo, kako so zgrajeni … Osnova arhitekture bioloških materialov je hierarhična organizacija. Iz enostavnih osnovnih gradnikov dobimo kompleksne, raznolike strukture zaradi unikatne arhitekture. To predstavlja prednost teh materialov. Primer: Kolagen in minerali v kosti. Kolagenske fibrile, ki se nalagajo v urejene strukture. Med njih urejeno vgrajujejo se urejeno kalcijevi kristali. Organizacija kompaktne kosti v osteone - lamele v Havesovi kanali - snopi so v vsaki organizirani drugače. In na koncu organizacija v kost na makronivoju. Primer: Biserovina: kompozit organski-anorganski matriks. Vmes so sloji organskega matriksa, ki povezujejo kristalno fazo. Ploščice se nalagajo v posamezne sloje, ki lupino sestavljajo Primer: hierarhična zgradba kutikule: hitinsko proteinska fibrila - v snop - uredijo se v sloj fibril - plasti se nalagajo ena na drugo (v različnih smereh za mehansko trdnost) - eksoskelet.

Answer 63

Biološki materiali oz. strukture so večinoma multifunkcionalni. Ščitijo pred mehanskimi poškodbami, nekontroliranimi transporti, imajo senzorično vlogo (receptorji), tvorijo povezave z mišicami in skeletom (lokomocija), predstavljajo zalogo ionov, predstavljajo kemične in fizikalne bariere, lahko imajo tudi čutilne funkcije. Sestava je zelo heterogena na majhnem območju. Ti materiali imajo kompleksno sestavo, njihove komponente pa so specifično razporejene na majhnem območju. Primer: Železovi minerali v zobcih. Radula z zobci. Eden najtrših bioloških mineralov. Gre za železov mineral, ki daje trdnost strukturi. Diferenciacija – tvorba na novo in obnavljanje sta težava pri naravnih materialih. Matriks se oblikuje med diferenciacijo. Matriksi se morajo tvorit, diferencirat med embrionalnim razvojem in med levitvami se obnavljajo. Na koncu razgradijo. Adaptibilnost – remodeliranje in prilagajanje mikrostrukture spreminjajočim se okoljnim pogojem.