A sejtváz. Mikrotubulusok (25 nm átmérő) Mikrofilamentumok (7 nm átmérő) Intermedier filamentumok (8-12 nm átmérő)

Átírás

1 A sejtváz A citoszkeleton, vagy sejtváz kötegek hálózatából felépülő struktúra, mely a sejt szilárdításán, alakjának biztosításán túl, a mozgásban, a szállításban is szerepet játszik. Három molekuláris komponens építi fel: Mikrotubulusok (25 nm átmérő) Mikrofilamentumok (7 nm átmérő) Intermedier filamentumok (8-12 nm átmérő)

2 Mikrotubulus (tubulin) Mikrofilamentum (aktin)

3 A sejtváz funkciói Támasztja a sejtet és megtartja a sejtalakot Mikrotubulus 0.25 µm Mikrofilamentumok Motor fehérjékkel kölcsönhatásba lép (kinezin/+/, dinein/-/ motorfehérjék)

4 ATP Vezikula A motor fehérje receptora/adaptere (a) Motor fehérje (ATP-t igényel) Microtunulus Microtubulus Vezikula 0.25 µm

5 A dinein és kinezin motorfehérjéket ígyénylő transzport folyamatok (+) Pigm ent granule Secretory vesicle (+) (+) ER ER/Golgi Golgi Cytosolic dyneins FIGURE General model of kinesin- and dynein-mediated transport in a typical cell. The array of microtubules, with their ( ) ends pointing toward the cell periphery, radiates from an MTOC in the Golgi region. Kinesin-dependent anterograde transport (red) ( ) MTOC Lysosom e Cytosolic kinesins Endosom e (+) Mitochondrion conveys mitochondria, lysosomes, and an assortment of vesicles to the endoplasmic reticulum (ER) or cell periphery. Cytosolic dynein dependent retrograde transport (green) conveys mitochondria, elements of the ER, and late endosomes to the cell center. [Adapted from N. Hirokawa, 1998, Science 279:518.] (+) MEDIA CONNECTIONS Video: Cytoplasmic Dynein Dynamics in Living Dictyostelium Cells Cell membrane

6

7

8 Table µm 10 µm 10 µm Column of tubulin dimers 25 nm Actin subunit Keratin proteins Fibrous subunit (keratins coiled together) a b Tubulin dimer 7 nm 8 12 nm

9 Mikrotubulusok A mikortubulusok üreges rudak kb. 25 nm átmérővel és 200 nm - 25 mikrométer hosszúsággal A mikrotubulusok funkciói: A sejt alakjának fenntartása Az organellumokmozgásának segítése Sejtosztódáskor a kromoszómák elválasztása

10 Mikrotubulosok felépülése stable mire but also the axonal uch stable es sperm ld lose its tructures, to assemes quickly. e network the tuburatus that cells (Figdisassemrms. ule-based ly, and pons that are tant propand shortits a cell to ures. (a) α Tubulin GTP (b) Subunit α Tubulin GTP GDP Protofilam ent β Tubulin Taxol β Tubulin 8 nm 24 nm GDP A tubulin két, egymáshozhasonló, kb. 55 kda tömegű polipeptidből, az α- és a β-tubulinból álló heterodimer. A sejtekben kimutatható egy harmadik tubulintípus, a γ-tubulin is, mely az MTOC-ben lokalizálódik. Mind az α-, mind a β-tubulin képes egy-egy GTP-molekulát megkötni. A polimerizációs folyamatban a β-tubulinhoz kötött GTP GDP-vé és foszfáttá hidrolizál, az α-tubulinhoz kötött GTP azonban változatlan marad.

11 Mikrotubulus szerkezete

12 Mikrotubulusok dinamikus instabilitása

13 Fluorescent recovery after photobleaching (FRAP)

14 A mikrotulusok dinamikus instabilitása (a) Assembly (elongation) 50 Catastrophe Microtubule length ( m) µ Assembly Rescue Disassembly (b) Disassembly (shrinkage) 0 30 Time (min) Frayed ends

