Informácie

3.6: Bunkové organely - Biológia

3.6: Bunkové organely - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ribosome Review

Obrázok (PageIndex{1}) predstavuje dôležitú štruktúru v živých bunkách. Je súčasťou ribozómu, bunkovej štruktúry, kde sa syntetizujú proteíny. Veľká ribozomálna podjednotka (50S). Haloarcula marismortuismerom k podjednotke 30S. Ribozomálne proteíny sú zobrazené modrou farbou, rRNA okrovou (odtieň hnedej a žltej), aktívne miesto červenou. Všetky živé bunky obsahujú ribozómy, či už ide o prokaryotické alebo eukaryotické bunky. Iba eukaryotické bunky však obsahujú aj jadro a niekoľko ďalších typov organel.

Organela je štruktúra v cytoplazme eukaryotickej bunky, ktorá je uzavretá v membráne a vykonáva špecifickú prácu. Organely sa podieľajú na mnohých životne dôležitých funkciách buniek. Organely v živočíšnych bunkách zahŕňajú jadro, mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vezikuly a vakuoly. Ribozómy nie sú uzavreté v membráne, ale stále sa bežne označujú ako organely v eukaryotických bunkách.

The Nucleus

Jadro je najväčšia organela v eukaryotickej bunke a považuje sa za riadiace centrum bunky. Obsahuje väčšinu bunkovej DNA, ktorá tvorí chromozómy a je kódovaná genetickými pokynmi na tvorbu bielkovín. Funkciou jadra je regulovať génovú expresiu vrátane kontroly, ktoré proteíny bunka vytvára. Okrem DNA obsahuje jadro hustú kvapalinu nazývanú nukleoplazma, ktorá je zložením podobná cytosólu nachádzajúcemu sa v cytoplazme mimo jadra (obrázok (PageIndex{2})). Väčšina eukaryotických buniek obsahuje iba jedno jadro, ale niektoré typy buniek, ako napríklad červené krvinky, jadro neobsahujú. Niekoľko ďalších typov buniek, ako sú svalové bunky, obsahuje viacero jadier.

Ako môžete vidieť z modelu na obrázku (PageIndex{2}), membrána obklopujúca jadro sa nazýva jadrového obalu. Ide vlastne o dvojitú membránu, ktorá uzatvára celú organelu a izoluje jej obsah od bunkovej cytoplazmy. Maličké dierky, tzv jadrové póry, umožňujú veľkým molekulám prejsť cez jadrový obal pomocou špeciálnych bielkovín. Veľké proteíny a molekuly RNA musia byť schopné prejsť cez jadrový obal, aby sa proteíny mohli syntetizovať v cytoplazme a genetický materiál sa mohol udržiavať vo vnútri jadra. The jadierko znázornený na modeli nižšie sa podieľa hlavne na zostavovaní ribozómov. Po produkcii v jadierku sa ribozómy exportujú do cytoplazmy, kde sa podieľajú na syntéze proteínov.

Mitochondrie

The mitochondrie (množné číslo, mitochondrie) je organela, ktorá bunke sprístupňuje energiu (obrázok (PageIndex{3})). To je dôvod, prečo sa mitochondrie niekedy označujú ako elektrárne bunky. Na výrobu molekúl využívajú energiu z organických zlúčenín, ako je glukóza ATP (adenozíntrifosfát), molekula nesúca energiu, ktorá sa takmer univerzálne používa vo vnútri buniek na energiu.

Vedci si myslia, že mitochondrie boli kedysi voľne žijúce organizmy, pretože obsahujú svoju vlastnú DNA. Tvrdia, že staroveké prokaryoty infikovali (alebo boli pohltené) väčšími prokaryotickými bunkami a medzi týmito dvoma organizmami sa vyvinul symbiotický vzťah, ktorý prospieval obom. Väčšie bunky poskytovali menším prokaryotom miesto na život. Na oplátku dostali väčšie bunky extra energiu od menších prokaryotov. Nakoniec sa menšie prokaryoty stali stálymi hosťami väčších buniek ako organely v nich. Táto teória sa nazýva endosymbiotická teória, a je dnes široko akceptovaný biológmi

Mitochondriálne priehradky

Dvojitá membránová povaha mitochondrií má za následok päť odlišných kompartmentov, z ktorých každý má dôležitú úlohu pri bunkovom dýchaní. Tieto priehradky sú:

  1. vonkajšia mitochondriálna membrána,
  2. medzimembránový priestor (priestor medzi vonkajšou a vnútornou membránou),
  3. vnútorná mitochondriálna membrána,
  4. cristae (tvorené záhybmi vnútornej membrány) a
  5. matrix (priestor vo vnútornej membráne).

