Plasmalemma poolt moodustatud struktuurid. Uurimismeetodid histoloogias
Need on kehad, mis on piiratud bilipiidmembraaniga ja sisaldavad elektrontihedat maatriksit, mis koosneb komplektist
hüdrolüütilised ensüümvalgud (rohkem kui kolmkümmend tüüpi hüdrolaase), mis on võimelised lagundama mis tahes polümeeriühendeid (valgud, rasvad, süsivesikud) ja nende komplekse monomeerseteks fragmentideks.
Lüsosoomide ülesanne on tagada rakusisene seedimine, st nii eksogeensete kui ka endogeensete biopolümeersete ainete lõhustamine.
Lüsosoomide klassifikatsioon:
1) primaarsed lüsosoomid – elektrontihedad kehad;
2) sekundaarsed lüsosoomid - fagolüsosoomid, sealhulgas autofagolüsosoomid;
3) tertsiaarsed lüsosoomid ehk jääkkehad.
Tõelised lüsosoomid on väikesed elektrontihedad kehad, mis on moodustunud lamellkompleksis. Lüsosoomide seedimisfunktsioon algab alles pärast sulandumist fagosoomiga (fagotsütoositud aine, mida ümbritseb bilipiidmembraan) ja fagolüsosoomi moodustumist, milles fagotsütoositud materjal ja lüsosomaalsed ensüümid segunevad. Pärast seda algab fagotsütoositud materjali biopolümeersete ühendite lagunemine monomeerideks - aminohapeteks, suhkruteks. Need molekulid tungivad vabalt läbi fagolüsosoomi membraani hüaloplasmasse ja rakud kasutavad neid seejärel energia tootmiseks või uute intratsellulaarsete makromolekulaarsete ühendite loomiseks. Mõnda ühendit ei saa lüsosoomi ensüümid lõhustada ja seetõttu eemaldatakse need rakust muutumatul kujul eksotsütoosiga (fagotsütoosi pöördprotsess). Lipiidsed ained praktiliselt ei lagune ensüümide toimel, vaid kogunevad ja tihenevad fagolüsosoomi. Neid moodustisi nimetati tertsiaarseteks lüsosoomideks (või jääkkehadeks).
Fagotsütoosi ja eksotsütoosi käigus taaskasutatakse rakus membraane: fagotsütoosi käigus eraldub osa plasmalemmast ja moodustub fagosoomi kest, eksotsütoosi käigus integreerub see membraan uuesti plasmalemmasse. Kahjustatud, muutunud või vananenud rakuorganelle kasutab rakk rakusisese fagotsütoosi mehhanismi kaudu lüsosoomide abil. Esialgu ümbritseb neid organelle bilipiidmembraan ja moodustub vakuool - autofagosoom. Seejärel ühinevad sellega üks või mitu lüsosoomi ja moodustub autofagolüsosoom, milles toimub biopolümeersete ainete hüdrolüütiline lõhustamine, nagu fagolüsosoomis.
Peroksisoomid
Peroksisoomid on tsütoplasmaatilised mikrokehad (0,1-1,5 µm), mis oma struktuurilt sarnanevad lüsosoomidega, kuid erinevad neist selle poolest, et nende maatriks sisaldab kristallilaadseid struktuure ning ensüümvalkude hulgas on katalaasi, mis hävitab aminohapete oksüdatsiooni käigus tekkinud vesinikperoksiidi.
RAKUSISESTE TSISTERIDE SÜSTEEM, SORDID. RAKUSISESED KONVEEERID VALGIDE, RASVDE JA SÜSIVESIKUTE SÜNTEESIKS: KOMPONENDID, TÄHENDUS.
Rakusiseste tsisternide süsteemi, millesse kogunevad raku poolt sünteesitud ained, nimetatakse Golgi kompleksiks (aparaadiks). Golgi kompleks on väikesesse tsooni kogutud tsisternide kogu. Nende tsisternide eraldi kogunemistsooni nimetatakse diktüosoomiks. Mahutid on paigutatud virna. Virnade vahel on õhukesed hüaloplasmi kihid. Keskel on paakide membraanid lähestikku ja perifeerias võivad neil olla laiendused (ampullid). Lisaks tihedalt paiknevatele lamedatele tsisternidele täheldatakse Golgi aparaadi tsoonis palju vakuoole. Väikesed vakuoolid eralduvad lamedate tsisternide servade laiendustest. Diktüosoomi tsoonis on tavaks eristada proksimaalset ehk arenevat cis-lõiget ja distaalset ehk küpset translõiget. Sekreteerivates rakkudes on Golgi aparaat tavaliselt polariseeritud: ühel küljel moodustuvad pidevalt membraanikotid, teiselt poolt aga eralduvad vesiikulite kujul. Golgi aparaadi tsisternad on ühendatud ER tuubulitega.
Intratsellulaarne konveier :
ribosoom - endoplasmaatiline retikulum - Golgi kompleks
RAKUTUUM: MIKROSKOOPILINE, ULTRAMIKROSKOOPILINE STRUKTUUR JA INTERFAASITUUMA FUNKTSIOONID.
Tuumon seda sisaldava raku kõige olulisem komponentgeneetiline aparaat.
Kerneli funktsioonid:
1 geneetilise teabe salvestamine (kromosoomides paiknevates DNA molekulides);
2 geneetilise informatsiooni realiseerimine, erinevate protsesside rakendamise kontrollimine rakus - sünteetilisest programmeeritud surmani (apoptoos);
3 geneetilise teabe reprodutseerimine ja edastamine (rakkude jagunemise ajal).
Tavaliselt on rakus ainult üks tuum, kuid neid onmitmetuumalised rakud, mis tekivad rakkude jagunemise tulemusena, millega ei kaasnetsütotoomia,või mitme mononukleaarse raku liitmine (viimaseid nimetatakse õigeminilihtsad).
Kerneli kujuerinevad rakud ei ole ühesugused: on ümmarguse, ovaalse, ubakujulise, vardakujulise, mitmesagaralise, segmenteeritud tuumaga rakke; Südamiku pinnal on sageli lohud. Kõige sagedamini vastab tuuma kuju üldiselt raku kujule: tavaliselt on see ümmarguste või kuubikujuliste rakkude puhul sfääriline, prismarakkudes piklik või ellipsoidne, lamedate rakkude puhul lame.
Põhiasukoht varieerub erinevates rakkudes; see võib asuda raku keskel (ümmargustes, lamedates, kuubikujulistes või piklikes rakkudes), selle basaalpoolusel (prismarakkudes) või perifeerias (näiteks rasvarakkudes).
Südamiku suuruson iga rakutüübi puhul suhteliselt konstantne, kuid võib teatud piirides varieeruda, suurenedes raku funktsionaalse aktiivsuse suurenemisel ja vähenedes, kui see on inhibeeritud.
Kerneli komponendid. Mittelõhustuva tuumas(faasidevaheline)rakud tuvastataksekaryolemma (tuumaümbris), kromatiin, nukleool ja karüoplasma (tuumamahl). Nagu järgmisest arutelust näha,
kromatiin ja nukleool ei ole tuuma iseseisvad komponendid, vaid on morfoloogiline peegelduskromosoomidesinevad faasidevahelises tuumas, kuid ei tuvastata eraldi moodustistena.
Tuumaümbris
Tuuma ümbris (karüolemma) valgus-optilisel tasemel praktiliselt tuvastamatu; elektronmikroskoobi all avastatakse, et see koosneb kaks membraani - välimine ja sisemine, - eraldatud 15-40 mm laiuse õõnsusega (perituumaruum) ja koonduvad piirkonnas tuumapoorid.
Väline membraan moodustab grEPS-i membraanidega ühtse terviku – selle pinnal on ribosoomid ning perinukleaarne ruum vastab grEPS-i tsisternide õõnsusele ja võib sisaldada sünteesitud materjali. Tsütoplasmaatiliselt küljelt ümbritseb välismembraani lahtine vaheühendite võrgustik (vimentiini) filamendid.
