Клетъчни основи на живота Клетъчна репродукция Ралица Живкова, PhD Главен асистент в катедра Биология
Основни компоненти на прокариотната клетка
M.Markova
70S рибозоми
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.
Тилакоиди при фотосинтезиращи прокариоти
Основни компонети на еукариотната клетка •Ядро (нуклеоплазма) •Цитоплазма: цитозол включения oрганели:
цитоплазмен
Универсални / специфични
Мембранно ограничени: едномембранни (ЕПР, АГ, лизозоми, пероксизоми) двумембранни (митохондрии, пластиди) Немембранни (рибозоми, цитоскелет, цитоцентър)
Компартменти плазмалема мембрани на ядрената обвивка ендомембрани (ЕПР, АГ, митохондриални и пластидни мембрани, пероксизомни и вакуолни мембрани)
Екстрацелуларен матрикс матриксни макромолекули фибриларни и адхезивни молекули протеогликани хиалуронова киселина
Клетъчни рецептори
Белтъчна молекула или гликопротеин, вгладен в клетъчната мембрана или в цитоплазмата Лиганд, свързващ се с рецептора: – – – – –
Пептид Невротрансмитер Хормон Лекарства Токсини
Свързването на рецептор и лиганд предизвиква конформационни промени на рецепторната молекула
Отговор в клетката: лиганд-агонист или лиганд-антагонист
Мембранни рецептори
(повърхностни или трансмембранни) Мембранни рецептори, свързани с йонен канал Свързани с G протеин мембранни рецептори (индиректно влияние чрез контрол върху йонните канали) Ензим-свързани мембранни рецептори
Вътреклетъчни рецептори за стероидни и тироидни хормони
Болести, свързане с дефекти на клетъчните рецептори Паркинсонова болест – антитела срещу допаминови рецептори Myastenia gravis – антитела срещу ацетилхолинови рецептори
G-protein свързва ГТФ в клетките
The Lingerman Research Group
Проникване на HIV вирус в Т-лимфоцит чрез закотвени в мембраната рецептори
Сигнална трансдукция
By D. Secko, The Science Creative Quaterly, 2009
Произход и еволюция на клетките Мутации
вариабилност в генетичната информация, предавана в потомството
Селекция (отбор)
оцеляване и размножаване на определени генетични варианти
Семейство РНК молекули,
катализиращи собствената си репликация
ДНК – стабилна молекула за
съхраняване и предаване на генетичната информация в клетъчните поколения
Хипотези за произхода на еукариотите Автогенна Общ предшественик за прокариоти и еукариоти
Симбионтна Внедряване на цели прокалиотне клетки
Клетъчна репродукция Клетъчен цикъл
M.Markova
интерфаза
Точка на обвързване точка на рестрикция, старт в края на G 1 циклини циклин- зависими кинази
Репликация Вход в митоза MPF от края на G 2 (до края на метафаза) © 2002 by Bruce Alberts et al.
G1 S G2
Изход от митоза настъпване на анафаза циклозома хромозомни центромерни белтъци - кохезини
М-фаза
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Š 2002 by Bruce Alberts et al.
© 2002 by Bruce Alberts et al., photographs – C.I.Rieder, J.CWaters, R.W.Cole
Š 2002 by Bruce Alberts et al.
Š 2002 by Bruce Alberts et al.
Затворена митоза
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Растителните клетки
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Контрол на клетъчното делене при многоклетъчните организами • Неделящи се клетки – неврони, клетки на скелетните мускули
• Рядко делящи се клетки – външен разрешителен сигнал • Бързо делящи се клетки – дробене при ранни зародиши
-
Растежни фактори
липса на някой от тях вкарва клетката в G0 обратно вкарване в пролиферативен цикъл, свързано с развитие на рецепторите за определени растежни фактори - паракринна и автокринна (тумори) регулация
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Зависимо от плътността инхибиране на деленето
Поддържа
оптимална пътност на клетъчните популации в многоклетъчния организъм
- увеличена контактна повърхност с базална мембрана – стимул на деленето - намален контакт с базална мембрана или дъно на съд – инхибиране на митоза - туморни клети
Гени за социален контрол при многоклетъчните Онкогени Подложени на мутация или вирусна трансформация гени Не работи повърхностното инхибиране Ендогенен синтез на растежни фактори
Тумор-супресорни гени Задържат деленето в контролните точки на клетъчния цикъл (в норма) При мутации отпада забрана за делене и клетката се дели безконтролно
Прото-онкогени Сигнализират разрешение за делене (в норма) Нормално присъствещи в генома гени, способни да станат онкогени при доминантна мутация или свръхекспресия При делеция или точкова мутация – производства на свръхактивен белтък в нормално количество При амплификация или хромозомни преустройства и сближаване с енхансер – свръхпроизводство на нормален белтък
Клетъчно стареене и смърт Апоптоза (програмирана клетъчна смърт) Кондензиране, фрагментиране на ядрото и клетката Клетъчните фрагменти са ограничени от клетъчна мебрана
Пръсти на миша лапичка From W. Wood et al., Development 127:5245– 5252, 2000. © The Company of Biologists
Два пътя за старт на апоптоза
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Некроза Набъбване на клетката, лизиране на мембраната, изтичане на клатъчното съдържимо
некроза
апоптоза in vitro
апоптоза в тъкан
© 2002 by Bruce Alberts et al.
Съвпадение на жизнен цикъл с клетъчен цикъл Бързоделящи се клетки – интерфаза - митоза Прокариоти и едноклетъчни еукариоти – безсмъртие Многоклетъчни еукариоти - скъсяване на теломерите на хромозомите при всяка следваща репликация -
броят клетъчни деления in vitro е зависим от възрастта на донора на клетъчната линия: фетални човешки фибробласти – 50 човешки фибробласти от зрял организъм – 40 човешки фибробласти от стар организъм - 30
Амитоза Исторически термин Днес различаваме:
Затворена митоза (Protozoa)
Регенеративна амитоза (регенерация на черен дроб)
Дегенеративна амитоза
Апоптоза (преходен епител на пикочния мехур)
Клетъчен цикъл
M.Markova
Синхронизирани клетъчни култури
Вещества, задържащи клетъчния цикъл в специфична стъпка
Изронване и отливане на заоблените клетки (М-фаза)
Центрофугиране
Регулация на клетъчния цикъл Точка на обвързване
(точка на рестрикция, старт)
в края на G 1 G 1 циклини циклин- зависими кинази G1-Cdk S – фаза активатор на границата G 1 – S S-Cdk
Репликация - S цитоплазмен контрол за: завършена репликация и удвоен микротубулен организатор
Вход в митоза MPF от края на G 2 (до края на метафаза)
Изход от митоза настъпване на анафаза циклозома хромозомни центромерни белтъци
Двигател на клетъчния цикъл Специфично фосфорилиране на белтъци – субстрати (чрез протеинкинази) Ген –> киназа Ген –> циклин Циклин + киназа = циклин-зависима киназа
M.Markova
G 1 циклини ,G1-Cdk S – фазови циклини,S-Cdk Митотична Cdk, MPF Циклозома (APC)
1. 2.
Eнзимен комплекс, който: Свързва митотичните циклини с убиквитин Активира протеаза, разграждаща кохезините в центромерната област на хромозомите
Циклозома APC
M.Markova
M.Markova
M.Markova