Endoplazmatické retikulum

The endoplazmatického retikula (ER) (množné číslo, reticuli) je sieť fosfolipidových membrán, ktoré tvoria duté trubice, sploštené listy a okrúhle vaky. Tieto sploštené, duté záhyby a vaky sa nazývajú cisternae. ER má dve hlavné funkcie:

  • Transport: Molekuly, ako sú proteíny, sa môžu pohybovať z miesta na miesto vo vnútri ER, podobne ako na intracelulárnej diaľnici.
  • Syntéza: Ribozómy, ktoré sú pripojené k ER, podobne ako nepripojené ribozómy, vytvárajú proteíny. V ER sa vyrábajú aj lipidy.

Existujú dva typy endoplazmatického retikula, hrubé endoplazmatické retikulum (RER) a hladké endoplazmatické retikulum (SER):

  • Hrubé endoplazmatické retikulum je posiata ribozómami, čo mu dodáva „drsný“ vzhľad. Tieto ribozómy vytvárajú proteíny, ktoré sú potom transportované z ER v malých vakoch nazývaných transportné vezikuly. Transportné vezikuly odtrhnú konce ER. Hrubé endoplazmatické retikulum spolupracuje s Golgiho aparátom na presun nových proteínov na ich správne miesta v bunke. Membrána RER je súvislá s vonkajšou vrstvou jadrového obalu.
  • Hladké endoplazmatické retikulum nemá na sebe naviazané žiadne ribozómy, a preto má hladký vzhľad. SER má mnoho rôznych funkcií, z ktorých niektoré zahŕňajú syntézu lipidov, ukladanie iónov vápnika a detoxikáciu liekov. Hladké endoplazmatické retikulum sa nachádza v živočíšnych aj rastlinných bunkách a v každej plní iné funkcie. SER sa skladá z tubulov a vezikúl, ktoré sa rozvetvujú a vytvárajú sieť. V niektorých bunkách sú rozšírené oblasti ako vaky RER. Hladké endoplazmatické retikulum a RER tvoria prepojenú sieť.

Golgiho aparát

The Golgiho aparát (Obrázok (PageIndex{5})) je veľká organela, ktorá spracováva proteíny a pripravuje ich na použitie vo vnútri aj mimo bunky. Identifikoval ho v roku 1898 taliansky lekár Camillo Golgi. Golgiho aparát upravuje, triedi a balí rôzne látky na vylučovanie z bunky alebo na použitie v bunke. Golgiho aparát sa nachádza blízko jadra bunky, kde modifikuje proteíny, ktoré boli dodané v transportných vezikulách z hrubého endoplazmatického retikula. Podieľa sa aj na transporte lipidov okolo bunky. Kusy Golgiho membrány sa odštipujú a vytvárajú vezikuly, ktoré transportujú molekuly okolo bunky. Golgiho aparát možno považovať za podobný pošte; zabalí a označí „položky“ a potom ich odošle do rôznych častí bunky. Golgiho aparát má tendenciu byť väčší a početnejší v bunkách, ktoré syntetizujú a vylučujú veľké množstvá materiálov; napríklad plazmatické B bunky a bunky imunitného systému vylučujúce protilátky majú prominentné Golgiho komplexy.

Golgiho aparát manipuluje s produktmi z hrubého endoplazmatického retikula (ER) a tiež produkuje nové organely nazývané lyzozómy. Proteíny a ďalšie produkty ER sa posielajú do Golgiho aparátu, ktorý ich organizuje, upravuje, balí a označuje. Niektoré z týchto produktov sú transportované do iných oblastí bunky a niektoré sú exportované z bunky exocytózou. Enzymatické proteíny sú zabalené ako nové lyzozómy.