15 Mikrotubulosok felépülése

16 repeats of a conserved, positively charged four-residue amino acid sequence that binds the negatively charged Cterminal part of tubulin. This binding is postulated to neu- found in axons and dendrites of neurons as well as in no neuronal cells. Each of these M APs is derived from single precursor polypeptide, which is proteolytica processed in a cell to generate one light chain and o heavy chain. O ther stabilizing M APs include M AP2, M AP4, Tau, a M AP4, thecsoportját most widespread of all the M APs, ACLIP170. MAP-ok egyik az ún. found in neuronal and non-neuronal cells. In mitosis, M A struktúrafenntartó (szerkezeti) regulates microtubule stability, and CLIP170 cross-lin fehérjék alkotják. Ezek hosszú, microtubules to chromosomes. M AP2 is found only dendrites, where it forms melyek fibrous cross-bridges betwe szálszerű molekulák, a microtubules and links microtubules to intermediate filamen mikrotubulusokhoz asszociálva Tau, which is much smaller than most other MAPs, is prese kilógnak azok felületéről. in both axons and dendrites. This protein exists in several i Mikrotubulus asszociált fehérjék (MAPs) (a) MM TsTs M Ts Ts M Különösen nagy mennyiségben fordulnak EN TAidegszövetben. L FIGU RE Spacing of! EX PERIM elő (b) M icrotubule M AP2 25 nm Tau 25 nm microtubules depends on length of projection domain in bound microtubule-associated proteins. Insect cells Atransfected MAP-ok szerepe sokrétű: w ith DNA expressing either long-armed M AP2 or short-armed Tau protein grow long axonlike processe protein elősegítik a tubulin (a) Electron micrographs of cross sections through the process polimerizációt, induced by the expressionstabilizálják of M AP2 (left) orés Tau (right) in transfected cells. Note that the spacing between microtubules (M Ts) kötegekbe rendezik in M AP2-containing cells isalarger than in Tau-containing cells. Both cell types contain approximately the same number mikrotubulusokat. microtubules, but the effect of M AP2 is to enlarge the caliber Aof csoporton belül(b)azdiagrams egyesof association between the axonlike process. microtubules and M APs. Note the difference in the mikrotubulusok közötti távolságot a lengths of the projection arms in M AP2 and Tau. [Part (a) from J. Chen et al., felszínükről kilógó MAP-ok hossza 1992, Nature 360:674.] határozza meg.

17 Centroszómák és centriólumok Számos sejtben, a mikortubulusok növekedése a sejtmag közelében elhelyezkedő centroszómából indul ( - vég) A centroszóma egy mikrotubulus organizáló centrum Állati sejtekben a centroszóma két centriólumból épül fel, melyek mindegyike 9 tripletnyi mikrotubullust tartalmaz.

18 Centroszóma Mikrotubulus Centriólumok 0,25 µm Egy centriólum hosszmetszete Mikrotubulusok Egy centriólum keresztmetszete

19 Gamma tubulin gyűrű az MTOC-ban (a) (b) (+) end αβ -Tubulin ( ) end γ-turc

20 A csilló és az ostor ultrastruktúrája hasonló: A mikrotubulusokból álló magot a plazmamembrán burkolja be Az alapi test horgonyozza le a csillót és az ostort Mindkettőben a dinein nevű motorfehérje található, melynek segítségével tud mozogni a csilló/ostor

21 A mozgás iránya (a) Ostor mozgása 5 µm Az organizmus mozgásánank iránya Lecsapás Visszatérés (b) A csilló mozgása 15 µm

22 0.1 µm Külső mikrotubulus duplet Dinein fehérje Központi mikrotubulus Küllő Plazma membrán Mikrotubulusok Plazma membrán Alapi test (b) A csilló keresztmetszete Fehérje keresztkapcsolatok a dupletek között 0.5 µm (a) A csilló hosszmetszete 0.1 µm Triplet (c) Az alapi test keresztmetszete

23 A dinein sétálása hogyan mozgatja a csillót? A Dinein karok váltakozva megragadják, elmozdulnak rajta, majd elengedik a másik mikrotubulust A fehérje keresztkapcsolatok megszabják a szúszás mértékét A dinein karok által kifejtett erő a dupletek görbülését, a csilló elhajlását okozza

24 Mikrotubulus dupletek ATP Dinein fehérje (a) A kihorgonyzatlantubulusok mozgása A dupletek között fehérje kereszthidak ATP Kihorgonyzás (b) A kereszt-kötő fehérjék hatása (c) Hullámszerű mozgás

25 Mikrofilamentumok (Aktin filamentumok) A mikrofilamentumok rúd alakú struktúrák kb. 7 nm átmérővel, melyek az aktin alegységek csavart ikerláncából épülnek fel Szerkezetileg ellenállnak a nyújtásnak, így a sejt húzó erőknek való ellenállásában vesznek részt A plazma membrán alatt 3D hálózatot ún. kortexet (kéreg) alakítanak ki segítve ezzel a sejt alakjának kialakítását Mikrofilamentális kötegek alakítják ki a mikrovillusokat is.

26 Az egyes sejtvázelemek jellegzetes eloszlást mutatnak

27 Mikrovillus Plazma membrán Mikrofilamentumok (aktin filamentumok) Intermedier filamentumok 0.25 µm

28 (+) (+) Cell membrane (+) (+) Myosin A mikrofilamentumok szerepet játszanak a sejt motilitásában, illetve a membrán alatti vezikula szállításban. Microfilament Microtubule Vesicle Vesicle Miozin motorfehérjével képesek összekapcsolódni. Kinesin ( ) FIGURE Cooperation of myosin and kinesin at the cell cortex. Microtubules approach the actin-rich cell

29 A mikrofilamentumok szerepet játszanak a sejt motilitásában. Miozin motorfehérjével képesek összekapcsolódni. Az izomsejtekben a szabályosan elhelyezkedő vékony filamentumok (aktin) A vastag mizoin filamentumokkal párhuzamosan helyezkednek el, és képesek azok közé csúszni összehúzódáskor.

