1
MBR1 2015
1) Architektura buňky a) b) c) d)
Buněčná stěna Buněčné membrány Jádro Mebránové struktury
2
Odhalení struktury buňky: - elektronová mikroskopie - světelná mikroskopie Laserová konfokální mikroskopie, reportérové molekuly (fluorescenční barviva, fluorescenční proteiny - GFP)
- chemie a mol. biologie Hmotnostní spektrometrie
3
a) Buněčná stěna Architektura buněčné stěny
List Zinnia - P-houbový parenchym, AS-vzduchové prostory – usnadňují výměnu plynů.
Epidermální buňky okvětního lístku Hledíku většího (Antirrhinum majus) – odráží světlo a tím zvyšují jas květu.
Xylémová tracheida s radiálními ztluštěninami – zvyšují pevnost tracheidy při transportu vody.
Obrázek z transmisního elektronového mikroskopu – spojení tří buněk
Primární buněčná stěna: - formuje „kostru“ rostliny - určuje morfologii rostliny - dynamická, mění se - určuje rychlost a směr růstu
Sekundární buněčná stěna: - pevnější, složitější struktura
Střední lamela spojuje k sobě primární buněčné stěny jednotlivých buněk – tvoří se při dělení buněk a roste při zvětšování buňky. Roh buněk je vyplněn na pektin bohatými polysacharidy; u starších buněk je materiál degradován A vzniká vzduchový prostor; G - Golgiho aparát, ER – endoplazmat. retikulum, M – mitochondrie, V – vakuola
4
Primární buněčná stěna:
Celulóza Uloženo v matrix pektinových polysacharidů Zesíťující glykany Strukturní proteiny a fenylpropanoidy
5
Celulóza - 15-30% DW buněčné stěny - řetězce 2 až 20 tisíc (1-4)-β-D-glukózových jednotek - uspořádané v mikrofibrilách (36 celulózových řetězců v 1 mikrofibrile)
Kalóza – polymer glukózy - glukózové jednotky mají vazbu (1-3)-β-D =>helikální tvat - netvoří mikrofibrily - výskyt: pylová zrna, pylová láčka, buň. přepážky v dělících se buňkách a buňkách napadených patogenem
Zesíťující glykany (dříve hemicelulóza) – drží pohromadě celulózovou síť; tvoří vodíkové vazby s celulózou i spolu navzájem
6
Xyloglukan (XyG)
Vedlejší řetězec z xylózy a arabinózy Glukózová kostra
Xylózová kostra
Vedlejší řetězec z kys. glukoronové
Glukoronoarabinoxylan (GAX) Kostra z (1-4)-spojených xylózových jednotek
+
vedlejší řetězce z arabinózy a kyseliny glukoronové Vedlejší řetězec z arabinózy
7 Primární buněčná stěna krytosemenných – typ I a typ II
Dvouděložné a polovina jednoděložných (množství celulózy = množství xyloglukanů)
Jednoděložné skupiny Comelinoid (bromélie, palmy, trávy, zázvory; hlavně glukoronoarabinoxylany; u obilovin beta-glukany)
8 Polymery pektinové matrix tvoří druhou síť v primární buněčné stěně
Pektiny = heterogenní směs rozvětvených a vysoce hydratovaných polysachyridů bohatých na kyselinu D-galakturonovou
Homogalakturonan (HGA) – lineární řetězec kys. galakturonové Pektiny Rhamnogalakturonan – lineární řetězec střídajících se reziduí kys. galakturonové a rhamnózy Pektiny – ovlivňují porozitu buněčné stěny a iontovou rovnováhu; pomáhají detekovat přítomnost symbiotických organizmů, patogenů a hmyzu; velice rozšířené v buněčné stěně plodů
9 Strukturní proteiny – nepolysacharidová složka, tvoří třetí síť v buněčné stěně Typu I; kontrola prodlužování buněčné stěny a interakce pylu z bliznou
1) Glykoproteiny bohaté na hydroxyproliny Extensin – tvar tyčky, odpovědný za rigiditu buň. stěny 2) Glykoproteiny bohaté na proliny 3) Proteiny bohaté na glycin 4) Glykoproteiny bohaté na threoniny 5) Arabinogalaktanové proteiny – z 95% tvořeny cukry; zakotveny v plazmatické membráně prostřednictvím fosfatidylinositolové kotvy; důležité pro signalizaci
Buněčná stěna Typu II - málo strukturních proteinů, neobsahují extensin, bohaté na threonin a fenolické složky = fenylpropanoidy Fenolické složky = kys. hydroxyskořicová, spojuje polysacharidy s proteiny
10 Nová buněčná stěna vzniká během buněčného dělení Golgiho vezikuly s glykoproteiny a necelulózovými polysacharidy míří k dělícímu vřeténku – fúzují a vytváří fragmozómy. Fragmozómy rostou směrem ke stěně sousední buňky, kde fúzují z plazmatickou membránou – oddělení obsahu dvou dceřiných buněk.