Hromada z cisternae má štyri funkčné oblasti: cis-Golgiho sieť, mediálna-Golgiho, endo-Golgiho a trans-Golgiho sieť. Vezikuly z ER sa spájajú so sieťou a následne postupujú cez zásobník z cis- do trans-Golgiho sieť, kde sú zabalené a odoslané na miesto určenia. Každá cisterna obsahuje špeciálne Golgiho enzýmy, ktoré modifikujú alebo pomáhajú modifikovať proteíny, ktoré ňou prechádzajú. Proteíny môžu byť modifikované pridaním sacharidovej skupiny (glykozylácia) alebo fosfátovej skupiny (fosforylácia). Tieto modifikácie môžu vytvoriť signálnu sekvenciu na proteíne, ktorá určuje konečné miesto určenia proteínu. Napríklad pridanie manóza-6-fosfátu signalizuje proteín pre lyzozómy.

Vezikuly a vakuoly

Obaja vezikuly a vakuoly sú vakovité organely, ktoré ukladajú a transportujú materiály v bunke. Vezikuly sú oveľa menšie ako vakuoly a majú rôzne funkcie. Vezikuly, ktoré sa oddelia od membrán ER a Golgiho aparátu, ukladajú a transportujú proteínové a lipidové molekuly. Príklad tohto typu transportnej vezikuly môžete vidieť na obrázku vyššie. Niektoré vezikuly sa používajú ako komory na biochemické reakcie. Medzi ďalšie vezikuly patria:

  • Lyzozómy, ktoré pomocou enzýmov rozkladajú cudzie látky a odumreté bunky.
  • Peroxizómy, ktoré využívajú kyslík na rozklad jedov.
  • Transportné vezikuly, transport obsahu medzi organelami, ako aj medzi vonkajškom a vnútrom bunky.

Centrioles

Centrioles sú organely podieľajúce sa na delení buniek. Funkciou centriolov je pomôcť organizovať chromozómy pred bunkovým delením tak, aby každá dcérska bunka mala po delení bunky správny počet chromozómov. Centrioly sa nachádzajú iba v živočíšnych bunkách a nachádzajú sa v blízkosti jadra. Každý centriol je vyrobený hlavne z proteínu s názvom tubulín. Centriol má cylindrický tvar a pozostáva z mnohých mikrotubulov, ako je znázornené na modeli na obrázku nižšie.

Ribozómy

Ribozómy sú malé štruktúry, v ktorých sa tvoria proteíny. Hoci nie sú uzavreté v membráne, často sa považujú za organely. Každý ribozóm sa skladá z dvoch podjednotiek, ako je tá na obrázku v hornej časti tejto časti. Obe podjednotky pozostávajú z proteínov a RNA. RNA z jadra nesie genetický kód, skopírovaný z DNA, ktorý zostáva v jadre. Na ribozóme sa genetický kód v RNA používa na zostavenie a spojenie aminokyselín, aby sa vytvorili proteíny. Ribozómy možno nájsť samostatne alebo v skupinách v cytoplazme, ako aj na RER.

Preskúmanie

  1. Definujte organelu.
  2. Popíšte štruktúru a funkciu jadra.
  3. Vysvetlite, ako jadro, ribozómy, hrubé endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát spolupracujú pri tvorbe a transporte proteínov.
  4. Prečo sa mitochondrie označujú ako elektrárne bunky?
  5. Aké úlohy zohrávajú vezikuly a vakuoly?
  6. Prečo všetky bunky potrebujú ribozómy, dokonca aj prokaryotické bunky, ktorým chýba jadro a iné bunkové organely?
  7. Vysvetlite endosymbiotickú teóriu vo vzťahu k mitochondriám. Aký je jeden dôkaz, ktorý podporuje túto teóriu?
  8. Lyzozómy a peroxizómy sú typy:
    1. A. Organely
    2. B. Vezikuly
    3. C. Vacuoles
    4. D. A aj B
  9. Ktorá z nasledujúcich organel sa najlepšie hodí ku každému popisu funkcie? Pre každú odpoveď vyberte iba jednu organelu: Golgiho aparát, centrioly, jadierko, jadro, hrubé endoplazmatické retikulum
    1. a. Obsahuje genetické inštrukcie pre tvorbu bielkovín
    2. b. Organizuje chromozómy pred delením buniek
    3. c. Poskytuje rámec pre ribozómy
    4. d. Balí a označuje proteíny
    5. e. Zhromažďuje ribozómy
  10. Pravda alebo lož. Všetky eukaryotické bunky majú jadro.
  11. Pravda alebo lož. Vonkajší povrch jadra eukaryotickej bunky nie je úplne pevný.

