Informácie

Môžu sa proteíny pohybovať mimo bunky?

Môžu sa proteíny pohybovať mimo bunky?


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.

Snažím sa dozvedieť o základnej bunkovej biológii a mám pravdepodobne veľmi jednoduchú otázku.

Takže ja to zatiaľ chápem takto: Proteíny sa vyrábajú z aminokyselín. Tento proces sa nazýva biosyntéza bielkovín, ktorú vykonávajú ribozómy. Takže proteíny sú tvorené ribozómami v každej jednej bunke.

Takže proteíny vytvorené ribozómami zostávajú v bunke? Alebo sa proteín môže presunúť do iných buniek, a ak áno, aký je za tým dôvod?


Áno. Všetky proteíny sa v skutočnosti začnú syntetizovať na cytoplazmatických ribozómoch, ale ak sa majú použiť na extracelulárne účely, označia sa a celý ribozóm sa odoberie na ER, kde sa dokončí syntéza proteínov. Proteíny sú exocytované pomocou Golgiho telieska, poštovej označovacej a baliacej organely (Golgiho telieska balia tieto bielkoviny do vezikúl, ktoré sa spájajú s plazmatickou membránou).

Príklady tohto procesu sú: pankreas vylučuje inzulín na kontrolu hladiny cukru v krvi, tráviace enzýmy na trávenie, imunitný systém hovorí telu, že existuje baktéria, s ktorou musíme bojovať, a volá viac imunitných buniek (cytokínov). Väčšina proteínov samozrejme zostáva v bunke a sú nevyhnutné na vytvorenie bunky alebo na uskutočnenie metabolizmu alebo transkripcie DNA.


Chcel by som trochu doplniť odpoveď dd3. Ide o baktérie

  1. Baktérie ukrývajú enzýmy vonku. Bakteriálna membrána má limity na veľkosť importu a je potrebné, aby pred importom nasekali veľkú molekulu na menšie kúsky. Príkladmi sú glykozidové hydrolázy a proteázy. Baktérie sa podieľajú na čistení po každoročnom rozkvete rias a medúz. Pre medúzy je to obzvlášť dôležité, pretože majú málo predátorov a nebyť baktérií, ich želatínové telo sa bude hromadiť na dne našich morí.

  2. Baktérie uvoľňujú proteínový toxín, buď na obranu, alebo na rozpoznanie hostiteľa, ak ide o symbiontov.

  3. Gram-pozitívne baktérie používajú peptid ako autoinduktor na snímanie kvóra.

  4. V neposlednom rade baktérie niekedy tvoria agregáty. Lepidlo medzi nimi je chemicky veľmi zložité (inými slovami, nevieme presne, čo to je). Verí sa, že sú tam cukry a tiež bielkoviny.


Ako môže membránový proteín presúvať lipidy aj ióny

Rodina membránových proteínov TMEM16 bola oslavovaná ako reprezentujúca nepolapiteľné vápnikom aktivované chloridové kanály. Ukázalo sa však, že väčšina členov rodiny sú scramblases, proteíny, ktoré premiešavajú lipidy medzi oboma stranami lipidovej membrány, niektoré tiež s neselektívnou iónovou vodivosťou. V novej štúdii o cicavčích aj hubových proteínoch rodiny TMEM16 Cristina Paulino, vedúca oddelenia kryo-EM na oddelení štrukturálnej biológie na Univerzite v Groningene v Holandsku, a kolegovia z Univerzity v Zürich vo Švajčiarsku. ukázali, čo prezrádzajú štruktúry týchto proteínov o ich funkcii. Výsledky boli publikované v dvoch nadväzujúcich článkoch v časopise eLife dňa 12. marca.

V osemdesiatych rokoch minulého storočia vedci našli špecifické chloridové kanály, ktoré boli aktivované vápnikom. Až v roku 2008 sa však zistilo, že skutočná molekulárna identita týchto kanálov patrí do rodiny TMEM16. "Tieto kanály by sa mohli použiť na liečbu cystickej fibrózy, choroby, pri ktorej zle funguje transport chloridov v pľúcach a iných orgánoch," hovorí Paulino. Následne sa v ľudskom genóme našlo desať rôznych génov TMEM16, no keď sa študovala ich funkcia, výsledok bol prekvapením. "Dva gény skutočne kódovali chloridové kanály, ale zvyšok boli skramblázy - proteíny, ktoré presúvajú fosfolipidy medzi oboma stranami lipidovej dvojvrstvy."

Lipidové zloženie bunkových membrán je asymetrické: vnútorná a vonkajšia monovrstva obsahuje rôzne fosfolipidy. Presunom špecifických fosfolipidov z jednej strany membrány na druhú narúšajú scramblázy asymetriu. „Toto môže byť veľmi silný signál,“ vysvetľuje Paulino. „Napríklad, keď sú lipidy, ktoré sú inak umiestnené vo vnútri membrány, prítomné na vonkajšej strane, môže to slúžiť ako signál na vyvolanie bunkovej smrti. Alebo v prípade lipidovej skramblázy TMEM16F iniciovať zrážanie krvi v krvných doštičkách.“ Prísna regulácia aktivity scramblase je preto životne dôležitá. Aby sa však veci skomplikovali, niektoré z týchto skramblázových proteínov pôsobia aj ako neselektívne iónové kanály.

Ako postdoc v laboratóriu Raimunda Dutzlera (teraz jej spolupracovníka) Paulino vyriešila kryo-EM štruktúru TMEM16A, člena rodiny TMEM16, ktorý funguje výlučne ako kanál. Veci začali zapadať na miesto, keď porovnala túto štruktúru s röntgenovou štruktúrou hubovej nhTMEM16 scramblase: „Obe štúdie definovali charakteristické znaky tejto bifunkčnej rodiny. Mohli by sme pochopiť, ako sa podobná proteínová architektúra môže prispôsobiť na vykonávanie týchto rôznych úloh. Zatiaľ čo v štruktúre lipidovej skramblázy sme pozorovali membránu preklenujúcu a membránu prístupnú dutinu, cez ktorú môžu lipidy kĺzať, brázda je uzavretá v štruktúre chloridového kanála, aby sa vytvoril pór, ktorý umožňuje difúziu iónov cez membránu. '

Scramblases

Zostali však veľké otázky: „Chceli sme vedieť, ako sú scramblasy regulované vápnikom a ako niektoré z nich môžu súčasne uľahčiť transport iónov.“ Za týmto účelom sa jej novozaložená výskumná skupina na Univerzite v Groningene spolu so skupinou Dutzler vo švajčiarskom Zürichu rozhodla študovať cicavčí proteín TMEM16F, ktorý hrá kľúčovú úlohu pri zrážaní krvi. Vyriešili štruktúru proteínu v prostrediach s vápnikom a bez neho, aby zachytili otvorený a uzavretý stav. Žiadna z kryo-EM štruktúr však nevykazovala otvorený stav s dutinou, cez ktorú by mohli byť transportované fosfolipidy a ióny. „Bol len malý rozdiel v štruktúrach s vápnikom a bez neho,“ vysvetľuje Paulino.

Existuje niekoľko možných vysvetlení: Lipidy mohli byť transportované bez vytvorenia vodnej dutiny, alebo experimentálne podmienky jednoducho neboli optimálne na to, aby proteín prijal „otvorený“ stav. Vplyv mutácií na rôzne miesta spôsobil, že prvá možnosť sa zdala nepravdepodobná. Na dosiahnutie pokroku však bolo potrebných viac informácií. 'Tak sme sa rozhodli vrátiť k našim štúdiám o hube nhTMEM16.'

Nie čierno-biele

Tieto experimenty sa ukázali ako úspešnejšie. Paulino a jej kolegovia pozorovali otvorený stav s brázdou, ktorá by mohla transportovať fosfolipidy, do uzavretého stavu a medzistavu, ktorý by mohol umožniť transport iónov. „V skutočnosti sme našli všetky tri stavy v prítomnosti vápnika, čo by malo vyvolať otvorený stav. Naše výsledky teda ukazujú, že štruktúra je vysoko dynamická, s rovnováhou medzi rôznymi stavmi. Znamená to tiež, že okrem vápnika musí existovať ďalší faktor regulujúci aktivitu proteínov TMEM16, pretože v bunkách je aktivita týchto proteínov prísne regulovaná.

Paulino a jej kolegovia prešli dlhú cestu, aby pochopili, ako fungujú proteíny rodiny TMEM16. "Teraz vieme, že to nie je čierno-biela situácia: viaceré proteínové konformácie sú v dynamickej rovnováhe." V plne otvorenom stave sú to scramblasy, zatiaľ čo v strednom stave môžu transportovať ióny. To naznačuje, že tieto proteíny boli pôvodne skramblázy, ale že niektoré z nich sa vyvinuli na čisté iónové kanály, pravdepodobne mutáciami, ktoré uprednostňovali prechodnú formu proteínu.

Na pochopenie komplexného mechanizmu účinku proteínov TMEM16 bolo potrebné obrovské množstvo štrukturálnych a funkčných údajov. Pre Paulina štúdia opäť potvrdzuje silu kryo-EM ako výskumného nástroja: „To nám umožnilo odobrať vzorku dynamiky aktívnej štruktúry a vidieť viacero rôznych stavov, v ktorých by sa proteín mohol nachádzať.“


BUNKA

Na pomoc bol pridaný interaktívny obrázok, ktorý vám umožní preskúmať anatómiu bunky. Nižšie môžete vidieť obrázky mnohých výrazov označených tučným písmom. Buďte pripravení vedieť, kde sú tieto základné bunkové časti a čo robia.

Ako technológia postupovala do bodu nazerania hlbšie a hlbšie do sveta bunky, ukázalo sa, že bunková cytoplazma pri pohľade pod svetelným mikroskopom bola plná ešte menších vnútrobunkových štruktúr. Štruktúry sa súhrnne nazývajú bunkové organely. Tento úvod stručne identifikuje tieto organely a ďalšie časti pridajú podrobnosti.

Aby sme pomohli ilustrovať funkciu mnohých z týchto organel, uvažujme o sekrécii inzulínu beta bunkami v pankrease. Aby mohla bunka vylučovať inzulín, musí si ho najskôr vyrobiť. Tento proces začína v bunke jadro . V jadre sa nachádza genetický materiál (DNA) ľudskej bunky a poskytuje miesto pre transkripcia DNA . Dôležité je, že jadro je obklopené dvoma odlišnými lipidovými dvojvrstvovými membránami. Vonkajšia membrána patrí k endomembránový systém (tvorí sa z jadrového obalu, endoplazmatického retikula, Golgiho aparátu, lyzozómov, plazmatickej membrány a väčšiny vakuol a vezikúl).

Produkcia a sekrécia inzulínu pomáha ilustrovať koordinované úsilie organel v tomto systéme. V jadre je gén pre inzulín (umiestnený na 11. chromozóme). prepísané z DNA na RNA a potom ďalej spracované na messenger RNA alebo mRNA. Táto mRNA je potom transportovaná z jadra do ribozómy ukotvené na povrchu endoplazmatického retikula (ER). ER sa v skutočnosti delí na 2 zložky: hrubú ER a hladkú ER. Hrubý ER sa nazýva "hrubý, pretože je posiaty ribozómami, ktoré pri pohľade pod elektrónovým mikroskopom vytvárajú hrboľatý povrch. Funkciou ribozómu je vykonávať preklad (premena mRNA na proteín). Ribozóm je špecificky vhodný na interpretáciu kódu nukleotidovej kyseliny mRNA (séria adenozínov, uracilov, guanidínov a cytozínov skrátených A, U, G a C) a priradenie vhodnej aminokyseliny pri vytváraní polypeptidového reťazca. Toto je prvý krok pri výrobe proteínu. Proces DNA > RNA > proteínu sa nazýva centrálna dogma biológie.

Súbor:0328 Transscription-translation Summary.jpg Autor:OpenStax College Site:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:0328_Transcription-translation_Summary.jpg Licencia: Tento súbor je licencovaný pod licenciou Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

V rámci hrubej ER je vznikajúci (nezrelý) inzulínový proteín poskladaný a potom transportovaný do Golgiho aparát . Golgiho aparát je miestom na spracovanie a triedenie (spomeňme si na obrovský poštový sklad UPS). V Golgiho aparátu sa vznikajúci inzulín ďalej spracováva na zrelý (funkčný) inzulín a balí sa do sekrečných vezikúl. Tieto vezikuly (teraz plné inzulínu) vyčnievajú z Golgiho aparátu a sú transportované do plazmatická membrána kde čakajú na správny signál pre sekréciu. Sekrécia nastáva, keď sa vezikula spája s plazmatická membrána , vypudzovanie jeho obsahu do extracelulárneho priestoru.

Pozrime sa teraz na úlohy týchto organel podrobnejšie.