Sisemine membraan - sile, selle lahutamatud valgud on seotud tuumakihiga -lamina -kiht paksusega 80-300 nm, mis koosneb omavahel põimunud vahefilamentidest(lamiinid),moodustades karüoskeleti. Laminaal on väga oluline roll: (1) hooldamiselvormidtuumad; (2) korrapärane virnastaminekromatiin;(3) struktuurne korraldusaurukompleksid; (4) kariolemma moodustumine rakkude jagunemise ajal.
Tuumapooridhõivavad 3-35% tuumaümbrise pinnast. Neid on rohkem intensiivselt funktsioneerivate rakkude tuumades ja puuduvad seemnerakkude tuumades. Poorid (vt. joon. 3-19) sisaldavad kahte paralleelset 80 nm läbimõõduga rõngast (üks mõlemal kariolemma pinnal), mis moodustuvad8 valgu graanulit. Nendest graanulitest koonduvad nad keskpunkti poolefibrillid, vormi vahesein (diafragma) umbes 5 nm paksune, mille keskel asubkeskne graanul (mõnede ideede kohaselt on see ribosomaalne subühik, mida transporditakse läbi pooride). Tuumapooriga seotud struktuuride kogumit nimetataksetuumapooride kompleks. Viimane moodustab 9 nm läbimõõduga veekanali, mille kaudu liiguvad väikesed vees lahustuvad molekulid ja ioonid. Pooride komplekside graanulid on struktuurselt seotud tuumakihi valkudega, mis osalevad nende organiseerimises.
Looma ja inimese rakkude tuumamembraan sisaldab kuni 2000-4000 poorikompleksi. Sünteesitud valgud sisenevad nende kaudu tsütoplasmast tuuma ning RNA molekulid ja ribosoomi subühikud transporditakse vastupidises suunas.
Tuumapooride kompleksi funktsioonid:
1. Selektiivveo reguleerimise tagamine ained tsütoplasma ja tuuma vahel.
2. Aktiivne valkude transportimine tuuma millel on spetsiaalne märgistus nn tuuma lokaliseerimise järjestuse (NLS) kujul, mille tunnevad ära NLS-i retseptorid (pooride kompleksis).
3. Ribosomaalsete subühikute ülekandmine tsütoplasmasse, mis aga on liiga suured pooride vabaks läbipääsuks; nende transpordiga kaasneb ilmselt sulekompleksi konformatsiooni muutumine.
Kromatiin
Kromatiin(kreeka keelest chroma - värv) väikesed terad ja materjalitükid, mis asuvad raku tuumas ja on värvitud põhiliste värvainetega. Kromatiin koosnebDNA ja valgu kompleks ja vastab kromosoomidele, mis faasidevahelises tuumas on kujutatud pikkade peenikeste keerdniitidega ja on üksikute struktuuridena eristamatud. Iga kromosoomi spiraliseerumise raskusaste ei ole kogu nende pikkuses sama. Kromatiini on kahte tüüpi -eukromatiin ja heterokromatiin.
Eukromatiinvastab kromosoomi segmentidele, misdespiraliseeritud ja avatud transkriptsioonile. Need segmendid ära määrija pole valgusmikroskoobi all nähtavad.
Heterokromatiin vastab kondenseeritud, tihedalt keerdunud kromosoomide segmendid (mis muudab needpole transkriptsiooniks saadaval). Tema intensiivselt värvitud põhivärvid ja valgusmikroskoobis näeb see välja nagu graanulid.
Seega Tuuma morfoloogiliste tunnuste (eu- ja heterokromatiini sisalduse suhe) põhjal saab hinnata transkriptsiooniprotsesside aktiivsust ja sellest tulenevalt ka raku sünteetilist funktsiooni. Kui see suureneb, muutub see suhe eukromatiini kasuks, kui see väheneb, siis heterokromatiini sisaldus suureneb. Kui tuuma funktsioon on täielikult alla surutud (näiteks kahjustatud ja surevates rakkudes, epidermise epiteelirakkude - keratinotsüütide keratiniseerumise ajal, vere retikulotsüütide moodustumise ajal), väheneb selle suurus, sisaldab ainult heterokromatiini ja värvub. põhivärvidega intensiivselt ja ühtlaselt. Seda nähtust nimetataksekarüopüknoos(kreeka keelest karyon - tuum ja püknoos - tihendamine).
Heterokromatiini jaotus (selle osakeste topograafia tuumas) ning eu- ja heterokromatiini sisalduse suhe on igat tüüpi rakkudele iseloomulikud, mis võimaldab neid läbi viia tuvastamine
nii visuaalselt kui ka automaatseid pildianalüsaatoreid kasutades. Siiski on teatud ühiseidheterokromatiini jaotumise mustrid tuumas: selle kobarad paiknevadkarüolemma all, katkenud pooride piirkonnas (seoses kihiga) ja tuuma ümber (perinukleolaarne heterokromatiin), väiksemad tükid on laiali kogu südamikus.
Barri surnukeha -naistele ühele X-kromosoomile vastava heterokromatiini akumulatsioon, mis on tihedalt keerdunud ja interfaasis inaktiivne. Enamikus rakkudes asub see karüolemma lähedal ja vere granulotsüütides näeb see välja nagu väike lisatuuma sagar("trummipulk"). Barri kehade tuvastamist (tavaliselt suu limaskesta epiteelirakkudes) kasutatakse geneetilise soo määramiseks diagnostilise testina (kohustuslik, eriti olümpiamängudel osalevatele naistele).
Kromatiini pakkimine tuumas. Dekondenseeritud olekus on iga kromosoomi moodustava ühe DNA molekuli (topeltheeliksi) pikkus keskmiselt umbes 5 cm ja kõigi tuuma kromosoomide DNA molekulide kogupikkus (läbimõõt umbes 10 μm) on üle 2. m (mis on võrreldav 20 km pikkuse niidi paigaldamisega umbes 10 cm läbimõõduga tennisepallisse) ja faasidevahelisel S-perioodil üle 4 m. Spetsiifilised mehhanismid, mis takistavad nende niitide sassi sattumist transkriptsioon ja replikatsioon jäävad lahendamata, kuid vajadus on ilmneDNA molekulide kompaktne pakend, Rakutuumas on see saavutatud tänu nende ühendusele spetsiaalsete alustega(histooni) valgud. DNA kompaktne pakkimine tuumas pakub:
(1) korralik korraldus väga pikad DNA molekulid väikeses tuumamahus;
(2) funktsionaalnegeenide aktiivsuse kontroll (pakendi olemuse mõju tõttu genoomi üksikute piirkondade aktiivsusele.
Kromatiini pakendi tasemed(Joonis 3-20). Kromatiini pakendamise esialgne tase, mis tagab moodustumise nukleosomaalne niit 11 nm läbimõõduga DNA kaheahelalise (läbimõõduga 2 nm) keerdumise tõttu 8 histooni molekuli kettakujulistele plokkidele (nukleosoomid). Nukleosoomid on eraldatud lühikeste vaba DNA osadega. Teine pakendamisaste on samuti põhjustatud histoonidest ja viib nukleosoomi niidi keerdumiseni koos moodustumisega kromatiini fibrill läbimõõduga 30 nm. Interfaasis moodustavad kromosoomid kromatiini fibrillid, kusjuures iga kromatiid koosneb ühest fibrillist. Edasise pakkimisega tekivad kromatiini fibrillid tsüklid (silmusdomeenid) läbimõõduga 300 nm, millest igaüks vastab ühele või mitmele geenile ning need omakorda moodustavad veelgi kompaktsema pakendamise tulemusena kondenseerunud kromosoomide lõike, mis ilmnevad alles rakkude jagunemise käigus.
Kromatiini puhul on DNA lisaks histoonidele seotud kamittehistooni valgud
mis reguleerida geenide aktiivsust.
Samal ajal võivad histoonid, piirates DNA kättesaadavust teiste DNA-d siduvate valkude jaoks, osaleda geenide aktiivsuse reguleerimises.