3.6: Bunkové organely - Biológia

Počuli ste už niekedy frázu “forma nasleduje funkciu?” Je to filozofia uplatňovaná v mnohých odvetviach. V architektúre to znamená, že budovy by sa mali stavať tak, aby podporovali činnosti, ktoré sa v nich budú vykonávať. Napríklad by sa mal postaviť mrakodrap s niekoľkými výťahovými bankami a nemocnica by mala byť postavená tak, aby bola pohotovosť ľahko dostupná.

Náš prirodzený svet vznikol na princípe funkcie sledujúcej formu, najmä v bunkovej biológii, a to bude jasné, keď budeme skúmať eukaryotické bunky. Na rozdiel od prokaryotických buniek eukaryotických buniek majú: (1) membránovo viazané jadro (2) početné membránovo viazané organely—ako je endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, chloroplasty, mitochondrie a iné a (3) niekoľko tyčovitých chromozómov. Pretože jadro eukaryotickej bunky je obklopené membránou, často sa hovorí, že má „pravé jadro“.” Slovo “organela” znamená “malý orgán” a ako už bolo spomenuté, organely majú špecializované bunkové funkcie, rovnako ako orgány vášho tela majú špecializované funkcie.

Obrázok 1. Tieto obrázky zobrazujú hlavné organely a ďalšie bunkové zložky (a) typickej živočíšnej bunky a (b) typickej eukaryotickej rastlinnej bunky. Rastlinná bunka má bunkovú stenu, chloroplasty, plastidy a centrálnu vakuolu – štruktúry, ktoré sa nenachádzajú v živočíšnych bunkách. Rastlinné bunky nemajú lyzozómy ani centrozómy.


Organely možno rozdeliť do troch typov

V tomto článku rozdelíme tieto organely/štruktúry do troch typov:

1. Všeobecné organely ktoré sú neustále prítomné v živočíšnych aj rastlinných bunkách – bunková membrána, cytozol, cytoplazma, jadro, mitochondria, drsné a hladké endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, peroxizóm, lyzozóm a cytoskelet.

2. Časové organely ktoré sa nachádzajú iba v špecifických štádiách životného cyklu bunky – chromozóm, centrozóm, autofagozóm a endozóm.

3. Organely, ktoré iba existujú v rastlinné bunky – chloroplast, centrálna vakuola a bunková stena.

Mnoho jedinečných organel/štruktúr existuje len v špecifických typoch buniek. Napríklad potravinové vakuoly v amébe a trichocysty v parameciách, ktoré nemožno nájsť v ľudských bunkách. Na druhej strane, niektoré ľudské bunky majú tiež jedinečné organely, ktoré nemožno nájsť nikde inde, ako napríklad Weibel-Paladeho telieska v bunkách krvných ciev.


3.6: Bunkové organely - Biológia

Tabuľka 1 poskytuje zložky prokaryotických a eukaryotických buniek a ich príslušné funkcie.

