MEDICINSKA BIOLOGIJA -Citologija- ( skripta za ponavljanje ) Skinuto sa: www.perpetuum-lab.com.hr I.PREGLEDNO O STANICAMA I ISTRAIVANJU STANICA PODRIJETLO I EVOLUCIJA Stanice smo podijelili u prokariote i eukariote. Prokarioti nemaju pravu jezgru, manje i jednostavnije su, te im genetiki materijal nije organiziran u kromosome. Eukarioti imaju pravu jezgru i organele. ivot je nastao prije 3.8 milijardi godina tj. 750 milijuna godina nakon nastanka zemlje. U primitivnoj zemljinoj atmosferi gotovo da uope nije bilo kisika, ali zato je sadravala CO2, N2 i CO. Takva atmosfera je bila reducirajua. Uz pomo elektrinog pranjenja ili suneve svjetlost mogle su se stvoriti organske molekule. Stanley Miller je uspio dobiti organske molekule iz H2, CH2, NH3 i vode uz elektrine iskre. Slijedei korak je stvaranje makromolekula iz monomera, koji mogu spontano polimerizirati u pretpostavljenim prebiotikim uvjetima. Zagrijavanjem suhe smjese aminokiselina rezultira njihovim spajanjem u polipeptide. Takve makromolekule su morale za daljnji razvoj upravljati vlastitom replikacijom, a za to su jedino nukleinske kiseline sposobne. Otkriveno je da je RNA sposobna katalizirati odreen broj reakcija, ukljuujui i polimerizaciju nukleotida i stvaranja novog lanca RNA. Prema tome je RNA molekula u tzv. RNA-svijetu mogla biti inicijalni genetiki sustav, Raznim interakcijama izmeu RNA i aminokiselina dovelo je vjerojatno do stvaranja i DNA. Takva replicirajua RNA se nala okruena u membrani od fosfolipida, koji su karakteristine zbog svoje amfipatinost. Imaju ugljikohidratni rep, koji je hidrofoban, i fosfatnu glavu, koja je hidrofilna. Kada se oni urone u vodu onda spontanu stvaraju dvosloj, tako da im je rep okrenut u unutranjost, a glava prema van u vodenu sredinu. Mogue da je u to vrijeme ve postojala RNA koja je bila okruena membranom i stvarala vlastite proteine. Stanice su bile sposobne uzimati hranu i energiju izravno iz okolia, ali poto je takvo stanje ograniavajue, pa su stanice trebale razviti vlastite mehanizme. Sve stanice koriste adenozin 5'-trifosfat ( ATP ) za svoj stanini metabolizam i druge aktivnosti ( pokretanje ). Smatra se da su se ti mehanizmi za proizvodnju energije razvili u tri stupnja ( glikoliza, fotosinteza i oksidativni metabolizam). Prva je nastala Glikoliza pomou koje se u anaerobnim uvjetima razgradnjom glukoze u mlijenu kiselinu dobivaju 2 molekule ATP-a. Slijedei korak je bio razvoj fotosinteze, koji je stanici omoguio koritenje suneve svjetlosti i da postane neovisna o ve oblikovanim organskim molekulama u kojima je pohranjena energija ( glukoza ).Vjerojatno su te primitivne stanice koristile H2S da CO2 pretvore u organske molekule.Koritenje H2O kao donora elektrona i vodika za pretvorbu CO2 u organske molekule se razvio tek kasnije. Nusprodukt takve reakcije je O2. Oslobaanje O2 je dovelo do stvaranje oksidirajue atmosfere i do razvoja oksidativnog metabolizma. Potpunom razgradnjom glukoze u aerobnim uvjetima nastaje oko 36-38 ATP-a. Dananje prokariote smo podijelili u arhebakterije i eubakterije. Ovi prvi ive u ekstremnim uvjetima, koji su vjerojatno takvi bili i u primitivnoj atmosferi ( sumporna vrelita od oko 80c, Ph = 2), a u eubakterije spadaju dananje bakterije. Bakterije su veinom okruglaste, tapiaste ili spiralne, promjera od 1-10m, mogu kodirati i do 5.000 razliitih proteina, a najsloenije su cijanobakterije. E.coli je tapiasta, ima nukleoid, ispod stanine stjenke ima staninu membranu ( osigurava funkcionalnost ), unutar citoplazme oko 30.000 ribosoma. Podrijetlo eukariotaOrganeli eukariota nastali su endosimbiozom. To je pojava kada jedna stanica ivi unutar druge. Pretpostavlja se da su prokariotske stanice ule u eukariotske. Mitohondriji i kloroplasti potjeu od eubakterija. Veliinom su slini njima,a takoer se dijele diobom. Sadre vlastiti DNA, koji se replicira svaki put kada se oni dijele. Oni imaju vlastiti genetiki sustav, koji se razlikuje od onog u jezgri. Ribosomi i rRNA su srodniji onim bakterijskim. Mitohondriji su se razvili od aerobnih bakterija, a kloroplasti od fotosintetskih bakterija ( cijanobakterije ). Neki eukariotski geni potjeu od arhebakterija, a neki od eubakterija. Geni koji su ukljueni u informacijske procese ( replikacija, transkripcija i sinteza ) potjeu od arhebakterija, a oni ukljueni u ope stanine procese ( glikoliza i biosinteza lipida ) od eubakterija. Novija hipoteza govori o fuziji gena eubakterija u arhebakterija. Endosiombiotska asocijacija izmeu eubakterije i arhebakterije bila je popraena fuzijom dvaju prokariotskih genoma ime je onda nastao ancestralni eukariotski genom sastavljen od dijelova genoma eubakterija i arhebakterija. Najsloeniji jednostanini eukariotski organizam je kvasac. Oni su mnogo sloeniji od bakterija, a ujedno i puno jednostavniji od stanica ivotinja i biljaka. Najvie istraivan kvasac je Saccharomices cerevisiae. Ostali sloeniji jednostanini eukarioti: -E.coli -Amoeba proteus ( pseudopodiji ) -zelene alge ( imaju kloroplaste ) Viestanini