Bunkové jadro

Jadro je obklopené dvojitou membránou viazanou štruktúrou, ktorá slúži na izoláciu jadrového obsahu od bunkovej cytoplazmy. (Tento jadrový obal sa rozptýli počas mitózy, keď sa bunka pripravuje na delenie). Vonkajšia membrána je súvislá s membránami hrubého endoplazmatického retikula. Vnútorná membrána tvorí hranicu na izoláciu jadra. Priestor medzi dvoma membránami je spojitý s priestorom (lúmenom) vo vnútri endoplazmatického retikula, s výnimkou rôznych bodov, kde sú tieto dve membrány spojené špecializovanými štruktúrami známymi ako jadrové póry. Jadrové póry slúžia ako transportné cesty medzi vnútrom jadra a cytoplazmou. Jadro obsahuje genetický materiál (gény), ktoré sú organizované do dlhých molekúl nazývaných DNA, ktoré sú pevne viazané na proteíny nazývané históny za vzniku chromatínu, ktorý je nakoniec organizovaný do chromozómov.

Upravený obrázok - Názov: Súbor:Sha-Boyer-Fig1-CCBy3.0.jpg Autor: neznámy Stránka: http://en.wikipedia.org/wiki/Súbor:Sha-Boyer-Fig1-CCBy3.0.jpg Licencia: Toto dielo je licencované podľa licencie Creative Commons Attribution 3.0.

Génové správy sa skopírujú z DNA ako vlákna RNA, ktoré sa ďalej spracovávajú na mRNA a posielajú sa von z jadra cez jadrové póry. mRNA interaguje s ribozómami za vzniku špecifického proteínu. Mnohé genetické mutácie vedú k chybám, ktoré spôsobujú nefunkčnosť súvisiacich proteínov. Jadro potom funguje na udržanie integrity génov, ako aj na riadenie zapínania alebo vypínania génov. Gény zase regulujú aktivitu buniek. Jadro je teda riadiacim centrom bunky.

Endoplazmatické retikulum

Ako už bolo spomenuté vyššie, endoplazmatické retikulum má drsnú zložku a hladkú zložku. Hrubé endoplazmatické retikulum je spojené s ribozómami, ktoré sa neustále viažu a odpájajú na membránu. Ribozómy sa viažu na endoplazmatické retikulum potom, čo interagujú s reťazcom mRNA z jadra. Ribozómy „čítajú“ vlákno mRNA a produkujú špecifický proteín spojený s kódom a vylučujú ho do lúmenu hrubého endoplazmatického retikula. Novo vyrobené proteíny sú potom zložené a pripravené na transport do Golgiho komplexu. Hladké endoplazmatické retikulum syntetizuje lipidy, fosfolipidy a steroidy. Okrem toho pomáha pri rozklade sacharidov a steroidov. Membrána obsahuje proteíny, ktoré presúvajú Ca++ do štruktúry na skladovanie, a tak hrá dôležitú úlohu pri regulácii bunkových koncentrácií iónov vápnika.

Golgiho aparát

Golgiho aparát je pomenovaný po osobe, ktorá ho objavila, talianskom lekárovi Camillo Golgi, ktorý organelu objavil v roku 1897. Golgiho aparát ďalej spracováva proteíny, ktoré sa najskôr vytvorili v hrubom endoplazmatickom retikule, a potom distribuuje hotové proteíny na rôzne miesta v rámci. bunka. Golgiho aparát je obzvlášť dôležitý pri spracovaní proteínov, ktoré sú určené na sekréciu mimo bunky. Proteíny sú posielané do Golgiho aparátu z hrubého endoplazmatického retikula cez transportné vezikuly, ktoré sa pohybujú po „diaľničnej“ sieti bunky, cytoskletóne (diskutované nižšie). Golgiho aparát je primárne spojený s proteínmi, ale slúži aj na transport lipidov okolo bunky a tvorbu lyzozómov. Azda najlepšou analógiou pre Golgiho aparát by bola pošta v cele.

Mitochondrie

Mitochondrie (alebo mitochondrie v množnom čísle) sa zvyčajne označujú ako elektráreň, pretože generujú energiu (vo forme adenozíntrifosfátu alebo ATP) potrebnú pre normálnu bunkovú funkciu. Rovnako ako jadro, aj mitochondrie majú dve membrány, ktoré sú rozhodujúce pre ich funkciu pri výrobe energie. (Ďalšie podrobnosti budú uvedené neskôr, keď budeme študovať metabolizmus). Mitochondrie sa skladá z vonkajšej a vnútornej membrány (balónik v balóne), ktorá poskytuje päť odlišných štruktúrnych komponentov.

  1. Vonkajšia mitochondriálna membrána
  2. Medzimembránový priestor (priestor medzi vonkajšou a vnútornou membránou)
  3. Vnútorná mitochondriálna membrána
  4. Cristae (záhyby vnútornej membrány)
  5. Matrica (priestor vnútra mitochondrie)

Každá oblasť je spojená s konkrétnou funkciou, pretože súvisí s mitochondriálnou aktivitou. Ukázalo sa tiež, že mitochondrie majú svoj vlastný genetický materiál. Počet mitochondrií na bunku sa značne líši s viac ako 2 000 na bunku v pečeňových bunkách až po nulu pre červené krvinky.

Názov: Súbor:Blausen 0644 Mitochondria.png Autor: Zamestnanci Blausen.com. "Galéria Blausen 2014". Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762 Stránka: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blausen_0644_Mitochondria.png Licencia: Tento súbor je licencovaný pod licenciou Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Iné organely

Ako bolo spomenuté, lyzozómy sú tiež súčasťou endomembránového systému. Lyzozómy sú špecializované vezikuly, ktoré vychádzajú z Golgiho aparátu. Lysozóm využíva pumpu vo svojej membráne na transport vysokých koncentrácií H+ do svojho lúmenu, čím sa znižuje vnútorné pH. Kyslé prostredie lyzozómu mu umožňuje rozkladať makromolekuly (napríklad proteíny). Medzi ďalšie organely zapojené do recyklácie použitých alebo nepotrebných materiálov patria proteazómy a peroxizómy . Keď chce bunka rýchlo znížiť množstvo daného proteínu, môže tento proteín označiť špecifickým signálom (nazývaným ubikvitín), ktorý pošle tento proteín do proteazómu na degradáciu. Peroxizóm je zodpovedný za detoxikáciu škodlivých látok, ktoré sa môžu dostať do bunky.

Pôvodný obrázok nakreslený oddelením biológie BYU-I z januára 2015.

Cytoskelet

Cytoskelet, ako už názov napovedá, je štrukturálny komponent bunky zložený zo siete proteínov, ktoré sa neustále ničia, obnovujú a novo budujú. Cytoskelet funguje pri udržiavaní tvaru bunky, odolnosti voči deformácii, pohybu vo vnútri (transport vezikúl vo vnútri) a migračnému pohybu, bunkovej signalizácii, endocytóze a exocytóze a deleniu buniek. Cytoskelet sa skladá z troch hlavných filamentov: mikrofilamentov, intermediárnych filamentov a mikrotubulových filamentov. Tieto komponenty môžete vizuálne preskúmať na tomto odkaze:

Mikrofilamenty sú najtenšie z bunkových filamentov a sú zložené z dlhých reťazcov proteínových monomérov nazývaných G-aktín. Môžu generovať silu pridaním monomérov, ktoré spôsobujú, že rastúce vlákno tlačí proti bariéram, ako je bunková membrána. Iné proteíny, ako je myozín, sa môžu pohybovať pozdĺž dráhy a ťahať proti nej, čím vytvárajú kontrakčné sily vo všetkých bunkách, ktoré sú však obzvlášť dôležité vo svalových bunkách. Stredné vlákna sú pevnejšie ako mikrofilamenty a pomáhajú tak udržiavať tvar buniek. Vlákna slúžia ako kotvy pre iné organely, ako aj ako bunkové spojenia. Medziľahlé vlákna sa tiež používajú na udržanie tvaru jadra. Mikrotubuly sú najväčšie zo všetkých filamentov, s dutou štruktúrou tvorenou proteínovým monomérom nazývaným tubulín, ktorý sa vinie ako točité schodisko. Mikrotubuly sú úzko spojené s organizačným centrom nazývaným centrozóm . Mikrotubulové siete slúžia ako "diaľnice" na transport vezikúl a sú dôležité pre špecializované pohyby, ako je víriaci chvost spermií alebo bičík baktérií. Hrajú tiež kľúčovú úlohu počas delenia buniek, kde fungujú tak, že oddeľujú a oddeľujú jednotlivé chromozómy.


Vedci trénujú baktérie, aby vytvorili neprirodzené proteíny

Bakteriálne bunky teraz dokážu prečítať syntetický genetický kód a použiť ho na zostavenie proteínov obsahujúcich časti vyrobené človekom.

Gary Bates/Ikon Images/Getty Images

Vedci tvrdia, že vytvorili čiastočne človekom vytvorenú baktériu, ktorá dokáže produkovať proteíny, ktoré sa v prírode nenachádzajú. Táto nová forma života, najnovší vývoj v oblasti nazývanej „syntetická biológia“, by sa mohla nakoniec použiť na výrobu nových liekov.

Floyd Romesberg a jeho kolegovia z výskumného inštitútu Scripps sa usilovali o dosiahnutie tohto cieľa už viac ako desať rokov. Pred tromi rokmi oznámili, že do genetickej abecedy baktérie pridali ďalšie dve písmená: K známym A, T, C a G DNA pridali X a Y.

Táto rozšírená genetická abeceda výrazne zvýšila počet „slov“, ktoré mohla DNA uložiť, a tak rozšírila jazyk života.

Zábery - Správy o zdraví

Chemici rozširujú genetickú abecedu prírody

Teraz informujú v denníku Príroda že skonštruovali tie bakteriálne bunky, aby prečítali tento nový kód a použili ho na zostavenie proteínov, ktoré obsahujú časti vytvorené človekom.

"Proteíny sa stali veľmi dôležitými pre objavovanie liekov," hovorí Romesberg. "Proteíny sa teraz používajú ako drogy."

Príklady zahŕňajú inzulín, protilátky, interferóny a enzýmy. Romesberg pred niekoľkými rokmi založil spoločnosť na vývoj potenciálnych nových liekov. Hovorí, že spoločnosť dokázala pestovať tieto čiastočne syntetické baktérie v obrovských kadiach.

"V skutočnosti vykonali fermentáciu vo veľkom meradle a dostávame veľmi, veľmi pekné výťažky, veľmi vysokú čistotu bielkovín," hovorí Romesberg, hoci hovorí, že stále existuje veľa problémov, ktoré treba vyriešiť.

Jednou z vlastností tohto nového systému je, že tieto baktérie musia byť kŕmené prekurzormi pre zložky X a Y, ako aj syntetickými aminokyselinami, ktoré sú stavebnými kameňmi pre umelé proteíny.

„Je to vlastne výhoda, keď to treba robiť týmto spôsobom,“ hovorí, a to je bezpečnosť.

Zábery - Správy o zdraví

Vedci budujú živú bunku bez ozdôb, ktorá môže mať veľkú budúcnosť

"Myslím si, že syntetická biológia svojou podstatou desí veľa ľudí, pretože sa tak trochu hráte so životom a snažíte sa ho optimalizovať, aby ste robili nové veci. A ľudia hovoria: 'Hej, počkaj chvíľu - to by mohlo byť nebezpečné. Čo ak utečú do prírody?' A myslím si, že to je vážna obava. Myslím si, že ľudia by sa o takéto veci mali obávať.“

Ale pretože jeho organizmy musia byť kŕmené ľuďmi vyrobenými východiskovými materiálmi, nemôžu prežiť mimo laboratória, hovorí.

"Urobili sme veľa experimentov, kde sme organizmy zobrali a nechali ich rásť a replikovať sa bez týchto surovín," hovorí. "A nemôžu prežiť. Jednoducho zomrú."

Táto funkcia tiež upokojuje Dietera Solla, biochemika z Yale University, ktorý sa od 70. rokov minulého storočia zaoberá etickými otázkami okolo novej genetickej technológie. "Je to skutočne krehký systém, ktorý sa sám obmedzuje," hovorí.

Čo sa týka významu samotného nálezu: „Myslím si, že je to veľký krok,“ hovorí Soll pre Shots. Poznamenáva, že existuje mnoho ďalších techník na výrobu nových proteínov pomocou syntetickej biológie – niektoré sú dosť pokročilé a „nemali by sme na ne zabúdať“.

V skutočnosti ľudia už niekoľko desaťročí vytvárajú iné druhy syntetickej DNA. Niektoré laboratóriá napríklad zmenili spôsob, akým baktérie čítajú určité písmená kódu DNA, takže môžu začleniť nové aminokyseliny. Romesberg používa časti tohto systému vo svojom vlastnom, ale hovorí, že nie je ani zďaleka taký flexibilný. Jeho v princípe môže inkorporovať 152 nových aminokyselín do toho istého proteínu.

Steven Benner, riaditeľ Nadácie pre aplikovanú molekulárnu evolúciu na Floride, bol priekopníkom v úsilí pridať nové písmená do genetického kódu.

Soľ

GMO sú starý klobúk. Synteticky modifikované potraviny predstavujú novú hranicu

"Toto je všade v diagnostike, medicíne a materiáloch, takže ak máte napríklad HIV, je dosť pravdepodobné, že vaša vírusová záťaž sa meria pomocou syntetickej DNA s extra písmenami, ktoré sme vymysleli," hovorí Benner.