Tabuľka 1. Zložky prokaryotických a eukaryotických buniek a ich funkcie
Bunkový komponent Funkcia Prítomný v Prokaryotoch? Prítomný v živočíšnych bunkách? Prítomný v rastlinných bunkách?
Plazmatická membrána Oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, kontroluje prechod organických molekúl, iónov, vody, kyslíka a odpadov do bunky a von z bunky Áno Áno Áno
Cytoplazma Poskytuje štruktúru bunke v prostredí mnohých metabolických reakcií, v ktorých sa nachádzajú organely Áno Áno Áno
Nukleoid Umiestnenie DNA Áno Nie Nie
Nucleus Bunková organela, ktorá obsahuje DNA a riadi syntézu ribozómov a proteínov Nie Áno Áno
Ribozómy Syntézy bielkovín Áno Áno Áno
Mitochondrie Produkcia ATP/bunkové dýchanie Nie Áno Áno
Peroxizómy Oxiduje a štiepi mastné kyseliny a aminokyseliny a detoxikuje jedy Nie Áno Áno
Vezikuly a vakuoly Skladovacia a transportná tráviaca funkcia v rastlinných bunkách Nie Áno Áno
Centrozóm Nešpecifikovaná úloha pri delení buniek v živočíšnych bunkách zdroj mikrotubulov v živočíšnych bunkách Nie Áno Nie
lyzozómy Trávenie makromolekúl, recyklácia opotrebovaných organel Nie Áno Nie
Bunková stena Ochrana, štrukturálna podpora a udržiavanie tvaru buniek Áno, primárne peptidoglykán v baktériách, ale nie Archaea Nie Áno, v prvom rade celulóza
Chloroplasty Fotosyntéza Nie Nie Áno
Endoplazmatické retikulum Modifikuje proteíny a syntetizuje lipidy Nie Áno Áno
Golgiho aparát Upravuje, triedi, označuje, balí a distribuuje lipidy a proteíny Nie Áno Áno
Cytoskelet Udržuje tvar bunky, zabezpečuje organely v špecifických polohách, umožňuje cytoplazme a vezikulám pohybovať sa v bunke a umožňuje jednobunkovým organizmom pohybovať sa nezávisle Áno Áno Áno
Flagella Bunková lokomócia Niektorí Niektorí Nie, okrem niektorých rastlinných spermií.
Cilia Bunková lokomócia, pohyb častíc po extracelulárnom povrchu plazmatickej membrány a filtrácia Nie Niektorí Nie

Rovnako ako prokaryotická bunka, eukaryotická bunka má plazmatickú membránu, cytoplazmu a ribozómy, ale eukaryotická bunka je zvyčajne väčšia ako prokaryotická bunka, má skutočné jadro (to znamená, že jej DNA je obklopená membránou) a má inú membránu- viazané organely, ktoré umožňujú kompartmentalizáciu funkcií. Plazmatická membrána je fosfolipidová dvojvrstva obalená proteínmi. Jadierko v jadre je miestom pre zostavenie ribozómov. Ribozómy sa nachádzajú v cytoplazme alebo sú pripojené k cytoplazmatickej strane plazmatickej membrány alebo endoplazmatického retikula. Vykonávajú syntézu bielkovín. Mitochondrie vykonávajú bunkové dýchanie a produkujú ATP. Peroxizómy rozkladajú mastné kyseliny, aminokyseliny a niektoré toxíny. Vezikuly a vakuoly sú skladovacie a prepravné oddelenia. V rastlinných bunkách vakuoly tiež pomáhajú rozkladať makromolekuly.

Živočíšne bunky majú tiež centrozóm a lyzozómy. Cenrozóm má dve telá, centrioly, s neznámou úlohou pri delení buniek. Lyzozómy sú tráviace organely živočíšnych buniek.

Rastlinné bunky majú bunkovú stenu, chloroplasty a centrálnu vakuolu. Rastlinná bunková stena, ktorej primárnou zložkou je celulóza, bunku chráni, poskytuje štrukturálnu podporu a dáva bunke tvar. Fotosyntéza prebieha v chloroplastoch. Centrálna vakuola sa rozširuje a zväčšuje bunku bez potreby produkovať viac cytoplazmy.

Endomembránový systém zahŕňa jadrový obal, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, vezikuly, ako aj plazmatickú membránu. Tieto bunkové zložky spolupracujú pri modifikácii, balení, označovaní a transporte membránových lipidov a proteínov.

