A2 - cytologi og organeller

CYTOLOGI

OG

ORGANELLER

Annette Møller Dall

MÅL

Forklare cellens strukturelle

opbygning samt funktion.

Læringsmål A2-A16


Cytologi = Cellelære - Historie

Opfindelsen af lysmikroskopet

Marcello Malpighi - Histologiens grundlægger

1665 - R. Hooke: plantevæv er sammensat af små kamre. Cella er det latinske ord

for et lille rum eller kammer

Celleteorien

1838 - Schleiden/Schwann. Cellen er organismens grundelement.

Planter og dyr er samlinger af disse levende og potentielt uafhængige enheder

Evolutionsteori

1859 - Darwin

Elektronmikroskopet

1952 - Palade, Porter, Sjöstrand

Struktur og funktion af DNA

1953 - Watson & Crick: DNA molekyler lagrer cellens genetiske oplysninger

Humane Genom

2003 – HUGO: Den menneskelige arvemasse kortlagt


Omnis cellula e cellula

(Enhver celle opstår af en celle)

• Celler opstår ved deling af andre celler

• Delingen udgår fra kernen

• Der eksisterer 4 fundamentale vævsarter:

– Epithelvæv

– Bindevæv

– Muskelvæv

– Nervevæv

Hver af disse har en lang række afledte undertyper


01_06_What can we see.jpg


Cellers kemiske bestanddele

Figure 2-15 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)

Kulhydrater (sukkerstoffer) og lipider (fedtstoffer) har både funktion

som energikilde og strukturel bestanddel

Vand udgør 70-80%




Prokaryote

celler

• Primitive celler uden cellekerne (karyon = kerne)

• Mangler membranbegrænsede organeller

• Mangler cytoskelet

• Cirkulært DNA molekyle uden histonprotein

• Cellevæg

• Encellede organismer

• Bakterier og cyanobakterier (=blågrønalger)

• Arkæer (en slags ekstrem-bakterie)

• Størrelse: diameter på ca. 1-2 µm


Evolution fra primitiv prokaryotisk

celle til eukaryotisk celle


Eukaryote celler

• Har en rigtig (”eu”) kerne (”karyon”) og andre

membranbegrænsede organeller

• Har cytoskelet

• Encellede organismer: gær, protozoa

• Flercellede organismer: forskellige celletyper, væv,

organer

• Celler kan være tætpakkede (epithel) eller omgivet

af en extracellulær matrix (bindevæv)

• Størrelse: stor variation, gennemsnit 10-60 µm


Den eukaryote celle

• Cellemembran (= plasmalemma)

• Kerne med kernemembran (= nucleolemma)

Cytoplasma

• Cytoplasmatiske organeller

• Cytoplasmatiske inklusioner

• Cytoskelet

• Cytosol


Cellemembranen (plasmalemma)

Består af lipiddobbeltlag med membran-proteiner:

1. Integrale membranproteiner

2. Perifere membranproteiner Fysiologi

3. Lipidforankrede proteiner

Geneser fig 3-1


Fosfolipider indgår i cellemembraner

Fosfolipider har en hydrofob og en hydrofil ende



Cytoplasma

Organellers udseende på EM billeder

Geneser fig 3-1


Ru Endoplasmatisk Retikulum

RER

Funktion:

Proteinsyntese

RER er veludviklet i proteinsecernerende celler

(f.eks. exokrine pancreas celler).



Frie ribosomer er sæde for syntese af proteiner,

der forekommer i cytosolen, i cellekernen eller i

peroxisomer samt visse mitochondrieproteiner.

Geneser fig 3-12a Pollard - Saunders fig 1-6



Membranbundne ribosomer er sæde for syntese af:

• Sekretoriske proteiner

• Proteiner, der forbliver i lumen af

cytoplasmatiske organeller

• Integrale membranproteiner

Geneser fig 3-12b

Pollard - Saunders fig 1-6


Glat Endoplasmatisk Retikulum

SER


Glat Endoplasmatisk Retikulum

• SER danner et tæt netværk af anastomoserende tubuli

• Ingen tilknyttede ribosomer ≈ glat

• SER deltager i lipidsyntese à fosfolipider, triacylglyceroler,

cholesterol og steroidhormoner

• SER i leverceller: Enzymer til omsætning af glykogen og

afgiftning af endogene og exogene stoffer (fx. lægemidler).

• SER i skeletmuskelceller = sarcoplasmatisk reticulum: Ca 2+

lager.