11 Golgiho vezikuly přinášejí necelulózní komponenty. Celulózové mikrofibrily jsou syntetizovány enzymem celulóza syntázou (enzym vestavěný do plazmatické membrány). Celulózové mikrofibrily jsou vytlačovány z plazmatické membrány do buněčné stěny.
Během vývoje buňky zvětšují délku 20 – 50x. Buněčná stěna se rovněž zvětšuje – musí být rozvolněna a doplněna o nový materiál (vliv auxinu).
12 Sekundární buněčná stěna – ukládá se na vnitřní straně primární buněčné stěny
Složení a vzor ukládání sekundární stěny se u buněk liší.
Bavlník: 98% celulóza Semenná pletiva: necelulózové polysacharidy Obilný endosperm: manany (polymery manózy) – využívány jako zdroj energie během klíčení semen a raný růst rostlinky
β-glukany – pro lidskou obživu; snižuji hladinu krevního cholesterolu
Ligniny – směs fenylpropanoidů – sekundární metabolity; častá součást sekundární buněčné stěny – pevná a odolná stěna Suberin – podobný ligninu, hydrofóbní charakter; epidermální buňky stonků, korkových buněk, povrch poraněných buněk Kutin – polymer mastných kyselin propojených estery; listy a povrch stonků; bariéra proti fúzi vodních par
Vosky – estery dlouhořetězcových mastných kyselin a alkoholů; syntetizovány v ER
13
14
b) Buněčné membrány Protoplast je obklopený plazmatickou membránou Plazmatická membrána udržuje elektrochemické prostředí uvnitř buňky Plazmatická membrána - dvojvrstva polárních molekul lipidů spojených s řadou proteinů Fosfolipidy Glykolipidy
Amfipatické molekuly:
Steroly
- hydrofóbní ocásky - hydrofilní (polární) hlavička
Hydrofóbní ocásky – mastné kyseliny, 14-24 atomů uhlíku
Nasycená mastná kyselina
Nenasycená mastná kyselina
15 Nenasycené mastné kyseliny
16 Hydrofilní (polární) hlavička – obsahuje fosfátovou skupinu; hlavička glykolipidů obsahuje cukr Lipidy ve vodě spontánně tvoří dvojvrstvy; hydrofóbní ocásky odpuzují vodu a interagují spolu
Steroly – hydrofóbní uhlovodíková kostra a jednoduchá hydrofilní hydroxylová skupina
př. Cholesterol
17
Integrální proteiny – hydrofilní a hydrofóbní doména; někdy připojeny cukry Periferní proteiny – interagují s lipidy a proteiny prostřednictvím solných můstků, hydrogenních vazeb, elektrostatických interakcí Zakotvené proteiny – připojeny k dvojvrstvě pomocí lipidových kotev
18 Membránové proteiny:
specifické transportéry (kanály, pumpy) přenos signálu (receptory) enzymatická katalýza (syntéza celulózy) strukturní funkce
Membránové proteiny definují specificitu každého membránového systému
Nepolární molekuly – snadno difundují hydrofóbním jádrem dvojvrstvy Hydrofilní polární molekuly a ionty – difundovat nemohou H2O – výjimka, polární, ale snadno difunduje membránou
Lipidy : proteiny : karbohydrátové řetězce
2:2:1
19 Plazma membrána tvoří hranici mezi živým protoplastem a vnějším prostředím Plazmodezmata – cytoplazmatické kanály (40-50 nm); propojují rostlinné buňky
20 Prostřednictvím plazmodezmat buňky sdílí plazmatickou membránu
Ionty a malé molekuly (do 800 Da) – volně difundují z buňky od buňky pomocí plazmodezmat Buňky jsou schopny zvyšovat velikost plazmodezmat (až pro molekuly do 10 kDa)
=
Symplast – síť navzájem propojených protoplastů Apoplast – buněčná stěna a vzduchové prostory
Cytoplazmatické pouzdro
21
c) Jádro Prominentní organela; 3 – 10 um; Většina genetická informace buňky N – jádro NU – jadérko; syntéza ribozomální RNA, úprava RNA a spojování s proteiny – vznikají ribozomální podjednotky, které jsou transportovány do cytoplazmy NE - jaderná obálka; dvě dvojvrstvy oddělené lumenen (perinukleární prostor); obsahuje jaderné póry Chromatin – komplex DNA a proteinů; vytváří chromozomy; v nedělící se buňce (interfáze) je chromatin ve formě vláken – vytváří síť, dochází k transkripci genů a syntéze DNA.