Cytoskelet má tri rôzne typy proteínových prvkov. Mikrofilamenty dodávajú bunke tuhosť a tvar a uľahčujú bunkové pohyby. Medziľahlé vlákna nesú napätie a ukotvujú jadro a iné organely na mieste. Mikrotubuly pomáhajú bunke odolávať kompresii, slúžia ako dráhy pre motorické proteíny, ktoré pohybujú vezikuly cez bunku, a ťahajú replikované chromozómy na opačné konce deliacej sa bunky. Sú tiež štrukturálnymi prvkami centriol, bičíkov a mihalníc.

Živočíšne bunky komunikujú prostredníctvom svojich extracelulárnych matríc a sú navzájom spojené tesnými spojeniami, desmozómami a medzerovými spojeniami. Rastlinné bunky sú spojené a komunikujú medzi sebou pomocou plazmodesmat.

Cvičná otázka

Čo v kontexte bunkovej biológie rozumieme pod pojmom forma sleduje funkciu? Aké sú aspoň dva príklady tohto konceptu?


Bunkové organely

Použite tieto kartičky, ktoré vám pomôžu zapamätať si informácie. Pozrite sa na veľkú kartu a skúste si spomenúť, čo je na druhej strane. Potom kliknite na kartu a otočte ju. Ak poznáte odpoveď, kliknite na zelené pole Know. V opačnom prípade kliknite na červené pole Neviem.

Keď vložíte sedem alebo viac kariet do poľa Neviem, kliknite na tlačidlo „znova skúsiť“ a skúste tieto karty znova.

Ak ste kartu omylom vložili do nesprávnej škatule, stačí na ňu kliknúť a vybrať ju z krabičky.

Na presúvanie kariet môžete použiť aj klávesnicu takto:

  • MEDZERNÍK - otočiť aktuálnu kartu
  • ŠÍPKA DOĽAVA - presuňte kartu na kôpku Neviem
  • ŠÍPKA VPRAVO - presuňte kartu na kôpku Know
  • BACKSPACE - vrátiť späť predchádzajúcu akciu

Ak ste prihlásení do svojho účtu, tento web si zapamätá, ktoré karty poznáte a ktoré nepoznáte, takže pri ďalšom prihlásení budú v rovnakom poli.

Keď si potrebujete oddýchnuť, vyskúšajte niektorú z ďalších aktivít uvedených pod kartičkami, ako sú Matching, Snowman alebo Hungry Bug. Aj keď sa vám môže zdať, že hráte hru, váš mozog stále vytvára viac spojení s informáciami, aby vám pomohol.


Elektrónové mikrofotografie

21 Plazmová bunka Zobraziť virtuálnu EM snímku
Tento elektrónový mikrograf ukazuje typickú sekrečnú bunku, plazmatickú bunku, ktorá vylučuje imunoglobulínový proteín. Na tomto obrázku sú viditeľné mnohé z hlavných typov bunkových organel. V jadre možno ľahko identifikovať oblasti euchromatínu a heterochromatínu. Použite tieto mikrofotografie na preskúmanie štruktúry organel. Uistite sa, že rozpoznáte priaznivé časti jadier, mitochondrií a drsnej ER.

11 Jadrový obal - priečny rez Zobraziť virtuálnu EM snímku
Táto elektrónová mikrofotografia pekne zobrazuje dvojitú membránu jadrového obalu vrátane niektorých jadrových pórov.

12 Hrubá ER pankreasu Zobraziť virtuálnu EM snímku
Tento elektrónový mikrograf ukazuje typické ploché cisterny hrubého endoplazmatického retikula, ktoré sú posiate ribozómami.

13 Golgiho aparát - Exokrinný pankreas Zobraziť virtuálnu EM snímku
Golgiho aparát vyzerá na tejto elektrónovej mikrofotografii dosť nezvyčajne. Môžu za to zväčšené stohy cisterien (Golgiho vakuoly), ktoré skresľujú vzhľad Golgiho komplexu.