organizmi nastali su iz jednostaninih prije bilijun godina. Prijelazni oblik smatramo agregate jednostaninih organizama ( alga volvox - kolonije) u kojim je dolo do podjele rademeu stanicama. II.Jezgra Jezgra je glavna karakteristika eukariota u kojoj se odvija replikacija DNA, transkripcijai doradba RNA, dok se translacija dogaa u citosolu. Ovojnica i promet Jezgra je obavijena dvostrukom membranom koja ju odvaja od citoplazma i odrava drugaiji sastav. Jedina komunikacija su kompleksi jezgrinih pora, koji imaju i ulogu u regulaciji ekspresije gena eukariota. Razlikujemo unutarnju i vanjsku jezgrinu membranu. Vanjska na sebi nosi proteine i ona se nastavlja na ER, a lumen izmeu jezgrinih membrana se takoer nastavlja u lumen ER. Proteini na vanjskoj jezgrinoj membranu veu se za citoskelet, dok oni na njenoj unutarnjoj na jezgrinu laminu. Kao i sve ostale membrane i jezgrina se sastoji od dvosloja fosfolipida kroz kojeg mogu prolaziti male nepolarne molekule. Vanjska i unutarnja membrana se spajaju na mjestima gdje se nalaze kompleksi jezgrinih pora, koji omoguuju prolazakmalim polarnim molekulama. Na unutarnju membranu prilijee lamina, koja je graena od vlaknastih proteina (60 80 kilodaltona), a nazivaju se lamini. U organizmu sisavca su pronaena tri gena ( A, B i C ), koji kodiraju barem sedam razliitih proteina. Stvaranje lamine zapoinje udruivanjem dvaju lamina ( vlaknasti proteini ), koji stvaraju dimere ije se -uzvojnice isprepliu. Tako nastala struktura se naziva pletenica. Dimeri se meusobno spajaju i tako nastaju intermedijarni filamenti. Povezivanje lamina sa unutranjom membranom olakano je posttranslacijskim dodavanjem lipida prenilacijom c-terminalnog cisteinskog ostatka. Lamini se veu na specifine proteine na unutarnjoj membrani ( emerin ) i na receptore lamina B. Lamini su jo povezani i sa kromatinom preko H2A i H2B histona, a proteu se u obliku labave mreu i u unutranjost jezgre. Kompleks jezgrinih pora su velike strukture ( 30 puta vee od ribosoma ), koje se sastoje od oko 30 razliitih proteina prisutnih u vie kopija. Kroz te pore prolaze male nabijene molekule, ioni i makromolekule ( proteini i RNA ). RNA tim putem naputa jezgru, kao to proteini bitni za samu jezgru ulaze tim putem. Postoje dva mehanizma transporta kroz pore. Male nabijene molekule i manji proteini ( 20 30 kd ) prolaze slobodno u oba pravca bez utroka energije. Veina proteina i RNA ( vee molekule ) prolaze kroz centralnu poru u kompleksu uz utroak energije ( oni bivaju prepoznati i prebaeni na suprotnu stranu ). Kompleks jezgrinih pora je struktura sa oktogonalnom simetrijom organiziranom oko sredinjeg kanala. Sadri 8 preki koje su povezani prstenima na citoplazmatskoj i jezgrinoj strani, a svi skupa uvreni na mjestu gdje se vanjska i unutarnja membrana sastaju. Na obe strane jo stre i proteinski filamenti. Proteini namijenjeni za jezgru imaju jezgrin lokalizacijski slijed ( Histoni, DNA/RNA polimeraza, transkripcijski faktori, faktori prekrajanje ) kojeg prepoznaju jezgrini transportni receptori i usmjeruju kroz pore. Sljedovi za jezgru su kratki odsjeci bazinih aminokiselina ( lizin i arginin ). Oni mogu biti smjeteni jedan do drugog, pa su slini T-antigenu*. Sljedovi mogu biti i odvojeni ( izmeu njih se nalaze aminokiseline nebitne za signalizaciju ), pa ih nazivamo bipartit. *Istraivai su prouavali T-antigen majmunskog virusa, koji pokree replikaciju virusne DNA. Taj signal je odgovoran za lokalizaciju T-antigena u jezgri, pa je preko njega otkriven jezgrin lokalizacijski slijed Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val Jezgrine lokalizacijske signale prepoznaju importini. Kretanje makromolekule regulirano je proteinom Ran, koji vee GTP. Ostali primjeri proteina koji veu GTP su Ras,, Arf i Rab, Rac, Rho i cdc42. Enzimi koji stimuliraju hidrolizu GTP-a u GDP smjeteni su na vanjskoj membrani, a enzimi, koji su odgovorni za obrnut proces, na unutarnjoj membrani jezgre. Ulazak proteina u jezgru zapoinje vezanjem importina na signalni slijed, a tako nastali kompleks se dalje usmjeruje prema filamentnima. Pomou proteina nukleoporina, koji sadri sljedovi Phe-Gly ( FG-proteini ) i obrubljuju centralni kanal, kompleks ulazi u jezgru. Na jezgrinoj strani se taj kompleks vee na Ran/GDP kompleks i dolazi do otputanja importina od proteina.Ran/GTP naputa jezgru gdje se ponovno hidrolizira u ran/GDP ( oslobaa importin ) i pomou vlastitog receptora ( NTF 2 ) ponovno ulazi u jezgru.Proteini namijenjeni za izlazak iz jezgre imaju ne sebi jezgrin izlazni slijed, kojeg prepoznaju eksportini ( iz porodice karioferina ). Eksportini se moraju isto vezati za Ran/GTP kompleks, naputaju jezgru, dolazi do disocijacije u GDP i eksportin naputa svoj teret i reciklira se ( ulazi ponovno u jezgru za novi ciklus ). Transkripcijski faktori mogu regulirati ulazak nekih proteina u jezgru. Oni se veu u citoplazmi sa odreenim proteinom i maskiraju njegov signal za prijenos do jezgrinih pora. Primjer takvog transkripcijskog faktora je NF