22
Vnější membrána jaderná obálky je pokračováním ER a obsahuje ribozómy
23
d) Membránové struktury Extenzivní, navzájem propojená série organel, která je zodpovědná za syntézu, úpravu a ukládání makromolekul.
Transport mezi kompartmenty: - sekretované molekuly k povrchu buňky - vakuolární proteiny do vakuoly - membránové proteiny a lipidy z místa syntézy do dalších částí endomembránového systému
24 Endoplazmatické retikulum (ER) Pokračovánín jaderné obálky; rozsáhlá, mnohostranná a adaptabilní organela – 16 různých domén
Funkce: - syntéza, zpracování a rozdělování proteinů; i syntéza lipidů; - v ER jsou kotvící místa pro aktinová filamenta cytoskeletu - regulace koncentrace Ca2+
25
3 typy ER membrán 1) Drsné ER – má ribozómy; syntéza proteinů
2) Hladké ER – bez ribozómů;
3) Jaderná obálka
Translace jaderných mRNA začíná v cytozolu na volných ribozomech.
Syntéza proteinů ukončena v ER. Translokace rozpustných proteinů do lumenu ER. Integrální proteiny inkorporovány do membrány ER Úprava proteinů (např. glykosylace), jejich modifikace, která ovlivňuje trojrozměrné uspořádání proteinu.
Transport upravených proteinů prostřednictvím vezikul.
Fúze s Golgiho cisternami
Prolaminy (zásobní proteiny) se vyhýbají Golgiho aparátu. Jsou transportovány přímo do vakuol.
26
27
Membrány hladkého ER – syntéza lipidů
V hladkém ER je syntetizován i triacylglycerol (semena a pylová zrna) Triacylglycerol se akumuluje mezi vnitřní a vnější membránou v místech, která obsahují proteiny oleosiny.
Oleosomy
28
V hladkém ER jsou syntetizovány monomery (velice dlouhé řetězce mastných kyselin) vosků a kutinů
Transport monomerů vně buňky není znám.
Hypotéza
29 Golgiho aparát (diktyozom) - cysternový štosek (1µm) – 5-8 cisteren - trans-Golgiho síť (TGN) – tubulární struktura spojená s Golgiho štoskem - Golgiho matrix – vláknitá klec ohraničující štosky a TGN Funkce: - syntéza, modifikace, balení a rozdělování makromolekul určených pro export k buněčné stěně nebo k další organelám - modifikace vedlejších cukerných řetězců glykoproteinů a glykolipidů (cukerné řetězce specifikují interakci mezi plazmatickou membránou a buněčnou stěnou) - zodpovědný za syntézu nebo zesítění glykanů Počet štosků: 20 až 10 tisíc
30 Transport prostřednictvím Golgiho aparátu je směrovaný
Produkty z ER jsou transportovány prostřednictvím cis, medial či trans cisteren do TGN.
Z TGN vznikají 2 typy vezikul: - pokryté COP proteiny - transport do plazmatické membrány a buněčné stěny - pokryté proteinem clathrinem - transport do vakuoly Proteiny určené pro vakuoly obsahují specifické AK a jsou transportovány pomocí MVB – multivezikulárních tělísek.
31 Exocytóza – membrána Golgiho vezikuly fúzuje s plazmatickou membránou a obsah se vyleje do buněčné stěny
- doručení proteinů a polysachyridů do vnějšího prostředí
- doručení nových proteinů a lipidů k PM
Endocytóza – vrácení membránových komponent pro recyklaci či degradaci
- příjem extracelulárních molekul - import vezikul odvozených z PM a pokrytých clathrinem
- import vezikul odvozených z PM do vakuoly se děje prostřednictvím MVB (multivezikulárních tělísek)
32 Vakuola Tekutinou naplněné kompartmenty pokryté tonoplastem; 30-90% objemu buňky Dospělé buňky – velké vakuoly Mladé buňky (např. meristematické) – větší počet malých vakuol
Vakuoly pochází z provakuol, které pučí z ER Funkce: - velká vakuola omezuje metabolicky aktivní cytoplazmu do tenké vrstvy, zvětšuje její povrch a tím maximalizuje výměnu plynů a živin
Tradescantia – vakuoly buněk vlásků na tyčinkách obsahují antokyany
- uchovávání iontů a molekul: rezervoár protonů, org. kyselin a metabolicky aktivních iontů (Ca2+), polysacharidů, lytických enzymů, těžkých kovů, obranných látek (taniny, kys. šťavelová, proteázy, nukleázy), pigmentů, proteinů (v semenech)