227 Pankreas - Exokrinný, detail acinusu Organely sekrečnej dráhy&View Virtual EM Slide
Pankreatické acinárne bunky, ako sú zobrazené na tomto elektrónovom mikrografe, sú bunky, ktoré sú vysoko špecializované na sekréciu proteínov. Preto sú všetky organely proteínovej sekrečnej dráhy dobre znázornené a sú jasne viditeľné na tejto mikrosnímke.

14 Centriolov Zobraziť virtuálnu EM snímku
Tento obrázok ukazuje dva centrioly, ktoré predstavujú centrálnu štruktúru centra organizujúceho mikrotubuly (MTOC). V okolí sú viditeľné aj niektoré mikrotubuly.

155 Cilia Zobraziť virtuálnu EM snímku
Prierezy mihalníc. Typické usporiadanie 9+2 mikrotubulov je obzvlášť evidentné v EM #156.

156 Cilia - priečny rez v ľudskej priedušnici Zobraziť virtuálnu EM snímku
Prierezy mihalníc. Obzvlášť evidentné je typické usporiadanie mikrotubulov 9+2. Základné telieska sú centrioly a majú 9 tripletov mikrotubulov bez centrálneho páru.

170 Oblička – kôra, proximálny tubul Hranica štetcaZobraziť virtuálnu EM snímku
Táto EM mikrofotografia zobrazuje typický vzhľad mikroklkov na apikálnom povrchu dvoch typov buniek s pruhovaným alebo kefovým okrajom. Zobrazená je bunka epitelovej výstelky proximálneho tubulu v obličke.

213 Tenké črevo – mikroklky Zobraziť virtuálnu EM snímku
Študujte typický vzhľad mikroklkov na apikálnom povrchu tejto bunky tvoriacej súčasť pruhovaného alebo kefového lemu v tenkom čreve.

16 Epitel – desmozóm a intermediárne vlákna Zobraziť virtuálnu EM snímku
V pravom hornom rohu tejto transmisnej elektrónovej mikrofotografie je možné vidieť desmozóm. Cytoplazma je plná intermediárnych filamentov (tonofilamentov), ​​z ktorých niektoré sú pripojené k desmozomálnemu plaku.


Tím používa syntetickú biológiu na objasnenie zložitosti bunkovej funkcie

Na identifikáciu ideálnych podmienok pre tvorbu bezmembránových organel v roztoku v dôsledku preferovanej asociácie funkcionalizovaných proteínov sa používajú viacúrovňové simulácie rozsiahlych systémov. Výpočtové modely siahajú od časticových simulácií stoviek tisícov interagujúcich proteínov až po simulácie jednotlivých proteínov v úplných atomistických detailoch. Kredit: Arizona State University

Giovanna Ghirlanda z Arizonskej štátnej univerzity a Matthias Heyden, profesori na School of Molecular Sciences a Sara Vaiana, profesorka na katedre fyziky, sa pozerajú na naše bunky cez novú šošovku, ktorá im umožňuje získať nový pohľad na mechanizmy niekoľkých bunkových aktivít.

Okrem organel obalených membránou - jadra, mitochondrií a Golgiho aparátu, aby sme vymenovali aspoň niektoré - eukaryotické bunky obsahujú rôzne kompartmenty, ktoré nemajú obal. Tieto tekuté guľôčky na báze proteínov, nazývané bezmembránové organely, vykonávajú rôzne bunkové funkcie, ktoré by boli v cytoplazme menej účinné alebo by vôbec neboli možné. A vedci sa teraz dozvedajú, že bezmembránové organely by mohli hrať úlohu pri agregácii proteínov spojených s chorobami, napríklad Alzheimerovou chorobou.

Ghirlanda, Heyden a Vaiana skúmajú biofyziku, ktorá je základom tvorby týchto organel, a využívajú informácie na navrhovanie umelých. Ich výskum skúma inovatívnu metódu na dosiahnutie kompartmentalizácie s predvídateľnými aplikáciami v syntetickej biológii, ako aj v katalýze.

