Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/131. Otázka

131. Otázka
Principy, mechanismy a význam mezibuněčné komunikace a intracelulárních signálně-transdukčních kaskád. Amplifikace signálu a cross-talk signálních drah.
Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
⏪️   ⏩️


Komunikační systém buňky

[ upravit vložený článek ]

Do komunikačního systému buňky řadíme:

  1. plazmatickou membránu
  2. jádro
  3. jadérko

Cytoplazmatická membrána

  • jednotková (třívrstevná struktura)[1] = biologická
  • silná 7–10 nm, viditelná v elektronovém mikroskopu
  • selektivní bariéra (reguluje průchod určitých materiálů dovnitř a ven), na povrchu s receptory
  • mezi funkce cytoplazmatické membrány patří:
  1. udržování gradientů
  2. přenos vzruchu
  3. buněčné rozpoznávání
  4. komunikace (interakce) s prostředím

Složení

Plazmatická membrána (CM) je složena z: fosfolipidů a cholesterolu ("lepidlo"), bílkovin a oligosacharidů spojených kovalentní vazbou k některým proteinům a lipidům. Membránové lipidy jsou nejstabilnější když jsou hydrofobní řetězce uprostřed a hydrofilní na okraji. Tyto 2 vrstvy nejsou totožné. Některé lipidy mohou mít navázány oligosacharidy → glykolipidy a ty vyčnívají nad rovinu → obě vrstvy nejsou souměrné.

Jsou v ní obsaženy glykosylované proteiny integrální a periferní. Integrální proteiny jsou zabudovány přímo do lipidové dvouvrstvy a periferní proteiny jsou volněji připoutány k zevnímu či vnějšímu povrchu membrány → jsou snadno oddělitelné od membrány, integrální – složitě, pomocí detergentů. Integrální proteiny jsou rozmístěny v podobě globulárních molekul vmezeřených mezi molekuly lipidů. Některé vyčnívají méně, jiné vyčnívají na obou stranách (často kanály k přenosu např. iontů).

  • nad povrch často vyčnívají glykoproteiny i proteoglykany → podstatná součást specifických molekul = receptorů
  • integrální proteiny jsou schopny pohybu difuzí v rovině buněčné membrány → čapkování (= capping) => shromažďování integrálních proteinů v určitém místě cytoplazmatické membrány
  • fluidní mozaikový model membránové struktury – polotekutá fosfolipidová dvojvrstvá a proteiny, které tvoří "mozaiku"

Průnik látek přes membránu

Látky pronikají přes cytoplazmatickou membránu několika mechanismy:

  • pinocytóza = „buněčné pití“ – tekutina je zachycena do malých invaginací buněčné membrány a ve formě pinocytárních váčků putuje od membrány do nitra buňky, cestou často splyne s lysozomy; někdy ale může docestovat až na opačný pól buňky, kde opět splyne s CM a uvolní svůj obsah na povrch buňky → transcytóza
  • endocytóza – nutná přítomnost receptorů (volně, nebo povlečené jamky – coated pits)
  • fagocytóza – „buněčné pojídání“ – k pojídání bakterií, plísní, poškozených buněk, nepotřebných složek; extracelulární výběžky se po přisednutí bakterie na CM prodlouží a bakterii obejmou, pak se spojí a bakterie je uvězněna ve fagocytické vakuole; s vakuolou splývají lysozomy a tím bakterii zničí
  • exocytóza – splývání částic s CM → tím je membrána neporušena a obsah je vyloučen extracelulárně
  • membránová přeprava = během endocytózy se úseky CM mění na endocytární váčky a během exocytózy se zase membrána vrací zpět na povrch

Mezibuněčná komunikace

Zprostředkování signálu – potřeba komunikace buněk mezi sebou – 3 způsoby komunikace:

  1. vylučování chemické látky;
  2. syntéza signálních molekul a jejich zabalení do CM váčků → ovlivnění buňky v bezprostředním fyzickém kontaktu;
  3. vytvoření buněčných spojení dovolujících vzájemnou výměnu malých molekul.

Extracelulární signální molekuly zprostředkují trojí druh spojení:

  1. endokrinní signalizace – hormony jsou k cílovým buňkám dopravovány krví;
  2. parakrinní signalizace – chemické mediátory jsou rychle metabolizovány → účinkují jen na nejbližší buňky;
  3. synaptické signalizace – působení neurotransmiterů pouze na přilehlé nervové buňky ve zvláštních kontaktních oblastech.

Povrchová specializace buňky

  • apikální – mikroklky, kartáčový lem, řasinky
  • laterální – utěsňující (zonula occludens), adhezivní (zonula adherens a desmozomy) a nexy
  • bazální (bazolaterální labyrint) – transport vody a iontů, adhezivní – hemidesmosomy a fokální adheze.