Tam je DNA obsahujúca nové písmená zabudovaná priamo do diagnostického systému, ale v živom organizme sa nepoužíva na produkciu nových proteínov. To je krok vpred uvedený v najnovšej štúdii.

Benner, ktorý vyvíja svoju vlastnú verziu tejto technológie, odmieta najnovšie práce svojho rivala. Nespochybňuje samotné výsledky, ale to, ako dokument opisuje základnú chémiu. Ale je tiež dychtivý posunúť sa vpred spolu s Romesbergom do tohto potenciálne silného nového odvetvia syntetickej biológie.


Rho GTPázy a dynamika aktínového cytoskeletu

Priam Villalonga , Anne J. Ridley , v Encyklopédii biologickej chémie , 2004

Bunková migrácia

Pohyb buniek vyžaduje riadenú časopriestorovú reguláciu aktínového cytoskeletu, ktorá zahŕňa koordinovanú aktiváciu niekoľkých členov rodiny Rho GTPázy. Izoformy Rac sú dôležité na vyvolanie polymerizácie aktínu v prednej hrane bunky vo forme lamellipódií a membránových zvlnení, ktoré posúvajú plazmatickú membránu dopredu a vytvárajú hnaciu silu pre motilitu buniek. Ukázalo sa, že Cdc42 je nevyhnutný pre smerovosť, napríklad pri chemotaxii makrofágov, prostredníctvom tvorby filopódií, o ktorých sa predpokladá, že snímajú extracelulárne prostredie. Rho zase prispieva k motilite buniek poskytovaním kontraktility založenej na aktomyozíne potrebnej na kontrakciu bunkového tela a stiahnutie chvosta. Rac aktivita je tiež rozhodujúca pre tvorbu adhézií, keď sa bunky pohybujú vpred a interagujú s novou extracelulárnou matricou. Okrem toho Rho GTPázy ovplyvňujú dynamiku mikrotubulov, čo je tiež dôležité pre migráciu buniek. Hoci hlavné úlohy Rho GTPáz pri migrácii buniek už boli stanovené, existujú dôležité rozdiely v úlohe, ktorú tieto proteíny majú v rôznych typoch buniek, ako sú epitelové bunky verzus makrofágy. Okrem toho ešte nie je úplne pochopené, ako sú tieto proteíny a ich efektory priestorovo a časovo regulované a ako sa pri bunkovej migrácii dosahuje taká vynikajúca úroveň koordinácie v ich funkciách.


Obsah

Epitelové bunky Edit

Epitelové bunky k sebe priľnú prostredníctvom tesných spojení, desmozómov a adhéznych spojení, pričom vytvárajú vrstvy buniek, ktoré vystielajú povrch tela zvieraťa a vnútorné dutiny (napr. tráviaci trakt a obehový systém). Tieto bunky majú apikálno-bazálnu polaritu definovanú apikálnou membránou smerujúcou k vonkajšiemu povrchu tela alebo lúmenu vnútorných dutín a bazolaterálnou membránou orientovanou preč od lúmenu. Bazolaterálna membrána sa vzťahuje na laterálnu membránu, kde spojenia bunka-bunka spájajú susedné bunky, ako aj na bazálnu membránu, kde sú bunky pripojené k bazálnej membráne, tenkej vrstve proteínov extracelulárnej matrice, ktorá oddeľuje epitelovú vrstvu od základných buniek a spojivového tkaniva. Epitelové bunky sa tiež prejavujú polarita planárnej bunky, v ktorej sú špecializované štruktúry orientované v rovine epitelového listu. Niektoré príklady polarity planárnych buniek zahŕňajú šupiny rýb orientované rovnakým smerom a podobne perie vtákov, srsť cicavcov a kutikulárne výbežky (zmyslové chĺpky atď.) na telách a príveskoch múch a iného hmyzu. . [2]

Neuróny Edit

Neurón prijíma signály zo susedných buniek cez rozvetvené bunkové rozšírenia nazývané dendrity. Neurón potom šíri elektrický signál po špecializovanom predĺžení axónu od bazálneho pólu k synapsii, kde sa uvoľňujú neurotransmitery na šírenie signálu do iného neurónu alebo efektorovej bunky (napr. svalu alebo žľazy). Polarita neurónu tak uľahčuje smerový tok informácií, ktorý je potrebný na komunikáciu medzi neurónmi a efektorovými bunkami. [3]

Migračné bunky Upraviť

Mnohé typy buniek sú schopné migrácie, ako napríklad leukocyty a fibroblasty, a aby sa tieto bunky mohli pohybovať jedným smerom, musia mať definovanú prednú a zadnú časť. V prednej časti bunky je predná hrana, ktorá je často definovaná plochým zvlnením bunkovej membrány nazývaným lamellipodium alebo tenkými výbežkami nazývanými filopódia. Polymerizácia aktínu v smere migrácie umožňuje bunkám predĺžiť prednú hranu bunky a pripojiť sa k povrchu. [4] V zadnej časti bunky sú adhézie rozložené a zväzky aktínových mikrofilamentov, nazývané stresové vlákna, sa sťahujú a ťahajú zadnú hranu dopredu, aby držali krok so zvyškom bunky. Bez tejto predo-zadnej polarity by bunky neboli schopné koordinovať riadenú migráciu. [5]

Pučiaci kvások Edit

Pučiace kvasinky, Saccharomyces cerevisiae, sú modelovým systémom pre eukaryotickú biológiu, v ktorom boli objasnené mnohé zo základných prvkov vývoja polarity. Kvasinkové bunky zdieľajú mnohé znaky bunkovej polarity s inými organizmami, ale majú menej proteínových zložiek. V kvasinkách je polarita ovplyvnená tak, aby sa vytvorila na zdedenom orientačnom bode, náplasti proteínu Rsr1 v prípade pučania alebo náplasti Rax1 v projekciách párenia. [6] V neprítomnosti orientačných bodov polarity (t. j. v mutantoch s deléciou génov) môžu bunky vykonávať spontánne narušenie symetrie, [7] pri ktorom je poloha miesta polarity určená náhodne. Spontánna polarizácia stále generuje iba jedno miesto púčikov, čo bolo vysvetlené pozitívnou spätnou väzbou, ktorá zvyšuje koncentrácie proteínov polarity lokálne na najväčšom poli polarity, zatiaľ čo proteíny polarity globálne znižuje ich vyčerpaním. Hlavným regulátorom polarity v kvasinkách je Cdc42, ktorý je členom eukaryotickej Ras-homológnej Rho-rodiny GTPáz a členom superrodiny malých GTPáz, medzi ktoré patria Rop GTPázy v rastlinách a malé GTPázy v prokaryotoch. Aby sa vytvorili miesta polarity, musí byť prítomný Cdc42 a musí byť schopný cyklovať GTP, čo je proces regulovaný jeho výmenným faktorom guanín nukleotidov (GEF), Cdc24 a jeho proteínmi aktivujúcimi GTPázu (GAP). Lokalizácia Cdc42 je ďalej regulovaná frontami bunkového cyklu a množstvom väzbových partnerov. [8] Nedávna štúdia na objasnenie spojenia medzi načasovaním bunkového cyklu a akumuláciou Cdc42 v mieste púčikov využíva optogenetiku na kontrolu lokalizácie proteínov pomocou svetla. [9] Počas párenia sa tieto polarity môžu premiestniť. Matematické modelovanie spojené so zobrazovacími experimentmi naznačuje, že premiestnenie je sprostredkované dodaním vezikúl poháňaným aktínom. [10] [11]

Telá stavovcov sú asymetrické pozdĺž troch osí: predo-zadná (od hlavy k chvostu), dorzálno-ventrálna (od chrbtice po brucho) a ľavo-pravá (napríklad naše srdce je na ľavej strane tela). Tieto polarity vznikajú vo vyvíjajúcom sa embryu kombináciou niekoľkých procesov: 1) asymetrické delenie buniek, pri ktorom dve dcérske bunky dostávajú rôzne množstvá bunkového materiálu (napr. mRNA, proteíny), 2) asymetrická lokalizácia špecifických proteínov alebo RNA v bunkách ( ktorý je často sprostredkovaný cytoskeletom), 3) koncentračné gradienty vylučovaných proteínov cez embryo, ako sú Wnt, nodal a kostné morfogénne proteíny (BMP), a 4) rozdielna expresia membránových receptorov a ligandov, ktoré spôsobujú laterálnu inhibíciu, v ktorej bunka exprimujúca receptor prijíma jeden osud a jeho susedia iný. [12] [13]

Okrem definovania asymetrických osí v dospelom organizme bunková polarita tiež reguluje individuálne aj kolektívne pohyby buniek počas embryonálneho vývoja, ako je apikálna konstrikcia, invaginácia a epibola. Tieto pohyby sú rozhodujúce pre formovanie embrya a vytváranie zložitých štruktúr dospelého tela.

Bunková polarita vzniká primárne lokalizáciou špecifických proteínov do špecifických oblastí bunkovej membrány. Táto lokalizácia často vyžaduje nábor cytoplazmatických proteínov do bunkovej membrány a transport polarizovaných vezikúl pozdĺž cytoskeletálnych filamentov na dodanie transmembránových proteínov z Golgiho aparátu. Mnohé z molekúl zodpovedných za reguláciu bunkovej polarity sú konzervované medzi bunkovými typmi a medzi druhmi metazoa. Príklady zahŕňajú PAR komplex (Cdc42, PAR3/ASIP, PAR6, atypická proteínkináza C), [14][15] Crumbs komplex (Crb, PALS, PATJ, Lin7) a Scribble komplex (Scrib, Dlg, Lgl). [16] Tieto komplexy polarity sú lokalizované na cytoplazmatickej strane bunkovej membrány, asymetricky v bunkách. Napríklad v epitelových bunkách sú komplexy PAR a Crumbs lokalizované pozdĺž apikálnej membrány a komplex Scribble pozdĺž laterálnej membrány. [17] Spolu so skupinou signálnych molekúl nazývaných Rho GTPázy môžu tieto komplexy polarity regulovať transport vezikúl a tiež kontrolovať lokalizáciu cytoplazmatických proteínov predovšetkým reguláciou fosforylácie fosfolipidov nazývaných fosfoinozitidy. Fosfoinozitidy slúžia ako dokovacie miesta pre proteíny na bunkovej membráne a ich stav fosforylácie určuje, ktoré proteíny sa môžu viazať. [18]

Zatiaľ čo mnohé z proteínov s kľúčovou polaritou sú dobre zachované, existujú rôzne mechanizmy na stanovenie polarity buniek v rôznych typoch buniek. Tu možno rozlíšiť dve hlavné triedy: (1) bunky, ktoré sú schopné spontánnej polarizácie, a (2) bunky, ktoré stanovujú polaritu na základe vnútorných alebo environmentálnych podnetov. [19]

Spontánne narušenie symetrie možno vysvetliť amplifikáciou stochastických fluktuácií molekúl v dôsledku nelineárnej chemickej kinetiky. Matematický základ pre tento biologický jav vytvoril Alan Turing vo svojom článku z roku 1953 „Chemické základy morfogenézy“. [20] Zatiaľ čo sa Turing spočiatku pokúšal vysvetliť tvorbu vzorov v mnohobunkovom systéme, podobné mechanizmy možno použiť aj pri tvorbe intracelulárnych vzorov. [21] Stručne povedané, ak sieť aspoň dvoch interagujúcich chemikálií (v tomto prípade proteínov) vykazuje určité typy reakčnej kinetiky, ako aj diferenciálnu difúziu, stochastické kolísanie koncentrácie môže viesť k vytvoreniu stabilných vzorov vo veľkom meradle, teda premostenie zo škály molekulárnej dĺžky do celulárnej alebo dokonca tkanivovej škály.

Hlavným príkladom druhého typu stanovenia polarity, ktorý sa spolieha na extracelulárne alebo intracelulárne podnety, je C. elegans zygota. Vzájomná inhibícia medzi dvoma súbormi proteínov tu vedie vytvorenie a udržiavanie polarity. Na jednej strane PAR-3, PAR-6 a aPKC (nazývané predné PAR proteíny) obsadzujú plazmatickú membránu aj cytoplazmu pred porušením symetrie. PAR-1, C. elegans- špecifický proteín obsahujúci prstencový prst PAR-2 ​​a LGL-1 (nazývané zadné proteíny PAR) sú prítomné väčšinou v cytoplazme. [22] Mužský centrozóm poskytuje podnet, ktorý narúša pôvodne homogénnu membránovú distribúciu predných PAR indukciou kortikálnych tokov. Predpokladá sa, že tieto privádzajú predné PAR k jednej strane bunky, čo umožňuje zadným PAR naviazať sa na iný pól (zadný). [23] [24] Predné a zadné PAR proteíny si potom zachovávajú polaritu až do cytokinézy vzájomným vylúčením z ich príslušných oblastí bunkovej membrány.