B, koji se aktivira na odgovore izvanstaninih signala.U nestimuliranim stanicama on postoji kao inaktivan kompleks s inhibicijskim proteinom IB., a u stimuliranim stanicama je IB fosforiliran i razgraen. Ostali transkripcijski faktori se ne udruuju sa inhibicijskim proteinima, nego su oni regulirani samo fosforilicaijom.Iz jezgre u citoplazmu izlaze mRNA, rRNA, tRNA i mikroRNA ( miRNA ) uz utroak energije. Messenger RNA izlazi pomou mRNA eksportera, kao to je to NTF2 ( nalikuje Ran/GTP transporteru ). Molekula RNA izlazi u obliku ribonukleoproteinskog kompleksa ( RNP ). Ribosomske RNA se povezuju sa ribosomskim proteinima, a onda i sa specifinim proteinima za doradbu RNA u jezgrici. Tako nastale podjedinice 60S i 40S ribosomske podjedinice ( sadre i jezgrin izlazni signal ) odvojeno naputaju citoplazmu mehanizmom koji ukljuuje karioferin Crm1. Transportna RNA i miRNA izlaze pomou eksportina- t i eksportina 5, koji se vezuje direktno na RNA. Molekule snRNA i snoRNA funkcioniraju unutar jezgre kao komponente sustava za doradbu RNA. Molekula snRNa naputa jezgru i ponovno se vraa u nju nakon to se vezala sa proteinima i tako formirala funkcionalni snRNA. Crm 1 i ostali transportni proteinski receptori se veu na 57-metilgvanozinske kape snRNA, a snRNa se vraa u jezgru vlastitim slijedom. Unutarnja organizacija jezgreU jezgri se nalazi kromatin ( koji je organiziran u petlje DNA, a specifine regije tih petlji su vezane za matriks lamina ) i molekule RNA. Unutar jezgre razlikujemo heterokromatin i eukromatin. Prvi ostaje kondenziran u interfazi i ne prepisuje se, a eukromatin se dekondenzira i rasporeuje po jezgri. Heterokromatin je podijeljen u konstutivni, koji se nikad ne prepisuje ( satelitni sljedovi ), i fakultativni, koji se ne prepisuje u prouavanoj stanici, ali u drugoj dolazi do prepisivanja. Kromatin nije nasumino rasporeen unutar jezgre, nego je podijeljen u diskretno funkcionalne domene i vrsto su vezani za jezgrinu ovojnicu na vie mjesta. Geni koji se aktivno prepisuju smjeteni su na periferiju uz kanale koji odvajaju pojedine kromosome. Nakon sinteze RNA se one otputaju u te kanale gdje se odvija i njihova doradba. Heterokromatin se isto nalazi na periferiji jer se neki njegovi dijelovi povezani sa laminom. Zbog razliitih tipova stanica su i razliiti dijelovi fakultativnog kromatina vezani za matriks lamine.Kromatin je u interfaznoj jezgri organiziran u petlje ( 50 100 kb DNA ). Kod Oocita vodozemaca se dobro vide izvuene petlje, dijelovi koji se aktivno prepisuju.Replikacija DNA se odvija u velikim strukturama koje sadravaju veliki broj replikacijskih kompleksa organiziranih u zasebna funkcionalna tjeleca, a koje se nazivaju replikacijskim tvornicama. Geni koji se aktivno prepisuju rasporeeni su u jezgrinim pjegama.Ostala tjeleca: -PML tjeleca mjesta lokalizacije regulacijskih proteina u bolesnika sa akutnom promijelocitnom leukemijom -Cajalova tjeleca sadre karakteristine protein koilin i bogata su malim RNP, a funkcioniraju kao mjesta uspostave i obrade RNP Jezgrica i doradba rRNA U jezgrici ( nukleolus ) dolazi do sinteze rRNA, njihove doradbe i sklapanja ribosomskih podjedinica. Ribosomi viih eukariota imaju etiri tipa rRNA, a to su 5S, 5,8S, 18S i 28S. Svi osim prvog se prepisuju kao jedna molekula unutar jezgre pomou RNA-polimeraze I, to daje 45S prekursor ribosomske RNA. Taj prekursor obrauje se sve do 18S rRNA koji nalazimo u maloj ribosomskoj podjedinici ( 40S ), te do 5,8S i 28S koji su dijelovi velike podjedinice ( 60S ).Transkripcija 5S rRNA se dogaa u izvan jezgre pomou RNA-polimeraze III.Geni za 5,8S, 18S i 28S rRNA grupirani su u podrujima uzastopnih ponavljanja na pet razliitim ljudskim kromosomima ( 13,14,15,21,22 ),a geni za 5S u jednom podruju prvog kromosoma. Jezgrica je podijeljena u tri dijela: -fibrilarni centar -gusta fibrilarna komponenta -granularna komponenta Dijelovi kromosoma, koji sadravaju gene za 5,8S, 18S i 28S rRNA, nazivaju se nukleolarnim organizacijskim regijama. Oni imaju skupinu uzastopno ponovljenih gena za rRNA odvojenom neprepisujuom DNA-razmaknicom. Ta podruja vrlo aktivno prepisuje DNA-polimeraza I i vidljiva su kao podruja nalik boinom drvcu. Uoljivi su rastui, gusto pakirani lanci RNA, a tu gustou odrava RNA-polimeraza I ( jedna polimeraza na stotinu parova baza kalupa DNA lanca ).Male jezgrine RNA ( snoRNA ) sudjeluju u doradbi pre-rRNA. Udruuju se sa proteinima i formiraju snoRNP. Odgovorne su za kidanje pre-rRNA u 18S, 5,8S i 28S molekulama. Najea sno RNA je U3 i ona kida pre-rRNA unutar razmaknica koje se prepisuju na 5'kraju. U8 kida na 5,8S i 28S, a U22 na 18S rRNA.Sastavljanje ribosoma Formiranje ribosoma ukljuuje spajanje pretea Ribosomske RNA s ribosomskim proteinima i 5S rRNA. Geni koji kodiraju ribosomske proteine prepisuju se izvan jezgrice uz pomo RNA-polimeraze II.Oni zatim ulaze u jezgricu gdje se spajaju sa rRNA i formiraju preribosomske estice. 