Jádro

  • dokonale uspořádaná DNA (může být částečně i úplně zdvojována s nepatrnými defekty i zcela bez chyb)
  • kulovitá nebo protáhlá struktura umístěná obvykle ve středu buňky
  • mezi 5–10 μm
  • skládá se z: jaderné mebrány, chromatinu, jadérka a jaderné matrix

Jaderný obal

  • ve světelném mikroskopu jako tenká linie ohraničující jádro
  • v elektronovém je jádro obklopeno dvojicí paralelně uspořádaných jednotkových membrán oddělených úzkým prostorem = perinukleární cisternou
  • fibrózní lamina – proteinová struktura těsně přidružená k vnitřní vrstvě jaderného obalu; neobklopuje perinukleární póry; je tvořena třemi hlavními polypeptidy – součástmi jaderné matrix – laminy; s fibrózní laminou je spojen chromatin centromer interfazických chromosomů
  • k zevnímu listu jaderného obalu jsou často přisedlé polyribosomy a tato část jaderného obalu někdy přímo souvisí s drsným endoplazmatickým retikulem
  • po obvodu jaderného obalu v místech splynutí vnitřního a zevního listu jsou vytvořeny okrouhlé otvory → jaderné póry (osmiúhelníkového tvaru, spojení mezi jádrem a cytoplazmou, překryty elektrodenzní vrstvou)

Chromatin

Rozlišujeme 2 typy chromatinu:

  1. heterochromatin – elektrodenzní, viditelný i ve světelném mikroskopu (bazofilní shluky nukleoproteinů)
  2. euchromatin – organizovaná struktura, pouze v elektronovém mikroskopu (světlé skvrny)
  • intenzita zbarvení jader chromatinem slouží k identifikaci různých typů buněk a tkání ve světelném mikroskopu
  • složen ze svinutých řetězců DNA vázaných na histony
  • základní strukturní jednotkou je nukleosom – ze 4 typů histonů tvořících jádro po dvou kopiích H2A, H2B, H3 a H4 ovinuté 166 páry bází; další segment o 48 Bp tvoří spojovací článek mezi sousedními nukleosomy a k tomuto řetězci se váže H1 nebo H5; struktura korálků navlečených na niti
  • největší podíl DNA, obsahuje tedy nejvíc genetické informace
  • syntéza prekurzorů pro mRNA, rRNA, tRNA
  • více aktivní jsou buňky se světlejšími jádry (větší prostor pro transkripci)
  • sexchromatin = v buňkách samic většiny savců, je to jeden z dvojice X chromosomů, pevně spiralizovaný, je inaktivní; malá hrudka přisedlá k jádru, nebo ve formě paličkovitého přívěsku jader

Jadérko

  • latinsky nucleolus, velikost do 1 μm
  • bohatý na rRNA a proteiny
  • v barvení HE je bazofilní
  • v elektronovém mikroskopu má 3 části – nukleolární organizátor, pars fibrosa a pars granulosa
  • organizátor jadérka (NO) kóduje RNA, rozložen na 5-ti párech lidských chromosomů (na akrocentrických)
  • pars fibrosa těsně souvisí s NO, klubko 5–10 nm ribonukleoproteinových vláken složené z primárních transkriptů genů pro rRNA
  • pars granulosa sestává z granul o průměru 15–20 nm → dozrávající ribosomy

Jaderná matrix

Jaderná matrix je amorfní substance vyplňující prostory mezi chromatinem a nukleony

  • složena především z proteinů, metabolitů a iontů
  • součástí je i fibrósní lamina jaderného obalu

Děje probíhající v jádře

  • transkripce, replikace
  • syntéza 3 typů RNA
  • řídící centrum všech buněčných struktur a funkcí

Amplifikace, integrace a vzájemná komunikace („cross-talk“) signálních drah

[ upravit vložený článek ]


Amplifikace

Amplifikace je zesílení signálu. Odehrává se na úrovni druhých poslů.  Molekula signální látky (např. hormon, růstový faktor, cytokin) se naváže na jeden buněčný receptor. Tento jeden receptor avšak aktivuje tvorbu už velikého množství molekul druhého posla (druhé signální molekuly).[2]

Proč se netvoří velké množství hormonu, ale až druhého posla? Lze si představit více možností. Kdybychom chtěli vytvořit mnoho hormonu, potřebovali bychom taktéž mnoho receptorů. Určitě je ekonomičtější použít malé množství hormonu a receptorů a potom si tento signál amplifikovat pomocí jednoduchých, levných sloučenin přímo v buňce podle potřeby jednotlivé buňky nebo tkáně. Minimálně z tohoto důvodu by tato možnost byla evolučně preferována. A proč potřebujeme amplifikovat? Když budeme používat relativně malé množství hormonů, tak bez amplifikace vyvoláme stejně malou odpověď. Ta nemusí stačit na to, aby se signál uskutečnil úspěšně. Např. když potřebujeme, aby signál došel až do jádra a našel si své transkripční faktory, nemůžeme se spoléhat jen na pár molekul.

Integrace a vzájemná komunikace

Integrace znamená začlenění do celku. Musíme si uvědomit, že signální kaskáda neprobíhá samostatně. Není oddělená od zbytku buňky. Podobně jako metabolické dráhy, tak i signální dráhy jsou hluboce propojené a komunikují spolu. Čili signál se nepřenáší jen vertikálně v rámci jedné signální dráhy, ale i horizontálně mezi dráhami. To se nazývá cross-talk.[2]

Proč jsou signální kaskády tak bohatě propojené? Děje v buňce jsou nesmírně komplikované, ale díky cross-talku může už jedna signální molekula vyvolat velmi komplexní změny, které jsou potřebné pro adekvátní odpověď.


Reference

  1. ↑ JUNQUIERA, L. Carlos, José CARNEIRO a Robert O KELLEY, et al. Základy histologie. 1. vydání. Jinočany : H & H, 1997. 502 s. s. 25. ISBN 80-85787-37-7.
  2. ↑ a b MATOUŠ, Bohuslav. Základy lékařské chemie a biochemie. Praha: Galén, c2010. ISBN 9788072627028.