Hladké endoplazmatické retikulum

Funkcie SER, siete jemných tubulárnych membránových vezikúl, sa značne líšia od bunky k bunke. Jednou z dôležitých úloh je syntéza fosfolipidov a cholesterolu, ktoré sú hlavnými zložkami plazmy a vnútorných membrán. Fosfolipidy sú tvorené z mastných kyselín, glycerolfosfátu a iných malých vo vode rozpustných molekúl enzýmami naviazanými na membránu ER s ich aktívnymi miestami otočenými k cytosólu. Niektoré fosfolipidy zostávajú v membráne ER, kde sa môžu, katalyzované špecifickými enzýmami v membránach, „preklopiť“ z cytoplazmatickej strany dvojvrstvy, kde sa vytvorili, na exoplazmatickú alebo vnútornú stranu. Tento proces zabezpečuje symetrický rast membrány ER. Iné fosfolipidy sú prenášané cez cytoplazmu do iných membránových štruktúr, ako je bunková membrána a mitochondrie, pomocou špeciálnych proteínov prenášajúcich fosfolipidy.

V pečeňových bunkách sa SER špecializuje na detoxikáciu širokého spektra zlúčenín produkovaných metabolickými procesmi. Pečeňový SER obsahuje množstvo enzýmov nazývaných cytochróm P450, ktoré katalyzujú rozklad karcinogénov a iných organických molekúl. V bunkách nadobličiek a pohlavných žliaz je cholesterol modifikovaný v SER v jednom štádiu jeho premeny na steroidné hormóny. Nakoniec SER vo svalových bunkách, známych ako sarkoplazmatické retikulum, sekvestruje ióny vápnika z cytoplazmy. Keď je sval spustený nervovými stimulmi, ióny vápnika sa uvoľňujú, čo spôsobuje svalovú kontrakciu.


Časť 2: Ako sa formujú bunkové organely?