5S rRNA se takoer uz RNA-polimerazu III spaja u jezgrici. Udruivanje ribosomskih proteina poinje jo dok sinteza pre-rRNA traje, te se na nju jo veu proteini prije njezina kidanja. III.RAZVRSTAVANJE I PRIJENOS PROTEINA Za razliku od prokariotske stanice, eukariotske sadri organele pomou kojih se razvrstavaju proteini, koji nastaju u ribosomima na membrani endoplazmatskog retikuluma.Polipeptidni lanac ulazi u ER gdje se dorauje i usmjeruje do Golgijevog aparata vezikulama, od kojeg se dalje alju u lizosome, endosome, staninu membranu ili izvan stanice. GA, ER, endosomi i lizosomi se razlikuju od ostalih organela jer su ukljueni u prijenos proteina pomou vezikula. Endoplazmatski Retikulum Sastoji se od sustava cjevica i vreica koje su okruene membranom. ini ga jedna neprekinuta membrana koja se nastavlja od jezgre i moe initi i do 50% ukupnih membrana stanice, a njegov lumen i do 10% ukupnog volumena stanice. Sastoji se od tri razliita dijela, a to su hrapavi ( sadri ribosome na povrini ), prijelazni ( izlaze vezikule prema Golgijevom aparatu ) i glatki ER ( sudjeluje u proizvodnji lipida ) George Palade je prouavajui serozne acinuse guterae otkrio da proteini nastaju u hrapavom endoplazmatskom retikulumu, koji se premjetaju u Golgijev aparat, a iz njega pomou sekretotnih vezikula odlazi na staninu membranu s kojom se stapa. Tako je otkriven sekrecijski put kojim se koriste i proteini namijenjeni drugim odjeljcima. Proteini koji su namijenjeni za membranu ER-a, GA, lizosome ili staninu membranu, odmah su usmjereni u ER ( u stanicama sisavaca, proteini ulaze u ER dok translacija mRNA jo traje ), a oni koji su namijenjeni za jezgru, mitohondrije, kloroplaste ili peroksisome, sintetiziraju se na slobodnim ribosomima u citosolu ( nakon translacije ). KOTRANSLACIJSKA TRANSLOKACIJA premjetanje proteina u ER dok translacija jo traje ( SRP ) -ER, GA, lizosomi, stanina membrana POSTTRANSLACIJSKA TRANSLOKACIJA premjetanje proteina nakon translacije ( BiP ) -citosol, jezgra, mitohondriji, kloroplasti, peroksisom Slobodni ribosomi u citosolu i oni na membrani ER se ne razlikuju. Sinteza svakog proteina zapoinje na slobodnim u citosolu, koji se nakon toga usmjeruju prema ER-u pomou aminokiselinskog slijeda na polieptidu. Taj kratki signalni slijed se sastoji od hidrofobnih aminokiselina, koji se nakon ulaska u ER odcijepi.Kada se stanica razori, ER se raspada na mikrosome koji nastaju od hrapavog ER-a, a posjeduju ribosome na vanjskoj strani. Hrapavi mikrosomi su gui od glatkih, te se mogu centrifugiranjem izolirati u gradijentu gustoe.Pokusi su potvrdili da ako se mRNA koja kodira sekrecijski protein prevodi na slobodnim ribosomima in vitro, nastaje protein neto dui od odgovarajueg izluenog proteina. Ako se u sustav dodaju i mikrosomi, sekrecijski protein se usmjeruje u mikrosom ( ekvivalent hrapavom ER-u) i cijepa se pomou mikrosomske proteaze do prave veliine.im zapone sinteza proteina na slobodnom ribosomu u citosolu, SRP estica ( signal recognittion particle ) prepozna signalni slijed i vee se za nastali polipeptid i ribosom, zaustavlja translaciju, te ga usmjeruje prema ER-u. SRP estica se sastoji od 6 polipeptida i od SRP RNA, koja ima dvije regije fleksibilne poput ake. Na membrani ER se nalazi SRP receptor ( integralni membranski protein izloen na citosolnoj strani ER-a) na koji se vee SPR estica, ribosom i polipeptid. Kada su tako vezani za SRP receptor, pridruuje se GTP molekula koja disocira u GDP i otputa SRP esticu od receptora i rRNA kompleksa.Ribosom se potom vee za translokacijski kompleks i signalni slijed uvue u membranski kanal ili translokon. Translokon je izgraen od triju transmembranskih proteina nazvanih Sec61. Signalna sekvenca dolazi u interakciju sa kratkim hidrofobnim lancima u vratu translokona, to otvara epu membranskom kanalu. Signalna peptidaza cijepa signalnu sekvencu sa polipeptida i on ulazi u lumen ER-a.Proteini koji se usmjeruju u ER nakon translacije ( posttranslacijska translokacija ) drugaije ulaze u lumen ER. Umjesto SRP estica i SRP receptora, njihove signalne sljedove prepoznaju receptorski proteini Sec62/63, a posebni citosolni Hsp70 aperoni odravaju lanac raspetljanim. Peptidni lanac kroz membranski kanal uvlai posebni Hsp70 aperon, koji se nalazi unutar ER i nazvan je BiP.Proteini koji su namijenjenistaninoj membrani ili membranama ER, GA i ostalih ve navedenim organelima, ne ulaze u lumen ER, nego putuju kroz membranu do svog odredita kao u sekrecijskom putu. Integralni membranski proteini uklopljeni su u staninu membranu pomou hidrofobnih sljedova. Sastoje se od 20-25 hidrofobnih aminokiselina koje tvore -uzvojnicu, te se tako maksimalizira broj vodikovih veza izmeu peptidnih veza, a boni ogranci aminokiselina stupaju u interakciju sa repovima masnih kiselina fosfolipida. Integralni proteini se razlikuju po nainu uranjanja u membranu. Neki ju premouju samo jednom, dok ostali viestruko. Takoer im je u citosolnu stranu membrane okrenut ili amino kraj ili karboksilni kraj. Ovakva orijentacija proteina na membranama ER-a, GA-a, lizosoma i staninih membrana tijekom