V poslednom desaťročí výskumníci zistili, že dobre známy jav známy ako separácia fáz kvapalina-kvapalina (LLPS) riadi tvorbu a funkciu niekoľkých z týchto veľkých bezmembránových štruktúr. Vznikajúcim obrazom vnútra bunky je, že cytoplazma a nukleoplazma sú zložité tekutiny, ktoré sa môžu stabilne oddeľovať, podobne ako olej a ocot. Požičiavaním si vedomostí z oblastí, ako je fyzikálna chémia a fyzika mäkkých látok – kde teórie vysvetľujúce separáciu fáz kvapalina-kvapalina umožnili vývoj produktov od stabilizátorov v spracovaných potravinách po kozmetiku, od terapeutických mastí po farby – teraz biológovia rozvíjajú nové chápanie takmer dva tucty doteraz charakterizovaných bezmembránových štruktúr.

Dôležitosť týchto štruktúr je čoraz jasnejšia. Tieto bezmembránové štruktúry sa tvoria separáciou biopolymérov medzi kvapalinou a kvapalinou, ako sú proteíny a RNA, zvyčajne v reakcii na stimul.

Tím skúma, či možno LLPS využiť na vytvorenie navrhnutých bezmembránových organel schopných vykonávať zložité katalytické funkcie. Aplikácie týchto nových štruktúr siahajú od zlepšenia účinnosti enzýmových kaskád in vitro pre priemyselné aplikácie až po poskytnutie technicky jednoduchej, atraktívnej alternatívy k proteínovým kapsulám a lipozómom v umelých bunkách.

"Ak bude naša metóda úspešná, výsledkom bude priamy spôsob získania bezmembránových organel jednoduchým spojením navrhnutých značiek s vybranými enzýmami," vysvetľuje Ghirlanda. "Naše výpočtové metódy navyše poskytnú spôsob, ako prispôsobiť sekvencie značiek enzýmom."

Súbežná práca v laboratóriu Ghirlanda sa zameriava na dizajn umelých metaloproteínov. Z dlhodobého hľadiska sa zameriavajú na vytváranie organel obsahujúcich umelé metaloenzýmy schopné katalyzovať produkciu vodíka, ako aj redukciu oxidu uhličitého.

Práca v laboratóriu Heyden sa zameriava na vytvorenie metód pre počítačovú simuláciu preplnených prostredí, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v bezmembránových organelách: súčasný výskum tímu sa ukázal ako skvelý testovací priestor pre tieto metódy.

Laboratórium Vaiana pracuje na separácii fáz, čo sa týka neurodegeneratívnych chorôb. V tejto súvislosti zavádzajú biofyzikálne metódy na charakterizáciu LLPS in vitro a in vivo. Používajú svoje metódy na LLPS, aby pomohli charakterizovať bezmembránové organely a identifikovať kritické interakcie podporujúce fázové prechody pre každú sekvenciu.

Pochopenie mechanizmu a kvantifikácia hnacích síl, ktoré vedú k agregácii amyloidových proteínov a ochoreniu, by mohli viesť k zúfalo potrebnému vyliečeniu Alzheimerovej choroby.

Trojici (traja profesori) nedávno udelili grant Národnej vedeckej nadácie EAGER na pokračovanie vo výskume. NSF EAGER bol navrhnutý špeciálne pre potenciálne transformačný výskum, ktorý skúma nové predmety, rôzne metódy alebo interdisciplinárne prístupy, presne to, čo by sa dalo očakávať od inovatívneho výskumu.

Stručne povedané, vidieť vnútorné bunkové prostredie ako tekutinu, ktorá obsahuje viacero kvapiek kvapaliny fungujúcich ako bezmembránové organely, znamená zlom v chápaní bunkovej biológie. Koncept je mladý a ako a prečo oddelenie fáz kvapalina-kvapalina organizuje medzibunkový priestor, zostávajú otvorenými otázkami. Už teraz je však jasné, že tento jav podporuje tvorbu a funkčnosť rastúceho počtu dlho pozorovaných bezmembránových organel. Týmto výskumom sa tím zameriava na využitie tohto javu na aplikácie v katalýze a syntetickej biológii.


Pozri si video: Syntetická biológia: Bunkové stroje, biologické počítače a umelé bunky Miroslav Gašpárek (Jún 2022).