• SER veludviklet i steroid-hormon secernerede celler

(binyrebark, ovarier, testes)


GOLGI APPARATET

• Findes i alle celletyper, der

indeholder RER

• Ofte lokaliseret nær kernen

FUNKTION

• Kemisk modifikation af proteiner

fra endoplasmatisk reticulum


OPBYGNING

• Flade cisterner, der ofte er krumme og

dilaterede i periferien.

• Membranafgrænsede

• Arrangeret i en stak med 3-10 stk

Geneser fig 3-23

Garland fig 15-26


OPBYGNING

Cellens overflade

Trans

konkav

Cis

konveks

Ny-syntetiseret

protein fra RER

cellekerne

Geneser fig 3-24


FUNKTION

Kemisk modifikation af de proteinbundne

kulhydratgrupper:

– Tilføjelse/fjernelse af sukkermolekyler

– O-bundet glykosylering (ex. proteoglykaner)

– Modifikation af N-glykosylering (lysosomale

enzymer)

Syntese af polysakkarider

Sortering af proteiner


Sortering af proteiner

Receptorer i membranen af Golgi

registrerer signalmolekyler på

proteinerne og inkorporerer dem i

den korrekte vesikeltype -

sortering

• Proteiner fra ER med ERretentionssignal

pakkes i

vesikler beklædt med COP-I og

returneres til ER

• Proteiner beklædt med COP-II

sorteres i Golgi og ender som:

– Lysosomer

– Secerneres ved exocytose

Pawlina fig 2-35


KONSTITUTIV SEKRETION

• Kontinuerlig ureguleret proces

– Vækstfaktorer

– Enzymer

– Komponenter til ekstracellulær

grundsubstans

– Nysyntetiseret

membranmateriale til

plasmalemma - BONUS

• Vesiklerne beklædes med

coatomér-coat (COP-I)

Pawlina fig 2-13


REGULERET SEKRETION

• Kun i celler der er

specialiseret i sekretion af

specifikke produkter

• Produktet opkoncentreres i

trans-delen af Golgi og

senere i

kondenseringsvakuoler -

omdannes til sekretgranula,

der udtømmes ved specifikt

signal.

• Kræver Ca 2+ samt ATP og GTP

• Kondenseringsvakuolerne er

beklædt med clathrin-coat

Pawlina fig 2-13


EXOCYTOSE

Fusion af sekretvesiklens membran med

cellemembranen, hvorefter indholdet

frigives til det ekstracellulære rum.

• Den regulerede sekretion kræver

udefrakommende signal

– (hormon, neurotransmitter)

• Ca 2+ samt ATP og GTP

Geneser fig 3-26


LYSOSOMER

Organeller der er afgrænsede af

trilaminær membran og indeholder sure

hydrolaser

Udgør den essentielle del af et

intracellulært fordøjelsessystem

Diameter ≈ 0,5 µm


LYSOSOMER

I stand til at nedbryde ”alle” biologiske

makromolekyler:

• Proteiner

• Lipider

• Kulhydrater

• Nucleinsyrer

• ……..

Den omgivende membran forhindrer at

enzymerne siver ud i cytoplasmaet


Lysosomers dannelse I

Geneser fig 3-31

• Enzymer kommer fra RER i form af glykoproteiner

• I Golgi fosforyleres mannose til mannose-6-fosfat

(sorteringssignal)

• Binder til mannose-6-fosfatreceptor i trans-Golgi-netværket

• Pakkes i små vesikler der er coated med clathrin og afsnøres

• Clathrin afstødes – Golgi-hydrolasevesikel


Lysosomers dannelse II

Geneser fig 3-31

• Disse vesikler kan fusionere med tidlige endosomer, sene

endosomer, fagosomer eller autofogosomer

• Kun de modne strukturer, der opnår det største indhold af

enzymer og ikke modtager flere Golgi-hydrolasevesikler, kaldes i

nyere litteratur for lysosomer

• Lysosomer indeholder således både enzymer og materiale under

nedbrydning


Lysosomers dannelse III

Geneser fig 3-31

• ATP-afhængig protonpumpe, der sidder i lysosomets membran,

”sænker” pH i vesiklen til 5 (optimal værdi)

• Enzymerne frigøres fra mannose-6-fosfatreceptoren

• Fosfatase fjerner fosfat fra mannose så fornyet binding til

enzymerne forhindres

• Receptorerne afsnøres i vesikler og returneres til Golgi (genbrug)


Golgi-hydrolasevesikel

Repræsenterer et færdigt lager af

pakkede sure hydrolaser og

membranbunden protonpumpe, der ved

fusion med vesikel eller vakuole, som

indeholder materiale, der skal

nedbrydes, fører til dannelse af et

modent lysosom


Ukontrolleret:

Autolyse: lysosom-membranen bliver

permeabel

Kontrolleret:

• Omsætning af cellens egne beskadigede

eller ”for gamle” organeller

• Overskydende cellekomponenter

Det der skal fjernes pakkes i autofagocytosevakuoler

og nedbrydes i lysosom


ENDOCYTOSE

Geneser fig 3-26

Enhver proces, hvorved en celle optager materiale fra

omgivelserne i membranbegrænsede vesikler, der

afsnøres fra plasmalemma

Fagocytose: optagelse af større partikler i større

vesikler

Pinocytose: optagelse af væske eller mindre opløste

molekyler i mindre vesikler


FAGOCYTOSE

Fagocytter: Kroppens ”professionelle” fagocyterende

celler (makrofager & neutrofile granulocytter)

• Partiklen (ex. bakterie) bindes

til receptorer på fagocyttens

overflade

• Celleoverfladen danner

pseudopodier, som omklamrer

partiklen og fusionerer omkring

den - fagosom

• Fagosomer fusionerer med

Golgi-hydrolasevesikler med

hydrolytiske enzymer og

protonpumper – modent lysosom

dannes

• Bakterien dræbes og nedbrydes Golgi-hydrolasevesikel

Pawlina fig 2-10


PINOCYTOSE

• Makropinocytose

Store vesikler indeholdende væske med opløste molekyler

(non-selektiv)

• Pinocytose

Små vesikler indeholdende væske med opløste molekyler

(non-selektiv)

• Receptormedieret endocytose

Pinocytose hvor bestemte makromolekyler bringes ind i

cellen (selektiv)


Receptormedieret endocytose

• Ligand-receptor komplekser

opkoncentreres ved lateral

diffusion - coated pits

• Den cytoplasmatiske overflade

beklædes med clathrin - vha

adaptiner

• Coated vesikel afsnøres -

reguleret af dynamin ring

• Clathrin afstødes og vesiklen

”rejser” til sin destination

• Formål: selektivitet og

opkoncentrering

Pawlina fig 2-11


Clathrin coat


PEROXISOMER

• Membranbegrænsede, afrundede organeller

• Indeholder forskellige enzymer, som er

involveret i processer hvori der dannes

hydrogenperoxid

• Katalase forekommer altid (nedbryder H 2 O 2 )

• Kan afgifte toksiske substanser

• Er involveret i nedbrydning af lipider

• Dannes ved vækst og deling af eksisterende

peroxisomer


PROTEASOMER

• Multi-subunit

proteinkomplekser

• Har ingen omgivende

membran

• Proteinnedbrydende

enheder - reguleret og

meget selektiv proces

– Mærket med ubiquitin

Geneser fig 3-35


MITOCHONDRIER

Producerer størstedelen af cellens energi

(Udnytte energi og lave respirationskæde)

• Antal relaterer til cellens energiforbrug

• Form: Korn, stave (- 1 µm), filamenter (- 10 µm)

• Fordeling i cytoplasma

– Jævnt

– Koncentreret i områder med højt energiforbrug (ex.

aktiv transport over plasmalemma)

Syntese af fedtsyrer og aminosyrer

– steroidhormoner


Struktur

Omsluttet af 2 trilaminære membraner

• Ydermembran - Glat

• Indermembran - Danner folder (cristae), der forøger

det indre overfladeareal

• Intermembranøse rum -

spalte på 10-20 nm mellem

de 2 membraner

• Matrixrum - mitochondriets indre

- indeholder granula

Geneser fig 3-38


Ydermembranen

• Indeholder poriner (non-specifikke kanaler)

• Permeable for de fleste små molekyler < 5 kd

(salte, sukkermolekyler, nucleotider)

Ø Det intermembranøse rum indeholder samme

små molekyler som cytosolen

Geneser fig 3-38


Indermembranen

• Impermeabel for de fleste molekyler

• Specifikke transportere i membranen

• I membranen findes transmembrant

proteinkompleks hvor syntese af ATP foregår

Pawlina fig 2-38


Matrix

• Matrixgranula (30-50 nm)

• Mitochondrielt DNA (mtDNA)

– Dobbeltstrengede, cirkulære

molekyler

– Udgør 0,1-1% af cellens totale

DNA

• Partikler bestående af

ribonucleoprotein (ribosomer)

è proteinsyntese

– 5% af mitochondrielt protein

Geneser fig 3-39


Mitochondrier

• Nye opstår ved vækst og deling af eksisterende

≈ bakterier

• Kort levetid

• Repræsenterer symbiose mellem anaerobe

celler og aerob bakterie è eukaryot celle


Energiproduktion - cellerespiration

• Nedbrydning af glukose og fedtsyrer

• Glukose omdannes til pyrodruesyre (glykolyse)

• Pyrodruesyre passerer gennem membranerne og optages i

matrix - omdannes til acetylcoenzym-A - nedbrydes til CO 2

og vand (citronsyre cyklus) - frigørelse af elektroner.