Geneetilise teabe salvestamise funktsioon tuumas muutumatul kujul on äärmiselt oluline raku ja kogu organismi normaalseks funktsioneerimiseks. Hinnanguliselt toimub DNA replikatsiooni käigus ja selle välistegurite poolt põhjustatud kahjustuse tagajärjel igas inimese rakus 6 nukleotiidi muutust aastas. Tekkivaid DNA molekulide kahjustusi saab protsessi tulemusena parandadareparatsioonid või poolt asendamine pärast äratundmine ja märgistamine vastav piirkond.
Kui DNA parandamine on liiga olulise kahjustuse tõttu võimatu, lülitub see sisseprogrammeeritud rakusurma mehhanism (vt allpool). Sellises olukorras võib raku “käitumist” hinnata omamoodi “altruistlikuks enesetapuks”: oma surma hinnaga päästab see keha kahjustatud geneetilise materjali replikatsiooni ja amplifikatsiooni võimalike negatiivsete tagajärgede eest.
DNA parandamise võime täiskasvanud inimeste arv väheneb igal aastal umbes 1%. See langus võib osaliselt selgitada, miks vananemine on pahaloomuliste haiguste tekke riskitegur.DNA parandamise protsesside häired iseloomulik mitmetele pärilikele haigustele, mille puhul järsultsuurenenud Kuidas tundlikkus kahjulike tegurite suhtes, nii ja pahaloomuliste kasvajate esinemissagedus.
Funktsioon geneetilise teabe rakendamine faasidevahelises tuumas toimub protsesside tõttu pidevalttranskriptsioonid.Imetajate genoom sisaldab umbes 3x10 9 nukleotiide, kuid mitte rohkem kui 1% selle mahust kodeerib olulisi valke ja osaleb nende sünteesi reguleerimises. Genoomi peamise mittekodeeriva osa funktsioonid on teadmata.
Kui DNA transkribeeritakse, moodustub väga suur RNA molekul (esmane ärakiri), mis seostub tuumavalkudega moodustamaks ribonukleoproteiinid (RNP-d). Primaarne RNA transkript (nagu ka matriitsi DNA) sisaldab diskreetseid olulisi nukleotiidjärjestusi (eksonid), eraldatud pikkade mittekodeerivate lisadega (nitroonid). RNA transkripti töötlemine hõlmab nitronite eemaldamist ja eksonite ühendamist - splaissimine(inglise keelest splicing - splicing). Sel juhul muudetakse väga suur RNA molekul üsna väikesteks mRNA molekulideks, mis tsütoplasmasse ülekandmisel eraldatakse nendega seotud valkudest. Lüsosoomid: struktuur, tähtsus. Intratsellulaarne seedimise aparaat.
Lüsosoomid(varem nimetati sekundaarseteks lüsosoomideks) - organellid, mis osalevad aktiivseltrakusisese seedimisprotsessi viimased etapid makromolekulid, mida rakk püüab kinni paljude lüütiliste ensüümide kaudu madala pH väärtusega (5,0 ja alla selle). Need moodustatakse osaluselhilised endosoomid. Lüsosoomide läbimõõt on tavaliselt 0,5-2 mikronit ning nende kuju ja struktuur võivad olenevalt seeditava materjali iseloomust oluliselt erineda. Nagu hüdrolaasi vesiikulite puhul, tuvastatakse need usaldusväärselt ainult nende tuvastamise põhjalhüdrolüütilised ensüümid. Üksikute lüsosoomitüüpide nimetus põhineb morfoloogiliselt äratuntava materjali olemasolul nende luumenis;
selle puudumisel kasutatakse üldmõistetlüsosoom.Pärast lüsosoomi sisu seedimist difundeeruvad saadud madala molekulmassiga ained läbi selle membraani hüaloplasmasse.
1) Fagolüsosoommoodustatud ühinemise teelhiline endosoom või lüsosoomid Koos fagosoom,nimetatud kaheterofagosoom (kreeka keelest heteros - muu, fageiin - söö ja soma - keha) - membraani vesiikul, mis sisaldab materjali, mille rakk püüab kinni väljastpoolt ja allub rakusisesele seedimisele; nimetatakse selle materjali hävitamise protsessiheterofagia;
2) Autofagolüsosoom moodustunud sulandumise teelhiline endosoom või lüsosoomid Koos autofagosoom(Kreeka keelest autos - ise, fageiin - süüa ja soma - keha) - membraani vesiikul, mis sisaldab raku enda komponente, mis hävivad. Selle materjali seedimise protsessi nimetatakseautofagia,Rakukomponente ümbritseva membraani allikas on grEPS.
3) Multivesikulaarne keha (ladina keelest multi - many ja vesicula - mull) on suur (200-800 nm läbimõõduga) membraaniga ümbritsetud sfääriline vaakum, mis sisaldab väikeseid (40-80 nm) mullikesi, mis on sukeldatud kergesse või mõõdukalt tihedasse maatriksisse. See moodustub varajaste endosoomide ja hiliste endosoomide sulandumise tulemusena ning väikesed vesiikulid tekivad tõenäoliselt vakuooli membraanist sissepoole pungudes. Keha maatriks sisaldab lüütilisi ensüüme ja ilmselt tagab sisemiste vesiikulite järkjärgulise hävitamise.
4) jääkehad - lüsosoomid sisaldavadseedimata materjal mis võivad püsida tsütoplasmas pikka aega või vabastada oma sisu rakust välja. Levinud inimkeha jääkkeha tüüp onlipofustsiini graanulid - membraani vesiikulid läbimõõduga 0,3-3 µm, mis sisaldavad halvasti lahustuvat pruuni endogeenset pigmentilipofustsiin.Elektronmikroskoobi all paistavad lipofustsiini graanulid muutuva kujuga struktuuridena, mis sisaldavad lipiiditilku, tihedaid graanuleid ja trombotsüüte. Kuna need akumuleeruvad vananemise ajal teatud rakkudes (neuronites, kardiomüotsüütides), peetakse lipofustsiini"vananemispigment" või "kulumine".
Lüsosomaalsete ensüümide sekretsioon väljaspool rakku viiakse läbi osteoklastides - rakkudes, mis hävitavad luukoe, samuti fagotsüüte (neutrofiilid ja makrofaagid) erinevate objektide rakuvälisel seedimisel. Nende ensüümide liigne sekretsioon võib põhjustada ümbritsevate kudede kahjustusi.
Heterofagia roll normaalses rakutegevuses ja selle häirete tähtsus. Heterofagia mängib väga olulist rolli kõikide kudede ja elundite rakkude talitluses.Puudusteatud lüsosomaalsed ensüümid (mis on tavaliselt põhjustatud pärilikest kõrvalekalletest) võivad põhjustada mitmete haiguste teket, mis on põhjustatud seedimata ainete (enamasti glükogeeni, glükolipiidide, glükosaminoglükaanide) kuhjumisest rakkudesse, mis häirivad nende funktsiooni.(ladustushaigused). Levinumate sellesse rühma kuuluvate haiguste puhul kahjustuvad neuronid, makrofaagid, fibroblastid ja osteoblastid, mis kliiniliselt väljendub erineva raskusastmega skeleti, närvisüsteemi, maksa ja põrna ehituse ja talitluse häiretena.
IN neerudHeterofagia tulemusena püüavad rakud tuubulite valendikust valgud kinni ja lagundavad need aminohapeteks, mis seejärel tagasi verre suunatakse. Heterofagia kilpnäärme rakkudes(türotsüüdid)tagab joodi sisaldavate hormoonide lõhustumise valgumaatriksist ja nende hilisema imendumise verre. Heterofagia protsessi katkemine nendes rakkudes põhjustab nende elundite tõsiseid talitlushäireid.
Heterofagia on eriti oluline kaitsefunktsiooni täitvatele rakkudele, mille tegevuse aluseks on osakeste või ainete väljastpoolt imendumine ja seedimine. Niisiis,fagotsüüdid (makrofaagid ja neutrofiilsed leukotsüüdid) püüda kinni ja seedida mikroorganisme, mis sisenevad makroorganismi kudedesse või nende pinnale (näiteks limaskestade epiteeli). Mikroobe hävitavate lüsosomaalsete ensüümide puudumisel või ebapiisava aktiivsuse korral (näiteks mitmete geneetiliselt määratud häirete korral) ei suuda need rakud tõhusalt täita kaitsefunktsioone, mis viib raskete krooniliste põletikuliste haiguste tekkeni.