00:00:07.28 Dobre.
00:00:09.02 Volám sa Tom Rapoport.
00:00:10.14 Pochádzam z Katedry bunkovej biológie na Harvard Medical School,
00:00:13.00 tiež vyšetrovateľ Howard Hughes Medical Institute.
00:00:16.19 Takže toto je druhá z mojich dvoch prednášok,
00:00:19.26 a prvá prednáška bola o
00:00:21.15 ako vznikajú organely.
00:00:24.01 A táto prednáška sa bude zaoberať
00:00:26.26 ako sú tvarované.
00:00:28.25 Takže, dovoľte mi začať tým, že vám to pripomeniem.
00:00:33.06 každá organela má svoj charakter. charakteristický tvar.
00:00:36.29 Niektoré organely vyzerajú viac-menej ako gule.
00:00:39.13 Takže napríklad peroxizómy,
00:00:42.03 čo sú organely, ktoré sa podieľajú na metabolizme lipidov
00:00:45.20 a tiež detoxikáciu,
00:00:47.19 väčšinou peroxidu vodíka.
00:00:49.27 Endozómy, čo sú organely
00:00:52.15 ktoré sa podieľajú na prijímaní bielkovín zvonku.
00:00:55.08 Lyzozómy, čo sú organely
00:00:57.21 ktoré degradujú proteíny a iný materiál.
00:00:59.22 A sekrečné granule, ktoré ukladajú bielkoviny
00:01:02.20 pred vylučovaním týchto proteínov.
00:01:04.21 Tieto organely viac-menej vyzerali ako gule.
00:01:07.26 Niektoré organely pozostávajú z listov,
00:01:10.27 ktoré sú membránové.
00:01:13.04 ploché membrány, ktoré sú tesne proti sebe.
00:01:16.06 A toto by bolo napríklad v Golgi,
00:01:18.22 kde máte veľa z týchto listov
00:01:20.23 naukladaných na seba.
00:01:22.17 Alebo vnútorné a vonkajšie jadrové membrány,
00:01:24.24 ktoré sú tesne proti sebe.
00:01:27.21 Alebo mitochondriálne cristae,
00:01:29.26 čo sú tieto invaginácie vnútornej mitochondriálnej membrány.
00:01:33.23 Toto sú membránové plachty.
00:01:36.16 Niektoré organely pozostávajú z tubulov.
00:01:39.06 A možno najvýraznejšia organela v tomto smere
00:01:42.09 je membrána endoplazmatického retikula,
00:01:44.25 tiež skrátená ER.
00:01:47.14 Niektoré organely, ako sú endozómy a tiež Golgiho,
00:01:50.16 tiež občas tubuly.
00:01:53.03 Takže vo všetkých týchto prípadoch
00:01:54.27 máte charakteristický tvar,
00:01:56.21 a môžete položiť otázku
00:01:58.13 ako sa tieto tvary vytvárajú a udržiavajú.
00:02:02.19 Budem hovoriť najmä o endoplazmatickom retikule,
00:02:06.14 ktorým podľa mňa najlepšie rozumieme
00:02:09.00 ako sa tento tvar generuje.
00:02:11.26 Takže táto prezentácia na pravej strane
00:02:15.05 ER v cicavčej bunke,
00:02:18.20 zafarbené zeleným fluorescenčným proteínom.
00:02:21.14 Takže tu je zelená farba.
00:02:23.06 A tu vidíte
00:02:25.14 najkrajšia časť pohotovosti.
00:02:27.08 endoplazmatického retikula, čo je tubulárna sieť.
00:02:29.29 Sú to tubuly, ktoré sú spojené trojcestnými spojmi, zvyčajne
00:02:34.02 do polygonálnej siete.
00:02:36.04 A potom rozptýlené v tejto sieti
00:02:38.15 sú listové štruktúry,
00:02:40.26 čo sú ploché membrány tesne proti sebe.
00:02:43.13 Lepšie je to vidieť na schéme vpravo.
00:02:46.02 Takže žltá vec je plachta
00:02:48.08 ktorá je rozptýlená do tejto polygonálnej siete.
00:02:51.05 A potom je ER nepretržitá
00:02:54.13 s jadrovou obálkou.
00:02:56.09 Takže na začiatku máte spojenie
00:02:58.08 medzi periférnym ER a vonkajšou jadrovou membránou.
00:03:01.09 A potom, kde sa nachádzajú póry
00:03:03.04 -- tieto červené veci --
00:03:04.22 máte spojenie medzi vonkajšou jadrovou membránou
00:03:07.07 a vnútornú jadrovú membránu.
00:03:09.06 Takže celá vec je súvislý membránový systém
00:03:12.11 so spoločným svetelným priestorom.
00:03:14.00 Každý proteín v ER môže v princípe voľne difundovať.
00:03:18.14 v celom membránovom systéme.
00:03:20 A predsa máme špecifické domény,
00:03:23.00 špecifické morfológie v ER.
00:03:25.10 A preto nás zaujíma otázka,
00:03:27.09 ako nastavíte tieto rôzne morfológie?
00:03:31.18 Predtým, ako sa do toho pustím,
00:03:33.11 Chcel by som sa vrátiť do histórie
00:03:35.19 a stručne sa porozprávajte o tom,
00:03:38.03 odkiaľ vlastne pochádza názov endoplazmatické retikulum.
00:03:41.09 A meno vymyslela táto osoba, Keith Porter.
00:03:44.26 Keith Porter v tom čase pracoval v Rockefellerovom inštitúte,
00:03:47.27 predtým, ako sa stala univerzitou.
00:03:50 A bol jedným z prvých ľudí
00:03:52.20 skutočne použiť elektrónový mikroskop.
00:03:54.22 mikroskop na živých bunkách.
00:03:57.11 Teraz, v tom čase,
00:03:59.15 museli ste použiť bunky tkanivovej kultúry
00:04:01.19 a pozrite sa na okraje bunky, ktoré boli ploché,
00:04:04.22 takže toho nebolo príliš veľa
00:04:06.26 keď ste sa pozerali cez celu.
00:04:08.27 A tak sa pozrel na perifériu cely,
00:04:11.24 a to, čo videl, boli dve zóny v cele,
00:04:14.19 ktorú nazval ekto- a endoplazma.
00:04:16.29 Ektoplazma bola bez organel.
00:04:19.24 A dnes by sme to nazvali lamellipódia,
00:04:23.05 pretože tam bol väčšinou aktín,
00:04:25.09 ale neboli tam žiadne organely.
00:04:27.22 A potom ďalej v cele,
00:04:30.27 bola tam zóna, ktorú dorovnal
00:04:32.05 endoplazmu, v ktorej ste videli organely.
00:04:34.29 A v tejto oblasti videl štruktúru podobnú čipke,
00:04:38.13 ktoré nazval endoplazmatické retikulum
00:04:41.00 -- retikulum znamená sieť, štruktúru podobnú čipke.
00:04:45.18 Takže toto meno pochádza.
00:04:48.11 Teraz, o niekoľko rokov neskôr,
00:04:50.26 ďalšia dôležitá osoba sa pripojila k skupine v Rockefellerovi,
00:04:52.23 Gorge Palade.
00:04:54.20 A všimol si, že pohotovosť
00:04:57.04 možno rozlíšiť na dve veľmi odlišné domény,
00:05:00.02 ktorú nazval drsná a hladká ER.
00:05:03.24 Teraz, v tom bode,
00:05:06.06 ľudia vyvinuli mikrotóm,
00:05:07.26 aby ste sa skutočne mohli pozrieť na skutočné tkanivá.
00:05:09.27 Rovnako ako gilotína,
00:05:12.11 môžete rezať veľmi tenké časti tkaniva,
00:05:15.28 a môžete použiť mikroskop.
00:05:18.04 elektrónový mikroskop, aby ste sa na ne pozreli.
00:05:19.28 A videl, že v niektorých celách
00:05:22.17 väčšinou bunky, ktoré vylučujú veľa bielkovín,
00:05:25.11 napríklad bunka pankreasu,
00:05:27.25 membrány.
ER membrány boli naskladané jedna na druhú.
00:05:32.05 Toto je rez cez veľa listov
00:05:34.12 ktoré sú naukladané na seba.
00:05:36.22 A to, čo videl, boli malé bodky
00:05:39.15 sedí na vonkajšej strane týchto membrán.
00:05:42.17 A identifikoval ich ako ribozómy.
00:05:44.20 Takže George Palade je objaviteľom ribozómov.
00:05:47.28 Teraz vieme, že drsná ER.
tak to nazval drsný ER, pretože povrch bol drsný
00:05:53.21 s týmito malými bodkami.
00:05:55.19 vieme, že tento hrubý ER
00:05:57.28 robí všetku translokáciu proteínov
00:05:59.25 o ktorom som hovoril vo svojej predchádzajúcej prednáške.
00:06:01.29 Toto je miesto, kde dochádza k skladaniu bielkovín a ich modifikácii
00:06:04.10 prebieha.
00:06:06.16 Ale často v iných celách
00:06:08.26 napríklad bunky nadobličiek,
00:06:10.21 videli ste čo. čo on.
00:06:12.19 čo nazval hladká ER,
00:06:14.08 pretože na ňom nesedeli žiadne ribozómy.
00:06:16.06 A ak ste sa pozreli v priereze,
00:06:18.10 vyzeralo to ako malé vezikuly.
00:06:19.28 Ale samozrejme, pretože toto je prierez,
00:06:21.17 sú to vlastne tubuly.
00:06:23.20 Takže hladká ER, zhruba povedané,
00:06:26.04 sú tubuly.
00:06:28.02 A toto je miesto, kde prebieha syntéza lipidov,
00:06:30.11 vápniková signalizácia,
00:06:32.08 a veľmi pravdepodobne aj kontakt s inými organelami.
00:06:37.01 Takže. A keď.
00:06:39.09 čo teraz urobím je, že budem hovoriť o morfológii alebo pohotovosti,
00:06:43.04 ale prosím majte na pamäti, že tento rozdiel medzi morfológiami
00:06:46.28 má aj funkčné dôsledky.
00:06:50.01 Ako sa teda generujú rôzne domény ER?
00:06:55.00 Najprv sme sa teda sústredili na otázku
00:06:58.02 ako sa generuje rúrková ER sieť.
00:07:00.13 A ak sa nad tým zamyslíte,
00:07:02.08 skutočne sa to rozkladá na dve otázky.
00:07:04.00 Prvá otázka je, ako sa vytvárajú samotné tubuly.
00:07:07.08 A po druhé, ako spájate tubuly
00:07:10.19 vytvoriť sieť?
00:07:12.24 A potom neskôr v diskusii,
00:07:14.19 Budem sa zaoberať otázkou, ako.
00:07:16.27 aké sú minimálne komponenty na vytvorenie membránovej siete?
00:07:20.06 A ako sa tvoria periférne ER listy?
00:07:23.16 A nakoniec, ako sú listy naskladané na seba?
00:07:29.04 Začnime teda otázkou
00:07:31.24 ako sa tvoria ER tubuly.
00:07:34.02 Aby som to skrátil,
00:07:36.00 Tubuly ER sú v skutočnosti tvarované
00:07:37.28 dvoma proteínovými rodinami.
00:07:39.16 Nazývajú sa retikulony.
00:07:42.08 V kvasinkách sú dvaja členovia retikulonov
00:07:45.19 s názvom Rtn1 a Rtn2.
00:07:48.01 A REEP, ktoré sa v kvasinkách nazývajú Yop1.
00:07:51.20 V tejto rodine je len jeden člen.
00:07:55.29 Tieto rodiny proteínov
00:07:57.22 nemajú navzájom podobnú sekvenciu,
00:08:00.03 ale zdieľajú rovnakú topológiu.
00:08:02.02 Majú dve sady tesne umiestnených transmembránových segmentov.
00:08:06.11 Hovoríme im sponky do vlasov, takže sponky sú dve.
00:08:09.03 Medzi dvoma sponkami je slučka.
00:08:11.19 A potom je tu amfipatická špirála
00:08:14.06 po druhom transmembránovom segmente.
00:08:16.03 druhú vlásenkovú štruktúru.
00:08:21.12 Ako boli teda tie sieťky objavené?
00:08:23.27 Toto sa vracia do práce môjho bývalého študenta,
00:08:27.26 ktorí vyvinuli in vitro test
00:08:31.00 na rekapituláciu tvorby siete ER.
00:08:33.16 Takže je to tak.
00:08:35.12 test prebieha nasledovne.
00:08:37.02 Takže vezmite vajíčka zo žaby
00:08:39.24 Xenopus laevis.
00:08:41.10 Vložíte ich do centrifugačnej skúmavky.
00:08:42.28 Robíte otočku, odstredivku,
00:08:45.26 ktorý sa zvyčajne nazýva crush spin.
00:08:49.08 A potom si vezmete supernatant
00:08:51.04 a poriadne sa točte, aby ste získali membránovú frakciu.
00:08:53.21 A potom si vezmete membrány,
00:08:55.10 a ukázalo sa, že tieto membrány skutočne pozostávajú z malých vezikúl,
00:08:59.06 a inkubujete ich pri izbovej teplote
00:09:01.29 na 60 minút v prítomnosti GTP.
00:09:05.07 A stane sa, že tieto vezikuly sa spoja
00:09:08.17 a tvoria prepracovanú sieť.
00:09:10.01 A môžete to zafarbiť fluorescenčným hydrofóbnym farbivom
00:09:13.01 ktorá sa delí na dvojvrstvu,
00:09:14.23 ako je znázornené na spodnom paneli.
00:09:16.15 Takže toto je test in vitro
00:09:18.21 ktorý rekapituluje tvorbu siete endoplazmatického retikula.
00:09:22.28 A potom bývalý postdoktor v laboratóriu,
00:09:24.17 Gia Voeltz,
00:09:26.15 použil tento systém na identifikáciu retikulonov
00:09:28.26 ako dôležité pre tvorbu siete.
00:09:31.08 A spôsob, akým to urobila, je pomocou
00:09:34.02 činidlo modifikujúce cysteín
00:09:36.26 že mohla ukázať bloky formácie
00:09:40 formácie siete,
00:09:42, ale nezablokovalo to fúziu profíka.
00:09:44.17 z vezikúl do väčších vezikúl.
00:09:48.03 A potom použila biotinylačné činidlo
00:09:50.18 nazývaný biotín-maleimid
00:09:52.18 -- maleimid je činidlo, ktoré interaguje s.
00:09:55.06 ktorý upravuje cysteíny --
00:09:57.07 a identifikovala na základe biotínu.
00:10:00.26 biotinylácie hlavných proteínov
00:10:04.01 ktoré boli v systéme upravené.
00:10:06 A tak bolo viacero kandidátov.
00:10:07.29 Prešla kandidátkami,
00:10:09.28 a identifikoval retikulon 4a ako pravdepodobného kandidáta
00:10:12.25 za to, že sa podieľal na tvorbe siete.
00:10:16.17 A vytvorila protilátku proti retikulonu 4a
00:10:18.14 a ukázali, že protilátka inhibovala tvorbu siete,
00:10:21.01 rovnako ako biotinylačné činidlo.
00:10:23.26 A opäť to brzdilo vytváranie siete
00:10:27.04 ale nie membránová fúzia.
00:10:29.06 A tak na základe toho,
00:10:31.07 sme dospeli k záveru, že sieťka 4a
00:10:33.10 bolo potrebné na vytvorenie siete.
00:10:36.29 Ďalšia trieda proteínov,
00:10:38.26 proteíny REEP,
00:10:41.07 alebo v kvasinkách Yop1,
00:10:42.24 boli objavení ako interakční partneri retikulonov.
00:10:47.25 Takže, ak si ho jednoducho natiahnete,
00:10:49.10 potom nájdete toho druhého.
00:10:51.02 Potom experimenty s kvasinkami
00:10:53.02 ukázali, že retikulony a Yop1
00:10:55.02 majú redundantnú funkciu.
00:10:56.26 Ak vymažete všetky tri proteíny,
00:10:58.29 už neexistuje žiadna sieť ER.
00:11:02.05 Ale v skutočnosti je.
00:11:04.11 musíte vyradiť všetkých troch.
00:11:06.25 Takže tu je niekoľko faktov
00:11:09.15 o retikulonoch a REEP.
00:11:11.08 Takže v prvom rade sú potrebné na generovanie ER tubulov.
00:11:14.04 Ale je tu nadbytočnosť.
00:11:16.04 Práve som spomenul toto,
00:11:18.05 takže musíte vymazať všetky tri, aby ste videli,
00:11:20.25 defekty v morfológii ER.
00:11:22.23 Ak jeden prinesiete späť, získate späť sieť ER.
00:11:27.03 Takže sú dostatočné na vytvorenie tubulov.
00:11:30.09 Takže môžete tieto proteíny vyčistiť,
00:11:32.09 rekonštituovať ich na proteolipozómy,
00:11:34.10 a potom vytvoria krátke tubuly,
00:11:36.16 ako ukazuje elektrónová mikroskopia.
00:11:38.22 Nachádzajú sa vo všetkých eukaryotických bunkách.
00:11:41.00 U cicavcov existuje veľké množstvo izoforiem
00:11:43.02 pre každý z týchto proteínov.
00:11:44.27 Tvoria oligoméry.
00:11:47.18 A napokon, sú veľmi hojné,
00:11:49.15 čo by ste mohli očakávať, pretože ER je hojný.
00:11:51.25 je bohatá organela v celej bunke,
00:11:53.21 takže skutočne potrebujete veľa bielkovín
00:11:57.02 zo siete ER.
00:12:01.05 Veríme, že tieto proteíny
00:12:02.29 sú proteíny stabilizujúce zakrivenie.
00:12:05.11 Čo tým myslím?
00:12:07.11 Ak sa pozriete na prierez tubulu,
00:12:10.01 máte vysoké zakrivenie membrány.
00:12:12.03 Energeticky najstabilnejší stav membrány
00:12:14.23 je plochá membrána,
00:12:16.14 aby sa vytvoril tubulus
00:12:18.13 potrebujete energiu.
00:12:20 Je to energeticky nepriaznivý stav.
00:12:23 A vy máte podobný stav
00:12:26.04 na okrajoch membránových listov.
00:12:28.07 Ak sa nad tým zamyslíte, toto je polovica valca,
00:12:30.27 a ten druhý je plný valec.
00:12:33.17 Takže je to to isté, čo nazývame
00:12:35.16 pozitívne zakrivenie membrány.
00:12:37.16 A veríme, že tieto proteíny stabilizujú toto zakrivenie.
00:12:41.00 Teraz, ako presne to robia
00:12:44.08 naozaj nie je úplne jasné.
00:12:46.00 To, čo vám tu predkladám, je hypotéza.
00:12:48.20 Takže veríme, že dve vlásenky
00:12:52.06 plus amfipatická špirála na C-konci
00:12:56.02 spolu tvoria klinovitú štruktúru
00:12:58.12 ktorá zaberá viac miesta na vonkajšom letáku
00:13:00.28 ako vo vnútornom letáku.
00:13:02.12 Takže toto samo o sebe by pravdepodobne len generovalo
00:13:05.09 malá vezikula s vysokým zakrivením pamäte.
00:13:07.15 Takže okrem toho,
00:13:09.24 predpokladáme, že tieto proteíny tvoria oligoméry,
00:13:12.09 homo- aj hetero-oligoméry.
00:13:14.01 A tieto oligoméry môžu mať tvar
00:13:18.05 oblúk, ktorý formuje dvojvrstvu do tubulu.
00:13:21.05 Takže tieto dva mechanizmy spolu
00:13:23.28 môžu vytvárať tubuly.
00:13:25.22 Ale musím povedať, že toto sú špekulácie.
00:13:27.23 A jeden z projektov, ktoré máme, je
00:13:31.02 získať röntgenovú štruktúru týchto proteínov
00:13:33.03 aby sme to skutočne riešili,
00:13:34.22 ako vlastne vytvárajú tubuly. vysoké zakrivenie.
00:13:37 Takže teraz k druhej otázke.
00:13:39.10 Takže teraz máte tubulu.
00:13:40.25 Teraz musíte spojiť tubuly do siete.
00:13:42.22 Ako to robíte?
00:13:44.20 A to ma privádza k úlohe membránovo viazaných GTPáz,
00:13:48.23 ktoré sa v metazoánoch nazývajú atlastíny,
00:13:51.06 a Sey1
00:13:53.04 -- a existujú jeho homológy --
00:13:54.29 v kvasinkách a rastlinách.
00:13:57.17 A toto je kolk. bola spolupráca so skupinou o
00:14:00.13 Craig Blackstone a Will Prinz,
00:14:02.15 ktorí sú obaja v NIH.
00:14:05.11 Takže štruktúra týchto GTPáz
00:14:07.23 približne takto.
00:14:09.19 Takže máte cytoplazmatickú doménu GTPázy,
00:14:12.27 a potom zväzok špirály,
00:14:14.15 ktorý v prípade atlastinu pozostáva z troch špirál.
00:14:18.02 A potom máte opäť dva tesne umiestnené transmembránové segmenty,
00:14:22.10 vlásenka a amfipatická špirála.
00:14:24 Takže toto by malo byť. toto vyzerá
00:14:27.29 veľmi podobný prípadu retikulonov a REEP,
00:14:30.04 okrem toho, že tu máte len jednu sponku do vlasov namiesto dvoch.
00:14:34.16 Ale veríme, že táto vlásenka plus amfipatická špirála
00:14:37.15 je všeobecný signál zacielenia
00:14:41.01 na nasmerovanie proteínov do oblastí s vysokým zakrivením membrány
00:14:43.04 endoplazmatického retikula.
00:14:46.00 Takže tieto proteíny sprostredkúvajú
00:14:48.07 čo nazývame homotypická fúzia,
00:14:50.02 homotypické, čo znamená, že membrány, ktoré sa spájajú, sú rovnaké,
00:14:53.24 na rozdiel od vezikulárneho obchodovania,
00:14:55.22 kde máte vezikula spojenú s membránou
00:14:59 to nie je to isté.
00:15:00.26 Tomu by sa hovorilo heterotypické.
00:15:03.05 Takže tento model.
00:15:05.09 táto schéma ukazuje model, ako si to predstavujeme.
00:15:07.21 aby k tejto fúzii došlo,
00:15:09.25 a je založený na röntgenových štruktúrach
00:15:11.27 a veľa biochemických experimentov
00:15:14.04 ktoré sme urobili v spolupráci s Junjie Hu,
00:15:17.09 ktorý bol bývalým postdoktorom a teraz je späť v Číne.
Takže začínate s molekulami atlastínu
00:15:23.09 sediaci v rôznych membránach.
00:15:25.02 Prvá vec, ktorá sa stane, je toto
00:15:27.29 domény GTPázy viažu GTP,
00:15:29.24 a to im umožňuje vzájomnú interakciu.
00:15:32.14 A potom dochádza k hydrolýze GTP.
00:15:35.10 A v prechodnom stave hydrolýzy GTP,
00:15:38.02 dva trojzávitnicové zväzky interagujú s jedným.
00:15:41.18 Toto stiahne membrány k sebe
00:15:43.18 aby sa mohli zlúčiť.