translokacije rastueg polipeptidnog lanca. Poto je lumen ER ekvivalentan vanjskoj strani membrane, domene proteina koji se nalazi na membrani sa vanjske strane stanine membrane odgovaraju regijama polipeptidnih lanaca koji se translociraju u lumen ER-a.Ugradnja proteina u membranu odvija se sintezom transmembranskih proteina iji karboksilni kraj okrenut u citosol, a na svom amino kraju imaju normalni signalni slijed, koji ih dovue do ER. Oni se sidre u membranu pomou druge -uzvojnice, nazvanom zaustavni slijed, koja se nalazi u sredini lanca. Kada translokon prepozna zaustavni slijed, dolazi do konformacijske promjene. Daljnji prijenos se zaustavi, karboksilni kraj lanca ostaje u citosolu, podjedinice kanala se razdvoje i transmembransko podruje ( -uzvojnica ) proteina ue u lipidni dvosloj. Neki proteini imaju signalni slijed za ugradnju u membranu kojeg signalna peptidaza ne moe ukloniti. Takve sljedove prepozna SRP i donose ih do ER. Poto ti sljedovi ne bivaju uklonjeni, oni djeluju kao -uzvojnice i sidre se u membranu. Unutarnji sljedovi mogu biti orijentirati tako da u citosol stri amino-kraj ili karboksilni kraj.U membranu se mogu ugraditi i proteini koji ju vie puta premouju, a to se postie naizmjeninim signalnim i zaustavnim sljedovima u lancu. Svakim signalni slijedom lanac raste, a svakim zaustavnim se ugrauje u lipidni dvosloj.U ER-u dolazi do doradbe proteina, smatanja, udruivanja podjedinica, stvaranje disulfidnih veza. Takoer se odvijaju poetni stupnjevi glikolize, dodavanje glikolipidnih sidara. Proteini ulaze u ER razmotani, te se uz pomo BiP i Hsp70, koji se veu na lanac, smotaju. Tako smotani proteini otputaju aperone i odlaze prema GA-u, a oni loe smotani razrauju. U ER-u nastaju disulfidne veze ( S-S ) iz cisteinskih ostataka zbog oksidirajueg okruenja, dok u citosolu ne nastaju zbog reducirajueg okruenja ( -SH ). U nastajanju tih veza pomae protein-disulfid-izomeraza. Jo dok se protein nalazi u ER-u dolazi do njegove glikolizacije. Oligosaharidi ( od 14 eernih ostataka) se sintetiziraju na membrani ( dolikol ) koji se pomou oligosaharil-transferaze prenose na asparaginske ostatke konsenzus-sljeda Asn-X-Ser/Thr na rastui protein koji ulazi u ER. Tri glukozna ostatka i jedna manoza se uklanjaju jo dok je protein u ER-u. Neki proteini su vezani glikolipidima za membranu, a nazvani su glikozilfosfatidil-inozitolna ( GPI ) sidra. U ER-u dolazi i do provjere kvalitete proteina, tj. dolazi do prepoznavanja dobro smotanih, loe smotanih i jako loe smotanih proteina. Taj proces je sloen i ukljuuje BiP, aperone, protein-disulfid-izomerazu i mnoge pomone proteine.Jedan od putova prepoznavanje ide preko glikoproteina kalretikulina, koji prepozna djelomino doraene oligosaharide na novonastalim proteinima, te im pomae u pravilnom smatanju. Odvajanje terminalnog glukoznog ostatak sa glikoproteina ga oslobaa od kalretikulina. Oni dobro smotani odlaze u tranzicijski ER, oni loe smotane se upuuju ponovno u ciklus sa kalretikulinom tako da im se ponovno doda glukozni ostatak na oligosaharid, a oni koji su ozbiljno poremeeni se upuuju na retro-translokaciju, put degradacije gdje bivaju u citosolu obiljeeni ubikvitinom.BiP igra vanu ulogu u signalizaciji. Ako se u stanici nakupi previe ne smotanih proteina dolazi preko BiP-a do reakcije na ne-smotane proteine. BiP ima dovoljno u stanici da se uvijek omogue svi procesi vezani uz njega, no kada doe do prevelikog broje ne smotanih proteina, oni se poinju natjecati za slobodne BiP-ove. Dolazi do oslobaanja signalnih molekula koje signaliziraju odgovor na ne smotane proteine, dolazi do inhibicije proteinske sintaze i poveanja ekspresije aperona. Ako nita od toga ne pomogne nastupa stanina smrt ili apoptoza. Glatki ER i sinteza lipida Poto su lipidi izrazito hidrofobni, oni ne nastaju u citosolu, nego u ER. Od ER-a se prenose do ostalihmembrana, ili preko glatkog ER do trans golgijeve mree, preko vezikula ili proteinskih nosaa. Membrane eukariotskih stanica sastoje se od fosfolipida, glikolipida i kolesterola. Veina fosfolipida sintetizira se na citosolnoj strane ER-a iz u vodi topljivih pretea.Masne kiseline se najprije prebace sa koenzima A na glicerol 3 fosfat, te tako nastali spoj ugradi u membranu. Enzimi na citosolnoj strani membrane mijenjanju fosfatidnu kiselinu u diacilglicerol i kataliziraju dodavanjem raznih polarnih skupina glave lipida, te tako nastaju fosfatidilkolin, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin i fosfatidilinozitol. Ti fosfolipidi omoguuju hidrofobnim lancima masnih kiselina da ostanu uronjeni u membrani dok enzimi na citosolnoj strani kataliziraju njihove reakcije u citosolu sa preteama koje su topljive u vodi ( npr. CFP-kolin ).Proteini pod imenom Flipaze omoguuju prebacivanje fosfolipida na drugu stranu membrane radi ouvanja stabilnosti membrane ( osiguranje ujednaenog rasta obiju strana ). U ER-u se takoer sintetizira i kolesterol i ceramid, koji se u GA-u moe pretvoriti u glikolipide ili u sfingomijelin. ER-a ima openito