Enamik patogeensedmikroorganismid väldivad fagotsüütide kahjustavat toimet, tehes seda mitmel viisil. Niisiis, mõned (näiteks patogeenpidalitõbi) on stabiilsuslüsosomaalsete ensüümide toimele; muud mikroobid (näiteks patogeenidtuberkuloos)võimeline alla surumafagosoomide liitmise protsess lüsosoomidega, mõned võivad hävingust pääseda,fagosoomide või lüsosoomide membraanide lõhkumine.
Autofagia roll normaalses rakutegevuses ja selle häirete tähtsus. Autofagia tagab konstantseuuendamine ("noorendamine") rakustruktuurid, mis on tingitud tsütoplasma sektsioonide, mitokondrite, ribosoomide akumuleerumise, membraani fragmentide seedimisest (mille kaotuse kompenseerib nende uus moodustumine). See uuenemisprotsess rakus on täpselt reguleeritud ja iga selle komponent
Nentil on teatud eluiga. Seega ei ole eaka inimese mitu aastakümmet toiminud neuronites suurem osa organelledest vanemad kui 1 kuu. Maksarakkudes (hepatotsüütides) hävib suurem osa tsütoplasmast vähem kui 1 nädalaga. Mõnel juhul võib autofagia toimida raku vastusena ebapiisavale toitumisele. Autofagia erijuhtum on krinofaagia(kreeka keelest krinein - eraldada, eritada) - näärmerakkudes liigse lahendamata sekretsiooni lüsosomaalne hävitamine. RAKU SUHE VÄLISKESKKONNAGA. EKSOTSÜTOOS JA ENDOTSÜTOOS: TÜÜBID JA MEHHANISMID.
Glükokalüks (loomarakkude pinnakiht) täidab eeskätt loomarakkude otseühenduse funktsiooni väliskeskkonnaga, kõigi seda ümbritsevate ainetega.
Plasmamembraan moodustab barjääri, mis eraldab raku sisemise sisu väliskeskkonnast.
Mikrovilli pinnal toimub intensiivne seedimine ja seeditud toidu imendumine.
1) Endotsütoos – makromolekulide, nende komplekside ja osakeste transport rakku. Endotsütoosi ajal haarab plasmalemma teatud piirkond justkui ümbritsedes ekstratsellulaarset materjali, sulgedes selle membraani sissetungimise tõttu tekkinud membraani vakuooli. Seejärel ühendatakse selline vakuool lüsosoomiga, mille ensüümid lagundavad makromolekulid monomeerideks.
Endotsütoos jaguneb fagotsütoosiks (tahkete osakeste omastamine ja neeldumine) ja pinotsütoosiks (vedeliku omastamine). Endotsütoosi kaudu viiakse läbi heterotroofsete protistide toitumine, organismide kaitsereaktsioonid (leukotsüüdid neelavad võõrosakesi) jne.
2) Eksotsütoos (exo - out), tänu sellele eemaldab rakk rakusisesed tooted või seedimata jäägid, mis on suletud vakuoolidesse või vesiikulitesse. Vesiikul läheneb tsütoplasmaatilisele membraanile, ühineb sellega ja selle sisu satub keskkonda. Nii erituvad seedeensüümid, hormoonid, hemitselluloos jne.
Raku kontuurid isegi valgus-optilisel tasandil ei paista ühtlased ja sujuvad ning elektronmikroskoopia on võimaldanud tuvastada ja kirjeldada rakus erinevaid struktuure, mis peegeldavad selle funktsionaalse spetsialiseerumise olemust. Eristatakse järgmisi struktuure:
1. Microvilli – plasmalemmaga kaetud tsütoplasma eend. Mikrovilluse tsütoskelett moodustub aktiini mikrofilamentide kimbust, mis on kootud rakkude apikaalse osa terminalivõrku (joonis 5). Valguse optilisel tasemel ei ole üksikud mikrovillid nähtavad. Kui raku apikaalses osas on neid märkimisväärne arv (kuni 2000-3000), eristatakse isegi valgusmikroskoopias "harja piir".
2. Ripsmed – paiknevad raku apikaalses tsoonis ja neil on kaks osa (joonis 6): a) välimine - aksoneem
b) sisemine – becal keha
Aksoneem koosneb mikrotuubulite kompleksist (9 + 1 paari) ja nendega seotud valkudest. Mikrotuubuleid moodustab valk tubuliin ja käepidemed moodustab proteiin düneiin – need valgud koos moodustavad tubuliin-düneiini kemomehaanilise anduri.
Basaalkeha koosneb 9 mikrotuubuli kolmikust, mis asuvad tsiliumi põhjas ja toimib maatriksina aksoneemi organiseerimisel.
3. Basaallabürint- Need on basaalplasmalemma sügavad invaginatsioonid, mille vahel asuvad mitokondrid. See on mehhanism vee ja ioonide aktiivseks neeldumiseks kontsentratsioonigradiendi vastu.
1. Transport madala molekulmassiga ühendid viiakse läbi kolmel viisil:
1. Lihtne difusioon
2. Hõlbustatud difusioon
Aktiivne transport
Lihtne difusioon– madala molekulmassiga hüdrofoobsed orgaanilised ühendid (rasvhapped, uurea) ja neutraalsed molekulid (HO, CO, O). Kui membraaniga eraldatud sektsioonide kontsentratsioonide erinevus suureneb, suureneb ka difusioonikiirus.
Hõlbustatud difusioon– aine läbib membraani ka kontsentratsioonigradiendi suunas, kuid transportvalgu abil – translokaasid. Need on integraalsed valgud, millel on spetsiifilisus transporditavate ainete suhtes. Need on näiteks anioonikanalid (erütrotsüüdid), K-kanalid (ergastatud rakkude plasmolemma) ja Ca-kanalid (sarkoplasmaatiline retikulum). Translokaasi H O jaoks on see akvaporiin.
Translokaasi toimemehhanism:
1. Avatud hüdrofiilse kanali olemasolu teatud suuruse ja laenguga ainete jaoks.
2. Kanal avaneb ainult siis, kui konkreetne ligand seondub.
3. Kanalit kui sellist ei ole ja translokaasi molekul ise, olles sidunud ligandi, pöörleb 180 membraani tasapinnas.
Aktiivne transport– see on transport sama transpordivalgu abil (translokaasid), kuid kontsentratsiooni gradiendi vastu. See liikumine nõuab energiat.
2. Kõrgmolekulaarsete ühendite transport läbi membraanide
Kompositsioonis toimub alati osakeste üleminek plasmalemma kaudu membraani vesiikul: 1. Endotsütoos: A. pinotsütoos, b. fagotsütoos, c. retseptori vahendatud endotsütoos.
Eksotsütoos: A. sekretsioon, b. eritumine, c. Rekreatsioon on tahkete ainete ülekandmine läbi raku, siin kombineeritakse fagotsütoos ja eritumine.
Ainevahetus- elusorganismide kõige olulisem omadus. Organismis toimuvate metaboolsete reaktsioonide kogumit nimetatakse ainevahetus. Ainevahetus koosneb reaktsioonidest assimilatsioon(plastiline ainevahetus, anabolism) ja reaktsioonid dissimilatsioon(energia metabolism, katabolism). Assimilatsioon on rakus toimuvate biosünteesireaktsioonide kogum, dissimilatsioon on energiat vabastavate kõrgmolekulaarsete ainete lagunemis- ja oksüdatsioonireaktsioonide kogum. Need reaktsioonide rühmad on omavahel seotud: biosünteesireaktsioonid on võimatud ilma energiata, mis vabaneb energiavahetusreaktsioonides, dissimilatsioonireaktsioonid ei toimu ilma plastilistes vahetusreaktsioonides tekkivate ensüümideta.