30 Aktin filamentum Miozin filamentum Miosin fej Izomrost (a) A miosin motorfehérje szerepe az izomösszehúzódásban

31 Az amőboid mozgást az aktin és a miozin helyi kontrakciója indítja el Pseudopodia (álláb) kinyújtása és visszahúzása az aktin alegységek reverzibilis összeszeelésének és összehúzódásának köszönhető

32 Kortex (külső citoplasma): gél aktin hálózattal Belső citoplasma: szól aktin alegységekkel Pseudopodium kinyújtása (a) Amőboid mozgás Nem mozgó kérgi citoplazma (gel) Kloroplasztisz Áramló citoplazma (sol) Vacuole Párhuzamos aktin filamentumok Sejtfal (b) A citoplazma áramlása növényisejtekben

33 Citoplazma áramlás

34 A citoplasmikus áramlás a citoplazma körkörös folyása a sejtekben Ez az áramlás segít elosztani az anyagokat a sejtben Növényi sejtekben az aktin-miozin kölcsönhatás és a szól-gél átalakulás irányítja a citoplazma áramlását

35 Köztes (intermedier) filametumok Az intermedier filamentumok 8 12 nm átmérőjűek A sejt alakjának meghatárázásában és a sejtorganellumok rögzítésében játszanak szerepet Az intermedier filamentumokstabilabb struktúrák, mint a másik kettő

36 Extracelluláris komponensek a sejtek között A legtöbb sejt szintetizál és szekretál fehérjéket a plazmamembránon kívülre Ilyen extracelluláris struktúrák: A növények sejtfala Az állati sejtek extracelluláris mátrixa (ECM) A sejtek közötti kapcsolatok

37 A növényi sejtek fala többrétegűstruktúra: Elsődleges sejtfal: arányaiban vékony és flexibilis Középlemez: vékonyréteg a szomszédos sejtek elsődleges sejtfala között Másodlagos sejtfal (számos sejtben): a plazmamembrán és az elsődleges fal között alakul ki A plazmodezmák alakítanak ki csatornákat a szomszédos sejtek között

38 Másodlagos sejtfal Elsődleges sejtfal Közép lemez 1 µm Központi valuólum Citoszól Plazma membrán Növényi sejtek sejtfalai Plazmodezma

39 Az állati sejtek extracelluláris mátrixa (ECM) Az állati sejteknek nincsen sejtfala, de többsejtű szervezetben a komplex extracelluláris mátrixszal (ECM) vannak körülvéve Az ECM elsősorban glikoproteinekből épül fel, mint kollagén, proteoglikánok, fibronektin, laminin. ECM fehérjék a plazmamembrán integrin fehérjéihez kapcsolódnak

40 Kollagén EXTRACELLULÁRIS FOLYADÉK Proteoglikán komplex Poliszaharid molekula Szénhidrát Fibronektin mag fehérje Integrin Plazma membrán Proteoglikán molekula Proteoglikán komplex Mikrofilamentumok CiTOPLASMA

41 ECM az állati sejtek között

42 Az ECM szerepei: Támasztás Adhézió Mozgás Szabályozás

43 A sejtek közötti kapcsolatok A szöveti környezet szomszédos sejtjei gyakran tapadnak le, hatnak kölcsön és kommunikálnak közvetlen fizikai kontaktusokon keresztül A sejtkapcsoló struktúrák elősegítik a kontaktusok kialakulását Számos sejtkapcsoló struktúra létezik Plazmodezma Szoros kapcsolat (Tight junctions) Dezmoszóma Rés kapcsolat (Gap junctions) Adherens öv (zonula adherent)

44 A növényi sejtek plazmodezmái A plazmodezmák csatornák, melyek átfúrják a növényi sejt falát A plazmodezmákon keresztül víz és kisméretű oldott anyagok/molekulák (néha fehérjék és RNS is) az egyik sejtből a mésik sejtbe képesek jutni.

45 Sejtfalak A sejt belseje A sejt belseje 0.5 µm Plazmodezma Plazma membránok

46 Szoros kapcsolat, dezmoszóma és rés kapcsolat A szoros kapcsolatban a szomszédos sejtek membránja összenyomódott, és megakadályozza az extracelluláris folyadék szivárgását A dezmoszómák a sejteket erősen egymáshoz horgonyozzák A rés kapcsolatok citoplazmatikus összeköttetést biztosítanak a sejtek között.

47 Tight junctions prevent fluid from moving across a layer of cells Tight junction 0.5 µm Intermediate filaments Tight junction Desmosome Gap junctions Desmosome 1 µm Space between cells Plasma membranes of adjacent cells Extracellular matrix Gap junction 0.1 µm