mnogo u stanicama koje aktivno sintetiziraju lipide ( jajnici i testisi ). Jetra sadri enzime za pretvorbu razliitih sastojaka topljivih u lipidima, igra vanu ulogu u detoksikaciji od lijekova. Proteini i lipidi se prenose sa prijelaznog ER tako da pupaju kao vezikule koje se prenose do GA. Od GA se mogu dalje prenositi do endosoma, lizosoma ili do stanine membrane, a njihova orijentacija se putem ne mijenja. Oni imaju na svojoj citosolnoj strani signale za izvoz iz ER. Proteini koji djeluju u ER-u imaju ciljni slijed KDEL ( Lys-Asp-Glu-Leu ), koji ih vraa u ER,a ako se taj slijed ukloni, oni e biti izbaeni iz stanice. Neki transmembranski proteini iz ER-a na slian nain su obiljeeni kratkim zavrnim C-sljedovima koji sadravaju lizina( sljedovi KKXXX ). Proteini koji imaju ove sljedove se pakiraju u reciklane vezikule i vraaju u ER. GOLGIJEV APARAT Djeluje kao tvornice jer se u njemu dorauju proteini pridoli uz ER-a, te dalje alju u lizosome, endosome, staninu membranu ili izluuju iz stanice. Takoer je bitan zbog sinteza sfingomijelina i glikolipida. Graen je izrazito polarno i razlikuje se njegova cis-strana koja je okrenuta prema jezgri i njegova trans-strana.Moemo ga podijeliti u etiri dijela i to na cis-golgijevu mreu, golgijev stog ( sastoji od medijalnog i trans pododjeljka )i na trans-golgijevu mreu. Proteini iz ER-a odlaze u ER-Golgijev pododjeljak, zatim ulaze na njegovu cis-stranu, prolaze medijalni i trans pododjeljak i na kraju dolaze u trans-mreu, koja ima ulogu zavrnog razvrstavanja i slanja vezikula u daljnja odredita. U GA-u dolazi do dorade N-vezanih oligosaharida, koji su bili dodani u ER-u, tono odreenim nizom reakcija. 1-Uklanjanje triju manoznih ostataka2-Dodavanje N-acetilglukozamina 3-Uklanjanje jo dviju manoza 4-Dodavanje Fukoze i jo dva N-acetilglukozamina 5-Dodavanje triju galaktoza 6-Dodavanje triju sijalinskih kiselina U GA-u ne dolazi do obrade svih proteina podjednako. Sve ovisi o vrsti proteina, enzima prisutnih u GA-u i o vrsti stanice. eerne ostatke dodaju enzimi glikozil-transferaze, a odstranjuju glikozidaze. Proteini namijenjeni za lizosome, prije nego to doe do uklanjanja poetne manoze, najprije dolazi do fosforillacije manoze: 1-N-acetilglukozamin-fosfat dodaje se na ostatke manoze dok je protein jo u cis-mrei 2-Uklanja se N-acetilglukozamin, te ostaje manoza-6-fosfatni ostatak U trans-mrei receptori za manozu-6-fosfat taj protein alju preko endosoma u lizosom. Odrednica prepoznavanja koja dovodi do fosforilacije manoze i konanog slanja u lizosome, ovisi o trodimenzionalnoj konformaciji smotanog proteina. Ta se odrednica naziva signalnim plohama. Fosfogliceridi, kolesterol i ceramid se sintetiziraju u ER, a iz ceramida u GA-u nastaje sfingomijelin i glikolipidi. Sfingomijelin se sintetizira prijenosom fosfotilkolinske skupina sa fosfatidilkolina na ceramid.Sfingomijelin nastaje na luminarnoj strani GA, a dodavanje glukoze se vri na citosolnoj strani, te se on ( glukozilceramid ) mora preseliti na drugu stranu zbog dodavanja i Glikolipida. U biljnim stanicama se takoer stvaraju jo i polisaharidi za staninu stjenku U trans-mrei GA dolazi do razvrstavanja proteina u vezikule, koji se zatim alju dalje u staninu membranu, izvan stanice ili u lizosome i endosome.Proteini koji se trebaju zadrati u GA-u imaju u svom transmembranskom dijelu signal, te oni nisu otopljeni u lumenu, nego se nalazi u membrani GA-a.Proteini se mogu izluivati iz GA-a na tri naina. Najjednostavniji nain je transportom od trans-mree do stanine membrane ( ugradnja u nju )ili izvan stanice. Mogu se prenositi putem prijelaznih reciklanih endosoma ( jedan od triju tipova u ivotinjskoj stanici ). Proteini se mogu otputati i reguliranim putem signalom iz vana ( hormoni, neurotransmiteri, otputanje probavnih enzima ), koje je posredovano teretnim receptorima. Oni prepoznaju signalne plohe, koje su zajednike za mnoge proteini koji se izluuju ovim putem iz trans-mree. Ovi kompleksi tereta i receptora selektivno se agregiraju u cisternama trans-mree i oslobaaju se pupanjem nezrelih sekrecijskih vezikula, koje su vee od transportnih. Oni se stapaju sa drugim nezrelim vezikulama i stvaraju zrele sekrecijske vezikule, koje se izluuju tek kada doe odgovarajui signal iz vana ( prisutnost hrane u eludcu i tankom crijevu uzrokuje luenje enzima u guterai ). Epitelne stanice su polarizirane kada se stapaju u tkivo, te na njima razlikujemo apikalno i bazolateralno podruje, a oni imaju razliite proteine. U crijevnim resicama, apikalan strana je okrenuta lumenu i specijalizirana je za apsorpciju hrane, a bazolateralna prekriva ostatak membrane. Zbog toga se proteini u tim stanicama moraju usmjeriti ili prema apikalnoj ili prema bazolateralnoj strani. U kvasaca i biljaka ne postoje lizosomi. Njih zamjenjuje vakuola, a proteini se u nju alju kratkim signalnim slijedom, a ne ugljikohidratnim sljedovima. Mehanizam Vezikularno transporta Transportne vezikule imaju vanu ulogu u prijenosu tvari meu odjeljcima okruenih membranom. Pri