Ainevahetuse tüübi järgi jagunevad organismid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid. Autotroofid- organismid, mis on võimelised sünteesima orgaanilisi aineid anorgaanilistest ja kasutama selleks kas päikeseenergiat või anorgaaniliste ainete oksüdeerumisel vabanevat energiat. Heterotroofid- organismid, mis kasutavad oma elutegevuseks teiste organismide sünteesitud orgaanilisi aineid. Autotroofid kasutavad süsinikuallikana anorgaanilisi aineid (CO 2) ja heterotroofid eksogeenseid orgaanilisi aineid. Energiaallikad: autotroofides - päikesevalgusest saadav energia ( fotoautotroofid) või anorgaaniliste ühendite oksüdeerumisel vabanev energia ( kemoautotroofid), heterotroofides - orgaaniliste ainete oksüdatsiooni energia ( kemoheterotroofid).
Enamik elusorganisme on kas fotoautotroofid (taimed) või kemoheterotroofid (seened, loomad). Kui organismid käituvad sõltuvalt tingimustest autotroofidena või heterotroofidena, siis nimetatakse neid nn. miksotroofid(roheline euglena).
Valkude biosüntees
Valkude biosüntees on anabolismi kõige olulisem protsess. Kõik rakkude ja organismide omadused, omadused ja funktsioonid määravad lõppkokkuvõttes valgud. Valgud on lühiajalised, nende olemasolu on piiratud. Iga rakk sünteesib pidevalt tuhandeid erinevaid valgumolekule. 50ndate alguses. XX sajand F. Crick sõnastas molekulaarbioloogia keskse dogma: DNA → RNA → valk. Selle dogma kohaselt on raku võime teatud valke sünteesida päritud, informatsioon aminohapete järjestuse kohta valgu molekulis on kodeeritud DNA nukleotiidide järjestuse kujul. Nimetatakse DNA osa, mis kannab teavet konkreetse valgu primaarstruktuuri kohta genoom. Geenid mitte ainult ei salvesta teavet polüpeptiidahelas olevate aminohapete järjestuse kohta, vaid kodeerivad ka teatud tüüpi RNA-d: rRNA-d, mis on osa ribosoomidest, ja tRNA-d, mis vastutavad aminohapete transpordi eest. Valkude biosünteesi protsessis on kaks peamist etappi: transkriptsioon- RNA süntees DNA (geeni) maatriksil - ja saade- polüpeptiidahela süntees.
Geneetiline kood ja selle omadused
Geneetiline kood- süsteem teabe salvestamiseks polüpeptiidi aminohapete järjestuse kohta DNA või RNA nukleotiidide järjestuse järgi. Seda salvestussüsteemi peetakse nüüd dešifreerituks.
Geneetilise koodi omadused:
- triplett: iga aminohapet kodeerib kolme nukleotiidi kombinatsioon (triplet, koodon);
- unikaalsus (spetsiifilisus): kolmik vastab ainult ühele aminohappele;
- degeneratsioon (liignemine): aminohappeid võib kodeerida mitu (kuni kuus) koodonit;
- universaalsus: aminohapete kodeerimissüsteem on kõigil Maa organismidel sama;
- mittekattuv: nukleotiidjärjestuse lugemisraam on 3 nukleotiidi, sama nukleotiid ei saa olla kahe kolmiku osa;
- 64 kooditriksist 61 kodeerivad, kodeerivad aminohappeid ja 3 on nonsenss (RNA-s - UAA, UGA, UAG), ei kodeeri aminohappeid. Neid kutsutakse Terminaatori koodonid, kuna need blokeerivad translatsiooni ajal polüpeptiidi sünteesi. Lisaks on olemas initsiaatorkoodon(RNA-s - AUG), millest algab translatsioon.
Geneetilise koodi tabel
Esiteks alus | Teine alus | Kolmandaks alus |
|||
---|---|---|---|---|---|
U(A) | C(G) | A(T) | G(C) | ||
U(A) | Föön Föön Lei Lei |
Ser Ser Ser Ser |
Laskmisgalerii Laskmisgalerii — — |
Cis Cis — Kolm |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
C(G) | Lei Lei Lei Lei |
Umbes Umbes Umbes Umbes |
Gies Gies Gln Gln |
Arg Arg Arg Arg |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
A(T) | Ile Ile Ile Meth |
Tre Tre Tre Tre |
Asn Asn Liz Liz |
Ser Ser Arg Arg |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
G(C) | Võll Võll Võll Võll |
Ala Ala Ala Ala |
Asp Asp Glu Glu |
Gli Gli Gli Gli |
U(A) C(G) A(T) G(C) |
* Kolmiku esimene nukleotiid on üks neljast vasakpoolsest vertikaalsest reast, teine on üks ülemistest horisontaalsetest ridadest ja kolmas on üks parempoolsetest vertikaalsetest ridadest.
Malli sünteesi reaktsioonid
See on elusorganismide rakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide erikategooria. Nende reaktsioonide käigus sünteesitakse polümeeri molekulid vastavalt plaanile, mis on sätestatud teiste polümeermaatriksi molekulide struktuuris. Ühel maatriksil saab sünteesida piiramatul arvul koopiamolekule. See reaktsioonide kategooria hõlmab replikatsiooni, transkriptsiooni, translatsiooni ja pöördtranskriptsiooni.
Gene- DNA molekuli osa, mis kodeerib polüpeptiidis olevate aminohapete primaarset järjestust või transpordi- ja ribosomaalse RNA molekulide nukleotiidide järjestust. Ühe kromosoomi DNA võib sisaldada mitu tuhat geeni, mis paiknevad lineaarses järjekorras. Geeni asukohta kromosoomi kindlas piirkonnas nimetatakse lookus. Eukarüootse geeni struktuursed tunnused on: 1) piisavalt suure hulga reguleerivate plokkide olemasolu, 2) mosaiiklikkus (kodeerivate piirkondade vaheldumine mittekodeerivatega). Eksonid(E) - geenipiirkonnad, mis kannavad teavet polüpeptiidi struktuuri kohta. Intronid(I) - geenipiirkonnad, mis ei kanna teavet polüpeptiidi struktuuri kohta. Erinevate geenide eksonite ja intronite arv on erinev; eksonid vahelduvad intronitega, viimaste kogupikkus võib ületada eksonite pikkust kaks või enam korda. Enne esimest eksonit ja pärast viimast eksonit on nukleotiidjärjestused, mida nimetatakse vastavalt liiderjärjestuseks (LS) ja järeljärjestuseks (TP). Juht- ja järeljärjestused, eksonid ja intronid moodustavad transkriptsiooniüksuse. Promootor(P) - geeni piirkond, millele RNA polümeraasi ensüüm kinnitub, on spetsiaalne nukleotiidide kombinatsioon. Enne ja pärast transkriptsiooniühikut on mõnikord intronites regulatiivsed elemendid (RE), mille hulka kuuluvad võimendajad Ja summutid. Tugevdajad kiirendavad transkriptsiooni, summutid aeglustavad.
Transkriptsioon on RNA süntees DNA matriitsil. Viib läbi ensüüm RNA polümeraas.
RNA polümeraas saab kinnituda ainult promootori külge, mis asub DNA matriitsi ahela 3" otsas, ja liikuda ainult selle DNA matriitsi ahela 3" otsast 5" otsani. RNA süntees toimub ühel kahest DNA-st ahelad vastavalt komplementaarsuse ja antiparallelsuse põhimõtetele. Transkriptsiooni ehitusmaterjaliks ja energiaallikaks on ribonukleosiidtrifosfaadid (ATP, UTP, GTP, CTP).
Transkriptsiooni tulemusena moodustub “ebaküps” mRNA (pro-mRNA), mis läbib küpsemise või töötlemise etapi. Töötlemine hõlmab: 1) 5" otsa korkimist, 2) 3" otsa polüadenüülimist (mitmekümne adenüülnukleotiidi kinnitamine), 3) splaissimist (intronite väljalõikamist ja eksonite õmblemist). Küps mRNA jaguneb CEP-ks, transleeritud piirkonnaks (kokkuõmmeldud eksonid), transleerimata piirkondadeks (UTR) ja polüadenülaadi sabaks.