00:15:45.09 A potom po fúznej reakcii,
00:15:47.14 uvoľníte fosfát a HDP,
00:15:51.06 vrátite sa do monomérneho stavu,
00:15:53.07 a môžete znova začať nový cyklus fúzie.
00:15:59.07 Takže toto ukazuje dve röntgenové štruktúry
00:16:01.23 čo viedlo k niečomu z toho.
00:16:04.07 Takže vy. horný panel je konštrukcia
00:16:07.12 kde dvaja mem.
00:16:09.11 kde dve GTPázy sedia v rôznych membránach.
00:16:12.00 A spodná štruktúra ukazuje po fúzii,
00:16:14.07 keď sedia v tej istej membráne.
00:16:17.27 A mal by som spomenúť, že existuje zaujímavá choroba
00:16:20.08 nazývaná dedičná spastická paraplégia alebo HSP,
00:16:24.18 čo je vlastne dosť hrozná choroba.
00:16:28.19 Je to a. deti majú progresívne oslabenie dolných končatín
00:16:32.05 a tiež spasticita.
00:16:33.19 A existuje pomerne veľa mutácií
00:16:35.28 ktoré mapujú do atlastínu, jedného z atlastínov.
00:16:39.22 existujú tri izoformy.
00:16:41.22 jeden z atlastínov.
00:16:43.14 A môžeme zmapovať mutácie, ktoré spôsobujú túto chorobu
00:16:45.25 do našich röntgenových štruktúr,
00:16:47.24 a tam to dáva nejaký zmysel.
00:16:50.01 Takže by zasahovali do konformačnej zmeny
00:16:53.15 čo veríme, že sa musí stať počas fúzie.
00:16:56.17 Takže záver je taký
00:16:58.11 toto ochorenie môže byť spôsobené morfologickými defektmi ER
00:17:01.20 alebo konkrétne defektmi ER fúzie.
00:17:05.24 Takže môžeme otestovať aj úlohu atlastínu
00:17:09.09 v systéme extraktu z vajec Xenopus, ktorý som už spomínal,
00:17:13.27 čo vlastne viedlo k objavu retikulonov.
00:17:18.05 Takže tu môžeme urobiť, že môžeme vyjadriť,
00:17:21.05 rekombinantne, fragment atlastinu,
00:17:24.29 čo vlastne zodpovedá cytosolickému fragmentu
00:17:27.19 ktoré sme použili aj na kryštalické. kryštalizácia.
00:17:30.28 Takže môžete vziať ten fragment, vyčistiť ho,
00:17:33.26 a vložte ho do extrakčného systému Xenopus,
00:17:36.09 a naviaže sa na endogénny proteín plnej dĺžky,
00:17:39.13 a zasahovať do jeho funkcie.
00:17:42.00 Takže je to dominantné negatívne činidlo.
00:17:44.24 A keď to urobíte. Mal by som povedať,
00:17:48.20 spôsob, akým testujeme fúziu
00:17:51.11 je pomocou dvoch rôznych membránových frakcií
00:17:53.20 zo systému Xenopus.
00:17:55.06 Jeden označíme červeným farbivom,
00:17:57.08 a druhý so zeleným farbivom.
00:17:59.10 Takže ak ich zmiešame,
00:18:01.17 očakávame, že sa spoja a zmiešajú farby.
00:18:04.18 Takže, ak pridáte cytoplazmatický fragment,
00:18:07.01 ktorý interferuje s endogénnou molekulou atlastínu,
00:18:10.28 ako vidíte,
00:18:12.20 fragmenty membrány zostávajú oddelené,
00:18:15.09 takže vidíte zelené a červené bodky, ktoré sa navzájom nemiešajú.
00:18:19.24 Ale ak urobíte iba jednu mutáciu v cytoplazmatickom fragmente,
00:18:23.15 ktorý už nezasahuje do endogénneho fragmentu,
00:18:27.23 môžete vidieť, že teraz dostanete fúziu do siete ER,
00:18:31.25 a farbí sa do žlta, pretože sa teraz kolokalizujú dve farby.
00:18:36.13 Takže si myslím, že tento experiment je veľmi pekná ilustrácia
00:18:39.25 ukázať, že atlastin je skutočne potrebný na fúziu,
00:18:42.27 a je to vlastne jediný fuzogén
00:18:45.15 ktorý je potrebný na spojenie týchto membrán.
00:18:49.25 Ale tu je prekvapenie.
00:18:51.23 Očakávali sme, že atlastin
00:18:54.01 by sa vyžadovalo len pre udalosť fúzie,
00:18:56.14 a keď budete mať sieť ER
00:18:58.23 už by ste to nepotrebovali.
00:19:00 Ale nie je to tak.
00:19:01.23 Ukazuje sa, že ak pridáte cytoplazmatický fragment
00:19:04 po vytvorení siete
00:19:06.20 sieť sa rozoberá.
00:19:08.10 Takže toto je tu zobrazené.
00:19:10.04 Tu pridávame dve rôzne koncentrácie.
00:19:12.02 A pri najvyššej koncentrácii tohto fragmentu,
00:19:14.27 sieť ER úplne zmizne,
00:19:18.12 takže to rozdelíte na menšie fragmenty.
00:19:21.12 Ak máte tento neaktívny fragment, nič sa nestane,
00:19:25.02 takže pekná kontrola.
00:19:27.04 A tiež, ak pridáme GTP-gamma-S,
00:19:29.09 čo je nehydrolyzovateľný alebo slabo hydrolyzovateľný analóg GTP,
00:19:34.06 čo tiež zasahuje do funkcie G.
00:19:37.03 atlastin GTPase,
00:19:39.01 vidíme to isté.
00:19:40.15 Takže sieť ER vyžaduje nepretržitú funkciu,
00:19:43.07 nepretržité pôsobenie molekuly elastínu.
00:19:48.00 Takže tu. atlastin je povinný
00:19:51.11 ako vytvoriť, tak aj udržiavať sieť ER.
00:19:55.10 A to tiež znamená, že endogénne hladiny retikulonov a REEP
00:19:59.13 nie sú dostatočné na údržbu siete ER
00:20:02.08 pri absencii funkcie atlastínu.
00:20:05.26 Môžeme tiež ukázať, že
00:20:07.22 v bunkách cicavcov,
00:20:09.15 keď nadmerne exprimujete jednu z izoforiem retikulonu
00:20:11.10 -- volá sa to reticulon 4a --
00:20:13.16 čo vedie k veľmi dlhým tubulom a fragmentácii ER.
00:20:17 A to sa dá zvrátiť
00:20:19.18 tiež nadmerným vyjadrením atlastínu.
00:20:21.22 Takže je to akási situácia jin-jang.
00:20:24.00 Rovnováha atlastínu a retikulonov
00:20:26.23 sa vyžaduje na zachovanie integrity siete ER.
00:20:30.17 Takže táto schéma to opäť ukazuje.
00:20:32.15 Takže, ak máte príliš veľa retikulonu 4a,
00:20:35.11 rozoberiete sieť na malé vezikuly.
00:20:39.19 Veríme, že sieťka
00:20:42.04 preferuje ešte vyššie zakrivenie malých vezikúl
00:20:45.06 nad tým v tubuloch,
00:20:47.04 a to je dôvod, prečo rozoberáte sieť
00:20:50.05 do týchto malých vezikúl.
00:20:51.27 A preto potrebujete funkciu atlastínu
00:20:53.25 aby sa posunula späť.
00:20:56.24 tieto malé vezikuly do siete ER.
00:21:00.22 Takže atlastin v podstate pôsobí proti
00:21:02.26 túto zakrivenie generujúcu funkciu retikulonu.
00:21:07.25 Je tu ešte jeden bod, ktorý by som rád uviedol,
00:21:10.07 čo je tiež špekulatívne, musím povedať.
00:21:12.20 Veľmi často sa nevidíme.
00:21:15.09 vidieť veľmi často voľné konce ER tubulov,
00:21:17.20 v cicavčích bunkách aj v extraktoch Xenopus.
00:21:20.16 A tak si myslíme, že voľné konce membránových tubulov
00:21:25.01 sú skutočne náchylné na rozoberanie.
00:21:27.08 Ak sa nad tým zamyslíte, voľný koniec tubulu
00:21:30.14 je už polovičná ako vezikula.
00:21:33.05 A preto si myslíme, že je nestabilný.
00:21:35.03 A tak tubulu.
00:21:37.23 voľné konce týchto ER tubulov sú preto ukotvené,
00:21:40.09 normálne v bunkách,
00:21:42.16 buď spojením s iným tubulom
00:21:44.27 -- takže na vytvorenie trojcestnej križovatky --
00:21:46.29 alebo spojením s molekulárnym motorom
00:21:49.24 alebo s hrotmi mikrotubulov.
00:21:53.20 Takže teraz položím otázku,
00:21:55.24 aké sú minimálne zložky
00:21:58.04 vytvoriť membránovú sieť?
00:22:00.13 Môžeme teda vytvoriť membránovú sieť
00:22:04.04 s purifikovanými proteínmi, ktoré sme už identifikovali?
00:22:08.13 Inými slovami, sú identifikované proteíny
00:22:11.19 -- proteíny stabilizujúce zakrivenie,
00:22:14.10 retikulony a REEP,
00:22:15.23 a fúzne GTPázy, atlastin alebo Sey1 --
00:22:19.00 dostatočné na vytvorenie siete ER?
00:22:22.18 A tak experiment, ktorý sme urobili, je koncepčne celkom jednoduchý.
00:22:25.02 Takže vezmeme vyčistený Sey1 alebo atlastin a Yop1
00:22:31.04 -- musíme ich čistiť v detergentoch, pretože sú to membránové proteíny --
00:22:34.21 rekonštituovať ich na proteolipozómy
00:22:37.18 spolu s hydrofóbnym fluorescenčným farbivom
00:22:40.06 takže môžeme skutočne vizualizovať membrány,
00:22:42.07 a potom inkubujeme proteolipozómy
00:22:44.20 s alebo bez GTP.
00:22:46.17 A potom si konečne všetko vizualizujeme
00:22:49 v konfokálnom mikroskope.
00:22:52.27 A hľa, v.
00:22:55.07 pri absencii GTP vidíte len malé bodky.
00:22:58.26 Ale ak pridáte GTP, tieto.
00:23:01.14 vidíte krásnu sieť.
00:23:03.14 V tomto prípade to možno nie je také krásne,
00:23:05.10 ale ako uvidíte na ďalšej snímke,
00:23:07.07 môže to byť mimoriadne krásne.
00:23:08.26 Takže, inými slovami, môžeme vytvoriť sieť
00:23:11 len z týchto dvoch proteínov.
00:23:15.00 Ak ich máte jednotlivo,
00:23:16.25 buď Yop1 alebo Sey1,
00:23:18.27 nefunguje to.
00:23:20.13 Za prítomnosti. v prípade Sey1,
00:23:22.23 ak pridáte GTP, uvidíte trochu väčšie vezikuly,
00:23:25.22 pretože stále prebieha fúzia,
00:23:27.17 ale nie je tam žiadna sieť.
00:23:29.09 Takže na vytvorenie siete potrebujete oba proteíny.
00:23:32.11 A ako som povedal,
00:23:34.19 niekedy tá sieť vyzerá naozaj úžasne.
00:23:36.11 Tu miešame Sey1 a Yop1,
00:23:38 a môžeme vytvoriť naozaj peknú sieť.
00:23:41.13 A tu je ďalší príklad siete
00:23:43.22 byť naozaj veľmi krásny,
00:23:45.23 také krásne, ako to vidíme v extrakte Xenopus
00:23:48.11 alebo v bunkách cicavcov
00:23:50.02 -- možno ešte viac.
00:23:53.05 Takže opäť sieť,
00:23:55.00 ako v systéme Xenopus,
00:23:56.24 vyžaduje nepretržitú funkciu fúznej GTPázy.
00:23:59.17 Ak zablokujeme jeho funkciu pridaním GTP-gamma-S,
00:24:03.05 opäť sieť.
00:24:05.16 predtvarovaná sieť sa behom chvíľky rozloží
00:24:08 do menších štruktúr, malých vezikúl.
00:24:11.05 alebo možno nie také malé vezikuly,
00:24:13.04 tým si nie sme celkom istí.
00:24:15.23 Takže záver je taký, že jeden proteín stabilizujúci zakrivenie,
00:24:19.15 jednej molekuly. jeden.
00:24:24.07 jeden člen rodiny proteínov stabilizujúcich zakrivenie
00:24:26.27 a jednu fúznu GTPázu
00:24:29.10 postačujú na vytvorenie rúrkovej siete ER.
00:24:32.13 Myslím si, že je to veľmi prekvapivý výsledok
00:24:35.10 že môžete vytvoriť celú organelu len z dvoch bielkovín.
00:24:39.24 Myslím si, že je to celkom pozoruhodné.
00:24:44.02 Takže teraz prepnem a položím otázku,
00:24:46.27 ako sa tvoria periférne ER listy?
00:24:49.01 A to. aspoň jeden mechanizmus
00:24:51.27 sa to zdá byť dosť podobné.
00:24:56.17 o čom sme práve hovorili v prípade proteínov formujúcich tubuly.
00:24:58.29 A toto ma privádza späť k tejto veci.
00:25:01.19 čo som už spomínal,
00:25:03.10 že tieto bielkoviny nielen
00:25:06.05 tvoria vysoké zakrivenie tubulov,
00:25:07.20 ale môžu sedieť aj na okrajoch listu.
00:25:10.17 A okraje majú rovnaké zakrivenie membrány
00:25:12.29 ako samotné tubuly.
00:25:14.22 Takže nie je prekvapujúce, že by to urobili
00:25:16.16 tiež stabilizovať plechy,
00:25:18.05 pretože ak stabilizujete okraje,
00:25:21.08 vlastne generujete aj hárky.
00:25:24.11 A vlastne môžete hrať hry.
00:25:27.03 Veľkosť listu závisí od množstva fosfolipidov.
00:25:31.05 Ak pridáte viac fosfolipidov,
00:25:33.03 dostanete viac listov.
00:25:34.23 Ak zvýšite koncentráciu retikulonov,
00:25:36.25 získate viac tubulov.
00:25:38.22 Takže môžete hrať hry medzi plachtami a tubulami.
00:25:41.21 Ale v podstate ide o rovnaký princíp.
00:25:46.00 Teraz, v bunkách cicavcov,
00:25:48.00 môžu existovať aj iné mechanizmy.
Takže v kvasinkách možno mechanizmus, ktorý som práve opísal
00:25:53.08 je jediný, ktorý potrebujete na vytvorenie listov.
00:25:55.03 Ale v bunkách cicavcov,
00:25:56.26 existujú ďalšie bielkoviny, ktoré pomáhajú pri vytváraní plátov.
00:25:59.24 A jeden z týchto proteínov je proteín s názvom Climp63,
00:26:03.11 ktorý objavila skupina Hansa-Petera Hauriho.
00:26:07.25 A tento proteín má veľkú luminálnu doménu.
00:26:10.08 Je to membránový proteín s jedným rozpätím.
00:26:11.28 A zdá sa, že sa tvorí
00:26:14.18 antiparalelnú špirálovú štruktúru
00:26:16.09 cez dva membránové listy.
00:26:19.14 A tak vlastne zachováva dve membránové fólie
00:26:22.25 na väčšiu vzdialenosť, ako by ste našli v kvásku.
00:26:26.03 Takže vzdialenosť v bunkách cicavcov je asi 50 nanometrov
00:26:29.11 v kvasinkách je to asi 30 nanometrov.
00:26:31.24 A tento proteín zväčšuje veľkosť
00:26:33.29 od 30 do 50 nanometrov.
00:26:36.09 Ak to vyklepete
00:26:38.16 -- alebo ho skutočne vyčerpať --
00:26:40.02 potom získate väčší odstup.
00:26:43.10 menšiu vzdialenosť medzi dvoma membránovými listami.
00:26:45.10 Prečo to robí, nie je také jasné,
00:26:47.19 ale možno to poskytuje viac priestoru
00:26:50.12 aby sprievodcovia pracovali v pohotovosti.
00:26:53.10 To je len jedna myšlienka.
00:26:57.13 Takže posledná otázka, ktorej sa chcem venovať, je,
00:26:59.24 ako sú listy naskladané na seba?
00:27:02.11 A toto ma privádza späť k týmto úžasným obrázkom
00:27:04.29 že George Palade a ďalší
00:27:07.01 pred mnohými, mnohými rokmi.
00:27:09.18 Opäť ide o prestrihnutie
00:27:12.22 stoh membránových listov
00:27:15.28 čo vidíte v tom, čo nazývame
00:27:18.11 profesionálne sekrečné bunky ako bunky pankreasu,
00:27:21.08 ktoré vylučujú možno 90 % všetkých bielkovín
00:27:24.20 ktoré skutočne vyrábajú.
00:27:26.17 A ako som už spomenul,
Na membráne je tento hustý súbor ribozómov.
00:27:32.04 Zaujímala nás teda otázka, ako tieto listy
00:27:35.06 sú navzájom prepojené.
Najjednoduchšia myšlienka, ktorá tam bola, bola taká
00:27:39.05 možno by sa nahromadili proteíny na cytoplazmatickej strane.
00:27:42.21 by sa vzájomne ovplyvňovali a udržiavali by membrány
00:27:45.19 v rovnakej vzdialenosti od seba.
00:27:47.16 Ukazuje sa, že to nie je správne.
00:27:50.12 Takže spôsob, akým sme to riešili.
00:27:52.10 a myslíme tu spoluprácu
00:27:55.11 medzi Markom Terasakim z UConn
00:27:58.24 a Jeff Lichtman z Harvardu.
00:28:01.18 Skupina Jeffa Lichtmana sa rozvinula
00:28:03.21 nová metóda, ako systémovo analyzovať,
00:28:07.03 membrány.
00:28:09.05 A tak to funguje nasledujúcim spôsobom.
00:28:11.19 Takže vezmete myši a opravíte ich,
00:28:13.25 a zafarbíte tkanivo.
00:28:15.17 Potom striháte veľmi tenké úseky
00:28:17.14 -- hrúbka 30-40 nanometrov --
00:28:20.07 a tieto úseky zbierate na bežiacej páske.
00:28:25.16 A potom nakŕmite plátky, tieto tenké plátky,
00:28:29.02 priamo do rastrovacieho elektrónového mikroskopu.
00:28:32.06 A potom. takže získate rôzne obrázky po sebe idúcich rezov.
00:28:36.02 A potom použijete počítač na rekonštrukciu.
00:28:38.24 rekonštruovať 3D štruktúru.
00:28:41.13 štruktúry.
00:28:43.21 A toto sme videli.
00:28:46.01 Takže tieto vrstvy sú membránové listy
00:28:48.15 ktoré ste predtým videli v elektrónovom mikroskope.
00:28:52.06 A potom, keď sa pozriete pozorne, môžete vidieť, že existuje
00:28:56.14 špirálové spojenie z jednej úrovne do ďalšej úrovne.
00:28:59.10 Hovoríme tomu helikoid.
00:29:02.17 A zo zrejmých dôvodov,
00:29:04.24 hovoríme tomu parkovacia garáž,
00:29:06.20 pretože ak sa nad tým zamyslíte,
00:29:08.07 je to ako parkovacia garáž.
00:29:09.22 Máte celú vrstvu a potom máte špirálovú rampu.
00:29:12.04 Idete hore po špirálovej rampe,
00:29:13.19 a ste na ďalšej úrovni parkovacej garáže.
00:29:16.03 Idete hore a ste na ďalšej úrovni parkovacej garáže.
00:29:19.13 Presne takto to vyzerá v tomto prípade.
00:29:23.02 Toto sú membrány, ktoré spájajú tieto rôzne úrovne
00:29:28.14 tieto rôzne membránové listy.
00:29:30.20 Pretože toto je helikoid,
00:29:33.06 má to šikovnosť.
00:29:35.03 Takže to môže byť pravák alebo ľavák.
00:29:37.22 A skutočne, keď sme to analyzovali,
00:29:39.29 nájdeme ľavotočivé a pravotočivé helikoidy
00:29:43.09 približne v rovnakom počte, ako by ste mohli očakávať.
00:29:47.03 Takže, aký to má význam?
00:29:50.08 Teraz, v prípade pohotovosti, máte tieto listy.
00:29:54.07 Sú spojené týmito špirálovitými rampami
00:29:57.09 dostať sa z jedného listu na druhý.
00:30:00.09 A tak sa celá organela správa ako jeden celok.
00:30:03.15 Keď máte proteín, ktorý vstupuje do ER
00:30:06 na tomto mieste,
00:30:07.22 môže sa šíriť po celej pohotovosti.
00:30:09.21 A tak sa organela správa ako jedna vec.
00:30:13.10 Toto je veľmi odlišné od hárkov
00:30:16.28 stohovanie v Golgi.
00:30:18.24 Takže v Golgi skutočne vy
00:30:21.22 majú cytoplazmatické proteíny, ktoré spájajú rôzne listy
00:30:24.09 navzájom.
00:30:25.23 Ale nie je tam žiadne membránové spojenie
00:30:27.23 medzi rôznymi hárkami,
00:30:29.08 a tak budete mať každý z týchto zásobníkov oddelený.
00:30:31.14 A vy to chcete urobiť, pretože každý z Golgi sa skladá
00:30:33.29 má samostatné enzýmové zloženie.
00:30:37.04 A potrebujete presunúť proteín
00:30:39.26 z jednej strany na druhú stranu Golgiho
00:30:41.29 veľmi definovaným spôsobom.
Nechcete, aby sa enzýmy pomiešali,
00:30:45.21 všetci spolu.
00:30:47.11 Takže úplne iný spôsob, ako by ste to robili vy
00:30:51.15 stohovať listy na seba,
00:30:53.20 ale dáva to veľký zmysel.
00:30:56.19 Takže toto ma privádza na koniec tejto prednášky.
00:30:59.08 A na to chcem upozorniť. naľavo.
00:31:03.10 na tejto strane tu máte pôvodnú štruktúru ER
00:31:06.09 ktorú videl Keith Porter už dávno.
00:31:12.02 A urobili sme určitý pokrok.
00:31:14.17 Identifikovali sme proteíny, ktoré vytvárajú vysoké zakrivenie.
00:31:17.00 Vygenerovali sme.
00:31:19.14 sme pochopili, ako bielkoviny
00:31:24.03 môže generovať listy.
00:31:25.27 Podarilo sa nám zrekonštituovať
00:31:28.26 rúrkovú sieť in vitro.
00:31:31.09 A tiež sme sa poučili
00:31:33.19 ako môže dôjsť k stohovaniu.
00:31:36.05 Existuje však veľa, veľa otázok
00:31:39.16 ktoré zostávajú nezodpovedané.
00:31:41.02 Len aby som vám uviedol jeden príklad,
00:31:42.26 stále si nerozumieme
00:31:45.03 ktoré proteíny tvoria tieto helikoidy v sekrečných bunkách,
00:31:49.00 a ako sa listy skutočne formujú,
00:31:52.21 a ako generujete hrubé a hladké domény ER v ER
00:31:57.19 je stále veľmi nejasný.
00:31:59.23 Dobre.
00:32:01.07 Napokon, toto sú ľudia, ktorí skutočne prispeli k tejto práci.
00:32:04.02 Sú to hrdinovia, ktorí skutočne vykonali prácu.
00:32:08.25 A ďakujem za pozornosť.