tome je bitna i selektivnost takvog transporta. Lizosomski enzimi se moraju slati od GA-a do lizosoma, a ne do stanine membrane ili ER-a. Transportne vezikule su obloene citosolnim oblauim proteinima, pa se zovu obloene vezikule. Njihovo nastajanje reguliraju mali proteini koji veu GTP u srodstvu sa proteinima Ras i Ran. Dvije obitelji proteina koji veu GTP imaju ulogu u pupanju transportnih vezikula:1.porodica faktora ADP-ribolizacije-ARF1-3 -Sar1 2.velika porodica proteina Rab Oni se grutiraju i reguliraju proteine adaptere koji su u izravnoj interakciji s oblauim proteinom vezikule. Udruivanjem proteina za GTP i proteina adaptera nastaje platforma za odreene procese, kao to su stvaranje transportnih vezikula. Postoje tri vrste obloenih vezikula: 1.)COPI -pupaju sa ERGIC-a* i imaju ulogu vraanja proteina u prijanje odjeljke reciklani put 2.) COPII -pupaju iz prijelaznog ER-a, prenose proteina u ERGIC, te u GA. 3.)Klatrinom obloene vezikule -Pupaju iz trans-mree i vode proteine u endosome, lizosome i do stanine membrane - potreban klatrin, protein ARF1 koji vee GTP, te barem dvije vrste proteinskih adaptera *ERGIC meuodjeljak izmeu ER-a i GA-a Nastajanje takvih vezikula odvija se ovako: 1.)kompleks ARF/GDP vee se za proteine GA membrane 2.)Faktor izmjene ARF-gvaninskog nukleotida poinje izmjenu GDP s GTP 3.)ARF/GTP poinje pupanje privlaenjem proteinskih adaptera, koji potom slue kao vezna mjesta i za transmembranske receptore i za klatrin Klatrin ima strukturnu ulogu, jer njegove molekule sastavljaju reetku oblika koare, koja uvija membranu i time zapoinje pupanje vezikule 4.)ARF/GDP kompleks otputa se s membrane i reciklira Stapanje vezikula zapoinje tako da vezikula mora najprije prepoznati svoje odredite, a nakon toga stopit se s njim i predati svoj sadraj. Stapanje vezikula posredovano je interakcijama izmeu parova specifinih transmembranskih proteina nazvanim SNARE. Mogu se nalaziti na vezikuli ( v-SNARE ) i na ciljnoj membrani ( t-SNARE ), te stvaranjem kompleksa izmeu njih dovodi do stapanja vezikula ( oslobaa se energija potrebna za pribliavanje dvaju lipidnih dvosloja ). Rab-proteini takoer sudjeluju u ovome procesu ( neki od njih su npr. Rab1, Rab1bRab6,Rab7,Rab21). Njihov smjetaj na pravoj membrani je kao klju za uspostavljanje specifinosti vezikularnog transporta. Svi SNARE proteini imaju spiralno namotanu sredinju domenu. LIZOSOMI Lizosomi su organeli okrueni membranom koji slue za probavu ( razgradnju ) tvari donoenih u stanicu i za dijelove unutar stanice. Sadre vie od 50 razliitih hidrolitikih enzima za razgradnju proteina, DNA, RNA, polisaharida i lipida. Mutacijom gena koji kodiraju ove enzime nastaju lizosomske bolesti odlaganja. Veina lizosomskih enzima su kisele hidrolaze, koje su jedino aktivne u Ph podruju 5. Kada lizosom pukne, njegovi enzimi ne e biti aktivni u citosolu ( Ph 7,2 ). Lizosomi odravaju svoj kiseli medij pomou protonskih crpki, koje ubacuju E+ , a za to je potreban ATP. Jedna od glavnih uloga lizosoma jest probava unesenog materijala izvana endocitozom. Lizosomi nastaju stapanjem transportnih vezikula koje pupaju iz trans-mree i spajaju se sa kasnim Endosomima, koji sadre molekule unesene endocitozom sa stanine membrane Endosomi predstavljaju raskrije sekrecijskog puta i endocitoznog puta. ivotinjska stanica ima tri tipa endosoma. Rani endosomi se nalaze blizu stanine membrane i oni primaju sadraj kojeg razvrstavaju. Tvari koje se trebaju vratiti u staninu membranu se pomou reciklanih endosoma alju nazad u membranu ( membranski receptori ), a oni koji su namijenjeni razgradnji se alju kasnim endosomima za stapanje sa lizosomskim enzimima. Dozrijevanje ranih u kasne endosome obiljeeno je sniavanjem Ph do oko 5,5. Daljnje uloge lizosoma: 1.Fagocitoza specijalizirane stanice poput makrofaga i neutrofila unose i razgrauju velike estice ( bakterije, stanilni otpad i dotrajale stanice ). Te se estice unose u fagosome, koji se potom stapaju sa lizosomima ( fagolizosomi ). 2.Autofagija razgradnja vlastitih staninih dijelova i ovaj mehanizam funkcionira u svim stanicama. Proces zapoinje ogranienjem malog podruja citoplazme i organela citosolnom membranom, a nastala vezikula ( autofagosom ) se stapa sa lizosomom. IV. Citoskelet i stanino kretanje Citoskelet se sastoji od aktinskih vlakana, intermedijarnih i mikrotubula, koji su meusobno povezani putem razliitih proteina. Takoer su vezani i sa organelima i sa staninom membranom. Struktura i organizacija aktinskih vlakana Glavni element citoskeleta je aktin, koji polimerizacijom daje aktinska vlakna ( mikrofilamenti ). Takva vlakna tvore snopove i trodimenzionalne mree ije stvaranje reguliraju razliiti proteini. Najgua mrea je ispod same membrane jer daje vrstou i oblik stanici.Aktin je u veim koliinama prisutan u miii. Kvasci imaju samo jedan gen koji kodira aktin, dok vii eukarioti ( sisavci ) imaju i do 6 gena za aktin. Aminokiselinski slijed aktina u kvasca je gotovo identian onome u viim euakriotima ( 90% ).Monomeri aktina