Tõlkitud piirkond algab initsiaatorkoodoniga ja lõpeb terminaatorkoodonitega. UTR-id sisaldavad teavet, mis määrab RNA käitumise rakus: eluiga, aktiivsus, lokaliseerimine.
Transkriptsioon ja töötlemine toimuvad raku tuumas. Küps mRNA omandab teatud ruumilise konformatsiooni, on ümbritsetud valkudega ja sellisel kujul transporditakse tuumapooride kaudu ribosoomidesse; Eukarüootsed mRNA-d on tavaliselt monotsistroonilised (kodeerivad ainult ühte polüpeptiidahelat).
Saade
Translatsioon on polüpeptiidahela süntees mRNA maatriksil.
Translatsiooni tagavad organellid on ribosoomid. Eukarüootides leidub ribosoome osades organellides – mitokondrites ja plastiidides (70S ribosoomid), vabad tsütoplasmas (80S ribosoomid) ja endoplasmaatilise retikulumi membraanidel (80S ribosoomid). Seega võib valgumolekulide süntees toimuda tsütoplasmas, krobelisel endoplasmaatilisel retikulumil, mitokondrites ja plastiidides. Tsütoplasmas sünteesitakse raku enda vajadusteks vajalikud valgud; ER-l sünteesitud valgud transporditakse selle kanalite kaudu Golgi kompleksi ja eemaldatakse rakust. Ribosoomil on väikesed ja suured subühikud. Väike ribosomaalne subühik vastutab geneetiliste, dekodeerivate funktsioonide eest; suur - biokeemiliseks, ensümaatiliseks.
Asub ribosoomi väikeses subühikus funktsioonikeskus(FCR) kahe sektsiooniga - peptidüül(P-krunt) ja aminoatsüül(A-lõik). FCR võib sisaldada kuut mRNA nukleotiidi, kolm peptidüül- ja kolm aminoatsüülpiirkondades.
Aminohapete transportimiseks ribosoomidesse kasutatakse ülekande-RNA-sid ja tRNA-sid (loeng nr 4). tRNA pikkus on 75 kuni 95 nukleotiidi jääki. Neil on tertsiaarne struktuur, mis on ristikulehe kujuga. tRNA-s on antikoodoni silmus ja aktseptori piirkond. RNA antikoodoni ahelas on antikoodon, mis on komplementaarne teatud aminohappe kooditripletiga ja aktseptorsait 3" otsas on võimeline kinnitama täpselt selle aminohappe (ATP tarbimisel), kasutades ensüümi aminoatsüül- tRNA süntetaas Seega on igal aminohappel oma tRNA ja nende ensüümid, mis seovad aminohappe tRNA-ga.
20 tüüpi aminohappeid kodeerib 61 koodonit ja teoreetiliselt võib olla 61 tüüpi tRNA-d koos vastavate antikoodonitega. Kuid kodeeritud aminohappeid on ainult 20 tüüpi, mis tähendab, et ühel aminohappel võib olla mitu tRNA-d. On kindlaks tehtud mitme tRNA olemasolu, mis võivad seonduda sama koodoniga (viimane nukleotiid tRNA antikoodonis ei ole alati oluline), seega on rakust leitud vaid umbes 40 erinevat tRNA-d.
Valgu süntees algab hetkest, kui mRNA 5" otsa külge kinnitub väike ribosomaalne subühik, mille P-saiti siseneb metioniini tRNA (transpordib aminohapet metioniini). Tuleb märkida, et iga polüpeptiid ahel N-otsas on algul metioniin, millest hiljem see kõige sagedamini eraldub. Polüpeptiidi süntees kulgeb N-otsast C-otsani, st esimese ja polüpeptiidi karboksüülrühma vahel moodustub peptiidside. teise aminohappe aminorühm.
Seejärel kinnitub ribosoomi suur alaühik ja A-saiti siseneb teine tRNA, mille antikoodon paaristub komplementaarselt A-saidis paikneva mRNA koodoniga.
Suure subühiku peptidüültransferaasi tsenter katalüüsib peptiidsideme moodustumist metioniini ja teise aminohappe vahel. Puudub eraldi ensüüm, mis katalüüsiks peptiidsidemete moodustumist. Peptiidsideme moodustamiseks vajalik energia saadakse GTP hüdrolüüsi teel.
Niipea, kui moodustub peptiidside, eraldub metioniini tRNA metioniinist ja ribosoom liigub järgmisele mRNA koodikolmikule, mis jõuab ribosoomi A saiti ja metioniini tRNA surutakse tsütoplasmasse. Tsükli kohta kulub 2 GTP molekuli. Kolmas tRNA siseneb A-saiti ning teise ja kolmanda aminohappe vahele moodustub peptiidside.
Translatsioon jätkub seni, kuni A-saiti siseneb terminaatorkoodon (UAA, UAG või UGA), millega seondub spetsiaalne valgu vabastamise faktor. Polüpeptiidahel eraldatakse tRNA-st ja lahkub ribosoomist. Toimub dissotsiatsioon, ribosomaalsete subühikute eraldumine.
Ribosoomi liikumise kiirus piki mRNA-d on 5-6 tripletti sekundis, sadadest aminohappejääkidest koosneva valgu molekuli sünteesimiseks kulub rakul mitu minutit. Esimene kunstlikult sünteesitud valk oli insuliin, mis koosnes 51 aminohappejäägist. Selleks kulus 5000 operatsiooni ja kolme aasta jooksul osales töös 10 inimest.
Translatsioonis saab eristada kolme etappi: a) initsiatsioon (initsiaatorkompleksi moodustumine), b) elongatsioon (otse “konveier”, aminohappeid omavahel ühendades), c) terminatsioon (terminatsioonikompleksi moodustumine).
Polünukleotiid- ja polüpeptiidahelate kokkupanemise "mehhanismid" ei erine prokarüootides ja eukarüootides. Kuid kuna prokarüootsetel geenidel pole eksoneid ja introneid (välja arvatud arhebakteriaalsed geenid), nad paiknevad rühmadena ja sellel geenirühmal on üks promootor, ilmnevad järgmised transkriptsiooni ja translatsiooni tunnused prokarüootides.
- Transkriptsiooni tulemusena moodustub polütsistroonne mRNA, mis kodeerib mitut valku, mis ühiselt pakuvad spetsiifilist reaktsioonirühma.
- mRNA-l on mitu translatsiooni initsiatsiooni, translatsiooni lõpetamise ja UTR keskust.
- CEP-d, polüadenüülimist ja mRNA splaissimist ei toimu.
- Tõlge algab isegi enne transkriptsiooni lõpetamist; need protsessid ei ole ajas ja ruumis eraldatud, nagu eukarüootide puhul.
1 - DNA; 2 - RNA polümeraas; 3 – nukleosiidtrifosfaadid GTP, CTP, ATP, UTP.
Võib lisada, et prokarüootsete mRNA-de “eluaeg” on mitu minutit (eukarüootidel on see tunde ja isegi päevi).
Minema loengud nr 9"Prokarüootse raku struktuur. viirused"
Minema loengud nr 11“Ainevahetuse mõiste. Valkude biosüntees"
Sektsioonide tekkimisega ei saa eukarüootne rakk mitte ainult ilmseid eeliseid, vaid ka mitmeid probleeme. Üks neist on õigete ühendite sorteerimine ja õigetesse organellidesse viimine. Esiteks puudutab see valke. Sünteesitud valkude saatus on erinev ja sõltub nende edasise toimimise kohtadest. Valkude transpordil on kaks peamist rada, mis algavad tsütoplasma erinevatest kohtadest. Riis. 1.2.