  • Časť 1: Biosyntéza organel a triedenie bielkovín

Terahertzové žiarenie môže narušiť proteíny v živých bunkách – v rozpore s konvenčnou vierou

Výskumníci z RIKEN Center for Advanced Photonics a spolupracovníci zistili, že terahertzové žiarenie, ktoré je v rozpore s konvenčným presvedčením, môže narušiť proteíny v živých bunkách bez toho, aby bunky zabilo.

Toto zistenie naznačuje, že terahertzové žiarenie, ktoré sa dlho považovalo za nepraktické, môže mať uplatnenie napríklad pri manipulácii s bunkovými funkciami pri liečbe rakoviny, ale môžu existovať aj bezpečnostné problémy.

Terahertzové žiarenie je časťou elektromagnetického spektra medzi mikrovlnami a infračerveným svetlom, ktoré je často známe ako “terahertzová medzera”, pretože doteraz chýbala technológia na efektívnu manipuláciu. Pretože terahertzové žiarenie je zastavené kvapalinami a je neionizujúce – čo znamená, že nepoškodzuje DNA tak, ako to robia röntgenové lúče – prebiehajú práce na jeho použití v oblastiach, ako sú kontroly batožiny na letiskách. Vo všeobecnosti sa považuje za bezpečný na použitie v tkanivách, aj keď niektoré nedávne štúdie zistili, že môže mať určitý priamy účinok na DNA, hoci má malú schopnosť skutočne preniknúť do tkanív, čo znamená, že tento účinok by bol iba na povrchu kože. bunky.

Jedna otázka, ktorá však zostala nepreskúmaná, je, či terahertzové žiarenie môže ovplyvňovať biologické tkanivá aj po jeho zastavení prostredníctvom šírenia energetických vĺn do tkaniva. Výskumná skupina z RAP nedávno zistila, že energia zo studeného svetla vstupuje do vody ako “rázová vlna.” Vzhľadom na to sa skupina rozhodla preskúmať, či by terahertzové svetlo mohlo mať takýto vplyv aj na tkanivo.

Rozhodli sa skúmať pomocou proteínu nazývaného aktín, ktorý je kľúčovým prvkom, ktorý poskytuje štruktúru živým bunkám. Môže existovať v dvoch konformáciách, známych ako (G)-aktín a (F)-aktín, ktoré majú rôzne štruktúry a funkcie, keďže (F)-aktín je dlhé vlákno tvorené polymérnymi reťazcami proteínov. Pomocou fluorescenčnej mikroskopie sledovali vplyv terahertzového žiarenia na rast reťazcov vo vodnom roztoku aktínu a zistili, že viedlo k poklesu filamentov. Inými slovami, terahertzové svetlo nejakým spôsobom bránilo (G)-aktínu, aby vytvoril reťazce a stal sa (F)-aktínom. Zvažovali možnosť, že to bolo spôsobené zvýšením teploty, ale zistili, že malý nárast, okolo 1,4 stupňa Celzia, nepostačuje na vysvetlenie zmeny, a dospeli k záveru, že to s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobila rázová vlna.

Na ďalšie overenie hypotézy vykonali experimenty na živých bunkách a zistili, že v bunkách ako v roztoku bola narušená tvorba aktínových filamentov. Nič však nenasvedčovalo tomu, že by žiarenie spôsobilo odumieranie buniek.

Podľa Shota Yamazakiho, prvého autora štúdie, publikovanej v r Vedecké správy, “Bolo pre nás celkom zaujímavé vidieť, že terahertzové žiarenie môže mať vplyv na proteíny vo vnútri buniek bez toho, aby ich samotné zabíjalo. Budeme mať záujem hľadať potenciálne aplikácie pri rakovine a iných ochoreniach.”

Chiko Otani, vedúci výskumných skupín, hovorí: “Terahertzové žiarenie dnes prichádza do rôznych aplikácií a je dôležité úplne pochopiť jeho účinok na biologické tkanivá, a to tak na posúdenie akýchkoľvek rizík, ako aj na preskúmanie pre potenciálne aplikácie.”