• Elektronerne føres gennem elektrontransportkæden hvorved

protoner pumpes til

det intermembranøse rum.

• Protonerne kommer tilbage

til matrixrummet via F 1 -F 0

komplekset

MODUL 3

• Giver energi til ATP syntese Geneser fig 3-41


CYTOSKELETTET

Netværk af fine tråde (fibriller) der

gennemvæver cytoplasmaet - holdes sammen

af accessoriske proteiner

• Opbygget af trådformede proteinkomponenter

– Aktinfilamenter

– Mikrotubuli

– Intermediære filamenter

• Fungere som internt cellulært skelet

– Afstive

– Organisere

– Bevægelse


AKTINFILAMENTER

• Diameter ≈ 7 nm

• Udgør 10-15 % af proteinet i de fleste celler

• Opbygget af G-aktin, der polymeriserer til

F-aktin - længde kan varierer *

• Interaktion med myosin skaber bevægelse

* Gælder ikke i muskelceller

Geneser fig 13-17


Aktinbindende proteiner

• Påvirker ligevægt mellem frie G-aktinmolekyler og polymeriserede F-

aktinfilamenter

– Profilin, brevin, fragmin, gelsolin

• Påvirker sammenbindingen af aktinfilamenter ->

3-D-strukturen af cytoskelettet

– Spectrin, fodrin, filamin

– Villin, fimbrin

• Sammenbinder parallelle aktinfilamenter

til stive bundter ex. Stressfibre

(hæfter til plasmalemma)

• Hæfter aktincytoskelettet til

plasmalemma

– Fokale adhæsioner og zonula adhaerens

• Motorproteiner &

regulationsproteiner

– Myosin & tropomyosin

• Ofte reversibel aktivitet - Ca-afhængig


cellekravling

• Udsendelse af pseudopodier

• Tilhæftning til fokale adhæsioner

• Cytoplasmatisk kontraktion

Geneser fig 3-48


MIKROTUBULI

• Spinkle tubulære (ringformede)

strukturer med vægtykkelse ≈ 9 nm,

ydre diameter ≈ 25 nm

• Indgår i opbygning af centrioler,

basallegemer og cilier

• Opbygget af 13 længdeforløbende

protofilamenter (tubulin)

• Tubulin består af heterodimérer af

alfa- og beta-tubulin

Geneser fig 3-51


Mikrotubuli-associerede proteiner

MAPs

• Stabiliserer mikrotubuli

– mindske tendens til depolymerisering

– Modificerer [Ca 2+ ]påvirkning

• Sammenbinder mikrotubuli med hinanden

• Binder mikrotubuli til andre dele af

cytoskelettet


Dynamisk instabilitet

• Heterodimérer kan påsættes plusenden

eller fraspaltes minus-enden

• Ved vækst er spaltning langsommere

end polymerisering - Hvis

spaltningen overhaler

polymeriseringen medfører det

depolymerisering

• kræver GTP

Pawlina fig 2-39


Dynamisk instabilitet


Funktion

• Virke afstivende og stabiliserende på

cellens facon

– Axoner

• Bevægelse af organeller og andre

intracellulære komponenter rundt i cellen

til bestemte destinationer

– Mikrotubulus-associerede proteiner

(kinesiner & dyneiner)

– Ex. Axontransport


Intracellulær transport

• Motorproteiner

– Kinesiner

• Vandrer mod plus-enden

– Dyneiner

• Vandrer mod minus-enden

• Kræver ATP

Pawlina fig 2-44


INTERMEDIÆRE FILAMENTER

Funktion - Tilføre mekanisk styrke

• Diameter ≈ 10 nm

• Dannes ud fra familie af lange

fiberproteiner

– Keratinfilamenter (epithelceller)

– Vimentinfilamenter (fibroblaster)

– Desminfilamenter (muskelceller)

– Neurofilamenter (neuroner)

– Gliale filamenter (astrocytter)

– Laminer (nucleære lamina)

Pawlina fig 2-50


OVERSIGT

Intermediære filamenter Mikrotubuli Aktin filamenter


Cytoplasmatiske inklusioner

Inklusioner ≈ undværlig cellebestanddele

Produkter fra cellens metaboliske aktivitet

• Næringsdepoter

– Kulhydrat (glykogen)

– Lipid

• Pigmenter (naturligt farveindhold)

– Exogene (karotener, kulstøv)

– Endogene (hæmoglobin, lipofuscin)


A2 - cytologi og organeller

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?