Esimene transpordiharu töötab valkudega, mis on mõeldud plastiidide, mitokondrite, tuuma ja peroksisoomide jaoks – see tähendab kõigi rakuosakondade jaoks, välja arvatud endomembraanisüsteemi organellid. Nende valkude süntees toimub tsütosooli vabadel ribosoomidel. Transpordiks mõeldud valgud sisaldavad sorteerimissignaale, mis suunavad need vastavatesse organellidesse. Selliseid signaale teenindavad tavaliselt üks või mitu valgu osa, mida nimetatakse signaal- või liiderpeptiidideks. Organelli membraanis on spetsiaalne translokaatorvalk, mis "tunneb ära" signaalpeptiidi. Transporditav valgu molekul peab lahti rulluma, et nagu lahtivolditud palli niit, "niit" läbi "nõelasilma" translokaatorvalgu. Tabel 1.1. Esitatakse mõned erinevate sorteerimissignaalide omadused. Seda valgu transporditeed nimetatakse mõnikord tsütosoolne. Tuleb märkida, et enamikul tsütosooli vabadel ribosoomidel sünteesitud valkudest ei ole sorteerimissignaale ja need jäävad tsütosooli püsikomponentidena.
Teist transpordiharu kasutatakse sekreteeritud valkude jaoks, samuti valkude jaoks, mis on mõeldud endomembraanisüsteemi organellidele ja plasmamembraanile. Nende valkude süntees algab samuti tsütosoolsetel ribosoomidel, kuid pärast translatsiooni algust kinnituvad ribosoomid ER-i membraanile ja tekib krobeline ER. Saadud valgud kantakse kotranslatsiooniliselt ER-i. See tähendab, et kohe pärast polüpeptiidahela järgmise lõigu sünteesi läbib see ER membraani. Pärast sünteesi sisenevad mõned valgud ER luumenisse, teised jäävad membraani ankurdatuks ja muutuvad transmembraanseteks ER valkudeks. Seda transpordiharu nimetatakse sageli sekretoorset teed rakud.
Tabel 1.1. Signaaljärjestused valkude transpordiks taimerakkudes.
Sihtorganell | Signaalide jada | Iseloomulik |
Kloroplastid: strooma | N-terminaalne liiderpeptiid ("stromaalne") | 40-50 aminohappest koosnev järjestus |
Kloroplastid: luumen ja tülakoidmembraanid | Kaks järjestikust N-terminaalset liiderpeptiidi | Esimene peptiid on "stromaalne", teine on "lumenaalne" |
Mitokondrid: maatriks | N-terminali eeljärjestus | Moodustab positiivselt laetud amfipaatilise α-silmuse. |
Mitokondrid: sisemembraan, membraanidevaheline ruum | Kaks järjestikust N-terminali eeljärjestust | Esimene järjestus on sama mis maatriksvalkude puhul, teine koosneb hüdrofoobsetest aminohappejääkidest |
Peroksisoomid | Peroksisomaalse lokaliseerimise signaalid PTS1 ja PTS2 | PTS1 – C-terminaalne tripeptiid – Ser-Lys-Leu PTS2 paikneb N-otsas. |
Tuum | NLS-i tuuma lokaliseerimise signaalid. Ei lõhustu pärast valgu ülekandmist tuuma | NLS-i tüüp 1: Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys. NLS tüüp 2: kaks jada, mis on eraldatud vahetükiga NLS tüüp 3: Lys-Ile-Pro-Ile-Lys |
Sekretoorse raja signaalpeptiid | N-terminaalne liiderpeptiid | 10-15 hüdrofoobset aminohappejääki, mis moodustavad α-heeliksi. |
Endoplasmaatiline retikulum | Lokaliseerimissignaal ER-s | C-terminaalne tetrapeptiid KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) |
Vacuool. | Lokaliseerimissignaalid vakuoolides NTPP, CTPP, intraproteiini signaal. | NTPP – N-terminali signaal: Asn-Pro-lle-Arg CTPP – C-terminali signaal. |
Need kaks transpordiharu erinevad oma transpordimudelite poolest. Tsütosoolsete valkude transporditeed on paralleelsed, see tähendab, et tsütosoolist pärinevad valgud saadetakse kohe soovitud organellile. Tavaliselt ei möödu valgu tsütosooli vabanemisest organelli sisenemiseni rohkem kui üks kuni kaks minutit.
Valkude transport piki sekretoorset rada toimub järjestikku - organellist organellini. Enne lõppsihtkohta jõudmist võib valk külastada mitut organelli (ER, AG erinevad osad). Teekond ER-i membraanist sihtkohta võib kesta kümneid, kui mitte sadu minuteid. Ülekandeprotsessi käigus võivad valgud läbida olulisi modifikatsioone (peamiselt AG-s). Lõppfaasis võib transport toimuda paralleelselt - vakuooli, periplasmaatilisse ruumi või plasmalemma.
Lõpuks erinevad need kaks valgu transporditeed molekulide ülekandmise mehhanismi poolest. Tsütosoolse raja jaoks on võimalik ainult monomolekulaarne valgu transpordimehhanism, kus iga valgumolekul läbib membraani individuaalselt läbi vastava translokaatori. Sekretsioonirada iseloomustab valgumolekulide transpordi vesikulaarne mehhanism, mida vahendavad transportvesiikulid (vesiikulid). Vesiikulid eraldatakse ühest sektsioonist ja teatud molekulid püütakse selle õõnsusest kinni. Seejärel ühinevad vesiikulid teise sektsiooniga, viies oma sisu sinna. Vesikulaarses transpordis ei läbi valgud ühtegi membraani, transport võib toimuda ainult topoloogiliselt samaväärsete sektsioonide vahel. Vesikulaarset transpordimehhanismi juhivad selektiivselt spetsiaalsed valgud, mis toimivad sorteerimissignaalidena. Valk siseneb transportvesiikulisse, kui selle sorteerimissignaal seondub vesiikuli membraanil oleva retseptoriga. Praegu on teatud sorteerimissignaalid valkude sees teada, samas kui enamik nende komplementaarseid membraani retseptoreid ei ole.
1.2. Taimerakk on kahekordse sümbioosi tulemus.
Kõrgemate taimede olemasolu strateegia määravad eelkõige nende kaks peamist omadust - fototroofne toitumistüüp ja aktiivse motoorika puudumine. Need kaks omadust jätsid jälje taimeorganismi organiseerimise kõikidele tasanditele kuni rakutasandini välja.
Lisaks kõikidele eukarüootsetele rakkudele ühistele omadustele on taimerakkudel mitmeid tunnuseid. Peamised:
plastiidide olemasolu; vakuoolide olemasolu; jäiga rakuseina olemasolu.
Tüüpilise taimeraku struktuuri diagramm on näidatud joonisel fig. 1.3.
Plastiidide esinemist seostatakse peamiselt taimede toitumise fototroofse tüübiga. Plastiididel, nagu ka mitokondritel, on oma genoom. Seega on taimeraku teiseks tunnuseks see, et see ühendab endas kolm suhteliselt autonoomset geneetilist süsteemi: tuuma (kromosomaalne), mitokondriaalne ja plastiid. Kolme genoomi olemasolu on taimerakkude sümbiootilise päritolu tagajärg. Samal ajal moodustati taimerakk erinevalt teistest eukarüootsetest rakkudest vähemalt kolmest algselt sõltumatust vormist:
1) peremeesorganism, mille geeniaparaat on liikunud tuuma;
2) heterotroofne bakter (sarnane Rhodospirillumiga), mis toimis mitokondrite eelkäijana;
3) iidne hapnikufotosünteesiga bakter (sarnaselt tsüanobakterile synechocystis), millest sai plastiidide esivanem.
Sümbiontide pikaajaline koevolutsioon viis funktsioonide ümberjaotumiseni nende ja nende geneetiliste süsteemide vahel, kusjuures tuumasse viidi palju mitokondriaalseid ja plastiidseid DNA geene.
Pole kahtlust, et valkude biosünteesiks vajalik spetsiifiline teave sisaldub kromosoomide desoksüribonukleiinhapete struktuuris.
Seda seisukohta kinnitavad täielikult arvukad tähelepanekud Mendeli geenide seose kohta teatud valgumolekulidega. Nagu juba nägime, pärinevad kõige otsesemad tõendid selle kehtivuse kohta juhtumitest, kus geneetilisi andmeid saab võrrelda isoleeritud homogeensete valkude, nagu hemoglobiini, türosinaas ja β-laktoglobuliini füüsikaliste ja keemiliste omadustega. Vähem veenvad pole ka bakterioloogide ja viroloogide tulemused, mis näitasid, et hästi puhastatud DNA preparaadid võivad põhjustada muutusi nii retsipientrakkude genotüübis kui ka fenotüübis või faagiosakestele iseloomuliku suhteliselt keerulise valgukompleksi moodustumist.