Referencia: “Propagácia THz ožarovacej energie cez vodné vrstvy: Demolácia aktínových vlákien v živých bunkách” od Shota Yamazaki, Masahiko Harata, Yuya Ueno, Masaaki Tsubouchi, Keiji Konagaya, Yuichi Ogawa, Goro Isoyama, Chiko Hoshina a Hiromichi Otani, 2. júna 2020, Vedecké správy.
DOI: 10.1038/s41598-020-65955-5


Špecializovaná bunková štruktúra a funkcia: Syntéza bielkovín

Tvorba rôznych typov proteínov je pre bunku jednou z najdôležitejších udalostí, pretože proteín tvorí nielen štrukturálne zložky bunky, ale skladá sa aj z enzýmov, ktoré katalyzujú produkciu zostávajúcich organických biomolekúl potrebných pre život. Vo všeobecnosti je genotyp kódovaný v DNA exprimovaný ako fenotyp proteínom a inými produktmi katalyzovanými enzýmami.

DNA uložená v jadre je príliš veľká na to, aby sa dostala cez jadrovú membránu, takže ju musí skopírovať menšia jednovláknová RNA (transkripcia), ktorá sa z jadra presunie do ribozómov umiestnených v cytoplazme a drsného endoplazmatického retikula. riadiť zostavenie proteínu (preklad). Gény v skutočnosti nevytvárajú proteín, ale poskytujú plán vo forme RNA, ktorá riadi syntézu proteínov.

Prepis

Prepis sa vyskytuje v bunkovom jadre a predstavuje prenos genetického kódu z DNA do komplementárnej RNA. Enzým RNA polymeráza ?

  • Pripojí sa a rozopne molekulu DNA, aby sa z nej stali dva samostatné vlákna.
  • Viaže sa na promótor segmenty DNA, ktoré označujú začiatok jedného reťazca DNA, ktorý sa má skopírovať.
  • Pohybuje sa pozdĺž DNA a spája nukleotidy DNA s komplementárnym nukleotidom RNA, čím vytvára novú molekulu RNA, ktorá je vzorovaná podľa DNA.

Kopírovanie DNA pokračuje, kým RNA polymeráza nedosiahne a signál ukončenia, čo je špecifický súbor nukleotidov, ktoré označujú koniec génu, ktorý sa má skopírovať, a tiež signalizuje odpojenie DNA od novo vyrazenej RNA.

Tri typy RNA sú ?

  • mRNA (messenger RNA) sa prepisuje z DNA a nesie genetickú informáciu z DNA, ktorá sa má preložiť do aminokyselín.
  • tRNA (transferová RNA) ?interpretuje? trojpísmenové kodóny nukleových kyselín k jednopísmenovému aminokyselinovému slovu
  • rRNA (ribozomálna RNA) je najrozšírenejším typom RNA a spolu s pridruženými proteínmi tvoria ribozómy.

Keď RNA polymeráza dokončí kopírovanie určitého segmentu DNA, DNA sa prekonfiguruje do pôvodnej dvojzávitnicovej štruktúry. Novovytvorená mRNA sa presúva z jadra do cytoplazmy.

Preklad

Preklad je premena informácie obsiahnutej v sekvencii nukleotidov mRNA na sekvenciu aminokyselín, ktoré sa navzájom spájajú a vytvárajú proteín. mRNA sa presúva do ribozómy a je ?čítané? pomocou tRNA, ktorá analyzuje úseky troch susediacich nukleotidových sekvencií, tzv kodóny, na mRNA a prináša zodpovedajúcu aminokyselinu na zostavenie do rastúceho polypeptidového reťazca. Tri nukleotidy v kodóne sú špecifické pre konkrétnu aminokyselinu. Preto každý kodón signalizuje zahrnutie špecifickej aminokyseliny, ktorá sa spojí v správnej sekvencii a vytvorí špecifický proteín, ktorý DNA kóduje.

Zostavenie polypeptidu začína, keď sa ribozóm pripojí k a štartovací kodón lokalizované na mRNA. Potom tRNA prenáša aminokyselinu do ribozómov, ktoré sú vyrobené z rRNA a proteínu a majú tri väzbové miesta na podporu syntézy. Prvé miesto orientuje mRNA, takže kodóny sú prístupné pre tRNA, ktorá zaberá zostávajúce dve miesta, keď ukladajú svoje aminokyseliny a potom sa uvoľňujú z mRNA, aby hľadali ďalšie aminokyseliny. Translácia pokračuje, kým ribozóm nerozpozná kodón, ktorý signalizuje koniec aminokyselinovej sekvencie. Polypeptid, keď je dokončený, je vo svojej primárnej štruktúre. Potom sa uvoľní z ribozómu, aby sa začali skrútenia, aby sa nakonfigurovali do konečnej formy, aby začala fungovať.

Bionote

Každý kodón na mRNA špecifikuje konkrétnu aminokyselinu, ktorú rozpoznáva antikodón komplementárnej tRNA. Existuje 20 rôznych aminokyselín a tiež 20 rôznych molekúl tRNA.

Potom, čo sú proteíny vyrobené, sú zabalené a prepravené na miesto určenia zaujímavou cestou, ktorú možno opísať v troch krokoch zahŕňajúcich tri organely:

  1. Vezikuly transportujú proteíny z ribozómov do Golgiho aparát, a.k.a Golgiho komplex, kde sa balia do nových vezikúl.
  2. Vezikuly migrujú na membránu a uvoľňujú svoj proteín von z bunky.
  3. lyzozómy stráviť a recyklovať odpadové materiály na opätovné použitie bunkou.

Enzýmy v Golgiho aparáte modifikujú proteíny a uzatvárajú ich do novej vezikuly, ktorá vystupuje z povrchu Golgiho aparátu. Golgiho aparát sa často považuje za baliace a distribučné centrum bunky.

Vezikuly sú malé, membránou uzavreté obaly, ktoré sa zvyčajne vytvárajú v endoplazmatickom retikule alebo Golgiho aparáte a používajú sa na transport látok cez bunku.

Lyzozómy sú špeciálnym typom vezikúl, ktoré obsahujú tráviace enzýmy pre bunku a sú užitočné pri rozklade zvyškových odpadových produktov proteínov, lipidov, uhľohydrátov a nukleových kyselín na ich zložky, ktoré bunka znovu zostaví a znovu použije.


Čo robí bunková membrána?

Ukotvuje cytoskelet

Bunková membrána funguje ako obal pre vnútorné organely a chráni ich. Táto funkcia je veľmi dôležitá v živočíšnych bunkách, ktorým chýba bunková stena. Táto membrána ukotvuje cytoskelet (bunková ‘kostra’ vyrobená z bielkovín a obsiahnutá v cytoplazme) a dáva bunke tvar.

Mikrofilamenty cytoskeletu sú pripojené k určitým proteínom v bunkovej membráne, najmä k integrálnym. Bolo tiež navrhnuté, že tieto mikrofilamenty držia proteíny na mieste, pretože tieto majú tendenciu sa pohybovať.

Bunková doprava

Bunková membrána je zodpovedná za transport molekúl a iónov do bunky a von z bunky. Membrána je semipermeabilná a umožňuje určitým molekulám voľne sa po nej pohybovať. Väčšina malých hydrofóbnych molekúl (bez afinity k vode) cez túto membránu voľne prechádza. Niektoré z malých hydrofilných molekúl môžu tiež uspieť. Ostatné však musia byť prenášané cez membránu.

Pohyby molekúl cez membránu môžu alebo nemusia vyžadovať využitie bunkovej energie. Takéto pohyby cez plazmatickú membránu možno rozdeliť do troch typov – pasívny, aktívny a hromadný transport.

Pasívna doprava nevyžaduje, aby bunky míňali žiadnu energiu. Môže k tomu dôjsť vo forme jednoduchej difúzie, uľahčenej difúzie alebo osmózy. Jednoduchá difúzia sa vzťahuje na pohyb molekúl cez membránu z oblasti s vyššou koncentráciou do inej s nižšou koncentráciou. Takýto pohyb pokračuje dovtedy, kým obe strany nemajú rovnomernú koncentráciu.

Existujú určité faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť pasívnej alebo jednoduchej difúzie. Rýchlejší pohyb možno zaznamenať v prípade veľkého rozdielu v koncentrácii (medzi vnútornou a vonkajšou stranou) alebo pri vysokej teplote.

Čím menšie sú molekuly, tým rýchlejšie môžu prejsť cez membránu. Aj v prípade osmózy sa voda (rozpúšťadlo) pohybuje cez semipermeabilnú membránu, ak má jedna strana membrány vyššiu koncentráciu rozpustenej látky (rozpúšťaná látka je látka rozpustená v kvapalnom rozpúšťadle) ako druhá. V tomto prípade je pohyb molekúl rozpúšťadla z menej koncentrovaného roztoku do koncentrovanejšej časti. Osmóza je tiež forma pasívnej difúzie.

Druhom pasívneho transportu je uľahčená difúzia. Pri uľahčenej difúzii molekuly prechádzajú cez kanály v určitých transportných proteínoch. Ani tento typ difúzie nevyžaduje žiadnu energiu. Ak sú však molekuly, ktoré sa majú niesť, príliš veľké alebo zamýšľaný pohyb je proti gradientu (od nízkej koncentrácie po vysokú), musí sa minúť energia. V takýchto prípadoch sú molekuly/ióny identifikované určitými proteínmi predtým, ako sú transportované cez plazmatickú membránu, pomocou iného súboru proteínov, ktoré získavajú energiu z ATP, čo sa nazýva aktívny transport. Pri tomto type transportu sú proteíny skutočne selektívne a špecifické. Tieto transportné proteíny majú na jednom konci otvory, cez ktoré vstupujú molekuly alebo ióny a pripájajú sa k funkčným skupinám vo vnútri proteínu. Transportné proteíny získavajú energiu z ATP a menia svoj tvar, aby uvoľnili molekulu na druhej strane bunkovej membrány.

Hromadná preprava sa často vykonáva pomocou vezikúl. Transport materiálov z buniek sa nazýva exocytóza. Ak sa transport uskutočňuje zvonku dovnútra, proces sa nazýva endocytóza, ktorá môže byť troch typov: fagocytóza, pinocytóza a sprostredkovaná receptormi.

Pri endocytóze vytvára plazmatická membrána malú priehlbinu (pseudopodium), do ktorej sa zhromažďujú transportované materiály a vytvárajú vezikuly. Vezikula sa presunie na vnútorný povrch bunkovej membrány a neskôr sa spojí s Golgiho aparátom.

Fagocytóza je transport pevných látok, pinocytóza sa týka pohybu tekutín, ktoré sú prenášané vo vezikulách. Endocytóza sprostredkovaná receptormi je komplexná forma, v ktorej sa receptorové proteíny v membráne viažu na materiály, ktoré sa majú transportovať. Touto metódou môžu byť transportované iba špecifické molekuly/ióny.

V prípade exocytózy sa vezikuly presúvajú na vnútorný povrch plazmatickej membrány, prechádzajú cez ňu a otvárajú sa von, takže obsah sa uvoľňuje mimo bunky. Prasknuté vezikuly sa spájajú s plazmatickou membránou. Okrem transportu materiálov mimo bunky je exocytóza nápomocná aj pri obnove plazmatickej membrány. Vezikuly na exocytózu sa tvoria buď z endoplazmatického retikula, alebo z Golgiho komplexu. Tieto vezikuly naplnené materiálmi, ktoré sa majú vypudiť, sú transportované z vnútorných oblastí do periférie pomocou cytoskeletu.

Bunkový transport je jednou zo životne dôležitých funkcií plazmatickej membrány. Okrem podpory cytoskeletu a transportu molekúl a iónov majú bunkové membrány aj rôzne iné funkcie.

  • Interakcia s inými bunkami: Membrána je tiež zodpovedná za pripojenie bunky k extracelulárnej matrici (neživému materiálu, ktorý sa nachádza mimo buniek), takže bunky sa môžu zoskupovať a vytvárať tkanivá.
  • Komunikácia s inými bunkami: Proteínové molekuly v bunkovej membráne prijímajú signály z iných buniek alebo vonkajšieho prostredia a premieňajú signály na správy, ktoré sa prenášajú do organel vo vnútri bunky.
  • Vykonáva metabolické činnosti: V niektorých bunkách sa určité proteínové molekuly zoskupujú a vytvárajú enzýmy, ktoré vykonávajú metabolické reakcie blízko vnútorného povrchu bunkovej membrány.

Toto je len stručný prehľad funkcií a štruktúry bunkových membrán. Ak je funkcia časti bunky taká zložitá, zamyslite sa nad ostatnými časťami a tisíckami buniek v organizme. Stručne povedané, bunky sú mikroskopické, ale sú vysoko vyvinuté na vykonávanie týchto zložitých úloh. V prípade ľudí má priemerný dospelý človek v tele asi 100 biliónov buniek. Práve hladké fungovanie týchto buniek udržuje človeka zdravého.

Súvisiace príspevky

Jadro je guľovitá organela prítomná v každej eukaryotickej bunke. Je to riadiace centrum eukaryotických buniek, zodpovedné za koordináciu génov a génovú expresiu. Štruktúra&hellip

Cytoplazma je tekutina, ktorá zaberá a vypĺňa priestor vo vnútri bunky. Gélová cytoplazma obsahuje a drží rôzne organely bunky na mieste. Je to&hellip

Rastliny poznáme od nepamäti a sú súčasťou nášho každodenného života, či už priamo alebo nepriamo, ale vieme, čo vlastne znamená štruktúra rastlinnej bunky?