On aga selge, et valkude süntees on võimalik ka väljaspool tuuma. Näiteks retikulotsüüdis toimub hemoglobiini süntees suurel kiirusel ja peatub alles pärast seda, kui rakk muutub küpseks erütrotsüüdiks. Sama on täheldatud ka merevetikatel Acetabularia mediterranea. Selle raku võib jagada kaheks osaks: tuumaga ja tuumata. Tuumavaba fragment sünteesib valku mõnda aega isegi suurema kiirusega kui terve rakk, kuid peagi see süntees peatub. Kuna keemiliselt määratletud valgu, isegi nii spetsiifilise nagu hemoglobiin, biosüntees võib jätkuda ka tuuma puudumisel, on meie tähelepanu keskmes mehhanism, mille abil vajalik informatsioon raku tsütoplasmasse kantakse ja ilmselt on selles ajutiselt salvestatud.
Valkude biosüntees on üks neist bioloogilistest nähtustest, mis sõltuvad suuresti raku struktuurilisest ülesehitusest. Isegi kui süntees jätkub tuuma puudumisel, on see ainult ajutine (kuigi tõenäoliselt põhjustab sünteesi seiskumise mõne metaboolse faktori puudulikkus, mis on vaid kaudselt seotud valgusünteesi endaga). Valkude sünteesi sõltuvuse tõttu struktuursest terviklikkusest on hiljutised submikroskoopiliste rakustruktuuride olemuse uuringud andnud ehk kõige olulisema teabe biosünteesimehhanismi olemuse selgemaks mõistmiseks. Kuigi need uuringud olid peamiselt seotud staatilise morfoloogiaga, annavad nende tulemused pildi rakust kui hästi organiseeritud süsteemist, mis koosneb omavahel seotud metaboolsetest üksustest ja mis peaks vastama kõigile ensümoloogide ja geneetikute tehtud erakordsetele avastustele.
Raku arhitektuuri uurimise protsessis mängisid eriti olulist rolli kaks suhteliselt uut meetodit: üliõhukeste lõikude elektronmikroskoopia ja rakukomponentide diferentsiaalne tsentrifuugimine sahharoosilahuses.
Diferentsiaaltsentrifuugimise meetod võimaldab eraldada enam-vähem homogeenseid mitokondrite, mikrosoomide, tuumade ja muude rakuliste inklusioonide proove ning võimaldab uurida nende üksikute fraktsioonide suhtelist võimet lisada märgistatud prekursoreid nukleiinhapetesse ja valkudesse. Me käsitleme neid tähelepanekuid allpool, kuid nüüd pöördume kõigepealt mõne elektronmikroskoopia abil saadud tulemuste poole, mis näitavad nende funktsionaalsete komponentide asukohta terves rakus.
Esitatakse Paladi poolt saadud merisea pankrease elektronmikrofoto. Paljude selliste fotode täpsed vaatlused ja mõõtmised võimaldasid tuvastada kontsentriliste ringide kujul paiknevate ja umbes 40 A paksusega membraanide olemasolu tsütoplasmas. Neid membraane, mida nimetatakse erinevalt - ergastoplasma või lihtsalt rakusisesed tsütoplasmaatilised membraanid , on täpilised väikeste graanulitega, mis on elektronide jaoks halvasti läbilaskvad. Need on samad graanulid, mida saab diferentsiaalse tsentrifuugimise käigus eraldada koehomogenaadist eraldi fraktsioonina (need on tavaliselt kinnitatud purunenud membraanide fragmentide külge). Sjostrand ja Hanzon teatasid, et nende katsetes paigutati graanulitega membraanid alati nii, et graanulitega pool oli suunatud mitokondrite, rakumembraani või muude membraanide poole ning membraani sile pind oli suunatud tuuma poole. Nende tähelepanekute õigsust kinnitasid ka mitmed teised uurijad. See paigutus ühildub vooluringiga. Siin on endoplasmaatilist retikulumit kujutatud mitte paljude eraldi membraanidena, vaid struktuurina, mis sarnaneb tuuma ümbritseva kortsunud sfäärilise kestaga. Sel juhul võib graanulitel olla Sjöstrandi ja Hansoni täheldatud orientatsioon ning rakk näib olevat jagatud kaheks põhiosaks: üks neist sisaldab tuuma ja teine mitokondreid koos tsütoplasmaatilise vedelikuga, millesse nad on sukeldatud. . Selline struktuur loob rakus suure metaboolseks aktiivsuseks vajaliku pindala ja võib olla loomulik piir raku "geneetilise" osa ja selle sünteetilise aparaadi vahel.
Tuleb rõhutada, et skeem on vaid üks paljudest tsütoloogidele vastuvõetavatest võimalustest. See diagramm on siin toodud ainult selleks, et näidata lugejale, kui põhjalikult on raku submikroskoopilist struktuuri uuritud. Spetsialistide üksmeel tekkivate piltide tõlgendamisel on suurem, kui võiks oodata üheski kiiresti arenevas teadusvaldkonnas; On üsna väärtuslik, et tsütoloogide suurimad eriarvamused puudutavad suhteliselt väiksemaid probleeme.
Kudede homogeniseerimisel endoplasmaatiline retikulum hävib. Viimaste uuringute tulemused näitavad selgelt, et nn mikrosomaalne fraktsioon koosneb peamiselt graanulitest, mille külge on endiselt kinnitatud võrgu killud. Kui mikrosomaalseid preparaate töödelda lipoproteiine hävitavate ainetega, näiteks deoksükolaadiga, on võimalik eraldada osakesed, mis sisaldavad suuremat osa algpreparaadi RNA-st ja vaid väikese osa (umbes 1/6) esialgsest valgusisaldusest. RNA-d seediva ja lõhustava ribonukleaasiga töödeldud preparaatide elektronmikroskoopilisel uuringul leiti aga neist vaid membraaniaineid. Mõnes kudedes, näiteks kana munajuhas, ei ole ergastoplasma nii habras ja isegi pärast üsna tugevat homogeniseerimist tsentrifuugimisel suhteliselt väikese pöörete arvuga on võimalik eraldada suhteliselt kahjustamata membraanide kompleksid graanulitega. Ergastoplasma päritolu ei ole kindlaks tehtud. Hiljuti näidati, et pärast pikka paastumist toidetud loomade maksarakkudes algab membraanide regenereerimine rakkude perifeeriast. Nendel membraanidel puuduvad graanulid ja nad omandavad alles seejärel aktiivselt sekreteerivatele rakkudele iseloomuliku välimuse, see tähendab, et need on graanulitega täis. On tehtud ettepanek, et endoplasmaatiline retikulum on rakupinna pikaajalise pinotsütoosi (vee omastamine) ja fagotsütoosi (osakeste omastamine) tulemus. Elektronmikroskoopilised uuringud on näidanud, et neeldunud vedelaid ja tahkeid osakesi ümbritseb välimise protoplasmaatilise membraani kiht, mis püütakse kinni, kui toitained tungivad läbi raku pinnakihi. Sellest membraanist saab endoplasmaatilise retikulumi jätk.
Kui need tähelepanekud leiavad kinnitust, siis peame eeldama, et kirjeldatud protsessid peavad olema seotud intensiivse vahetusega. Näiteks nagu Swerdlow, Dalton ja Burks on hiljuti näidanud, kui protoplasmaatilise membraani sisestamine aktiivseks imendumiseks võimelistesse rakkudesse, näiteks makrofaagidesse, oleks pikk protsess, koosneksid rakud ainult nendest membraanidest. Sellistes rakkudes on aktiivsed protsessid kindlasti vajalikud nii uue membraani regenereerimiseks kui ka endoplasmaatilise retikulumi hävimiseks, mis kasvades surutakse tuuma sisse.
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.