su globularni proteini sa oko 375 aminokiselina ( globularni G aktin ), a na njima razlikujemo vezna mjesta za glavu i rep drugog monomera. Polarni su, te razlikujemo na svakome tokasti i kukasti kraj. Oni se udruuju dimere, trimere i konano u vlaknasti F aktin, koji ima oblik dvolanane uzvojnice u kojoj je svaki monomer rotiran za 166. U otopinama niske ionske jakosti aktin depolimerizira. Poveanjem ionske jakosti do fizioloke vrijednosti dovodi do njihove spontane polimerizacije. Prvi korak je stvaranje male nakupine od tri monomera aktina ( nukleacija ). Aktinska vlakna onda rastu reverzibilno na kukastom i na tokastom kraju ( na kukastom pet do est puta bre ), a vezanje ATP-a i njegovom hidrolizacijom u ADP ubrzava proces, ali nije nuan. Brzina dodavanja monomera je proporcionalna njihovoj koncentraciji, pa prema tome postoji trenutak kada je u ravnotei brzina dodavanja i odvajanja (dinamika ravnotea ). Kada je u ravnotei neto-dodavanje monomera sa oduzimanje monomera na plus i minus kraju, dolazi do fenomena hoda u mjestu. -Citohalazin vee se na kukasti kraj i sprjeava vezanje monomera Posljedica je primjena oblika stanice i inhibicija nekih staninih pokreta-Faloidin Vee se vrsto na aktinska vlakna i ne doputa njihov raspad U mnogim stanicama dinamika aktina nije u ravnotei Proteini koji reguliraju stvaranje aktinskih vlakana mogu na vie naina djelovati: 1.Povezuju se na aktinska vlakna itavom njegovom duinom i tako ga stabiliziraju 2.Povezuju se na krajeve vlakna i tako sprjeavaju oduzimanje i dodavanje 3.Neki razgrauju aktinska vlakna 4.Neki se veu na monomere aktina i kontroliraju njihovo zdruivanje regulirajui izmjenu ATP/ADP Poetni stadij stvaranja aktinskog vlakna je nukleacija u kojoj sudjeluje formin i Arp2/3. Formin pripada obitelji velikih proteina, a slie na tranice s kukastim krajem. Oni se pomiu usporedno sa rastom vlakna i na kukasti kraj dodaju monomere. Oni formiraju nerazgranata vlakna , koja ine stres vlakna, kontraktilni obru, filopodije i tanka vlakna miinih stanica. Takva vlakna su stabilna jer ih stabiliziraju proteini ( tropomiozin ). Arp2/3 se vee u blizinu kukastog kraja i stvara ogranak na aktinskom vlaknu. Sastoji se od sedam proteina ( dva slina aktinu ) i aktiviraju ga drugi proteini koji se veu na njega. ADR/kofilin vee se na minus kraj vlakna i ubrzava odvajanje aktin/ADP monomera. Moe takoer raskinuti vlakna stvarajui vie plus krajeva. On ostaje vezan za aktin/ADP monomer da bi sprijeio ponovno udruivanje otkinutih lanaca. Profilin moe ponititi djelovanje kofilina i potaknuti zamjenu ADP u ATP. Tako nastaje aktin/ATP koji se otputa od kofilina i moe sudjelovati u procesu polimerizacije. Arp4-8 je povezan sa aktinom i sudjeluje u remodeliranju kromatina u biljaka i u ivotinja, te moe sudjelovati i u stvaranju jezgre nakon diobe. Organizacija aktinskih vlakana Pojedina aktinska vlakna se mogu udruivati u snopove ili mree. U snopovima su oni poprjeno povezani u stisnute paralelne redove, a u mreama su snopovi gotovo okomiti jedan na drugog i imaju svojstvo poluvrstih gelova.Proteini koji organiziraju snopove su mali i krute, te prisiljavaju vlakna da se priblie jedni drugima. Proteini koji organiziraju mree su veliki i savitljivi. Oni sadre najmanje dvije domene da bi mogli vezani s obe strane aktinska vlakna tj. povezivati ih.Postoje dvije vrste snopova: -Prvitip sadrava tijesno zbijena paralelna vlakna aktina koja podupiru izboine membrane citoplazme ( mikrovili ), a protein koji sudjeluje u stvaranju tih snopova je fimbrin ( ima dvije domene, a na vlakna se vee kao monomer ). Ti snopovi su polarni sa plus krajem okrenutim staninoj membrani. -U stvaranju drugog tipa snopova sudjeluje -aktinin, koji se vee na vlakna kao dimer, ostavljajui tako vie mjesta izmeu aktinskih vlakana. Takvi snopovi se nazivaju kontraktilni snopovi. U njima motoriki protein miozin dolazi u interakciju sa aktinom. Aktinska vlakna u mree vee filamin. On ima oblik slova V ili karica. Na vrhu su povezani dva filamina u dimere, a sa svojim parnim krajevima oni se veu za aktin. Prema tome razlikujemo domenu za dimerizaciju i domene za vezanje s aktinom. Udruivanje aktinskih vlakana sa staninom membranom Aktinska vlakna na periferiji stanice ( ispod stanine membrane ) oblikuju mreu, koju nazivamo stanina kora.U eritrocita spektrin vee aktin, a lan je porodice kalponina. Spektrin je tetramer sainjen od i polipeptidnog lanca. -lanac ima domenu koja na svom amino kraju vee aktin. Oba lanca se udruuju pobono da bi oblikovali dimere. Zatim se spajaju u tetramere ( glavica na glavicu ) sa dvije domene koje veu aktin. Krajevi spektrinskih tetramera se udruuju sa kratkim aktinskim vlaknima stvarajui spektrin-aktin mreu.Glavna spona izmeu spektrina i aktina je ankirin. Proteini srodni spektrinu: -protein 4.1 ( ERM-proteini ) povezuju aktinska vlakna sa staninom membranom, a filamin tvori glavnu sponu -Distrofin proizvodi gen odgovoran za dvije vrste miine distrofije. Ima jednu domenu koja vee na svom amino-kraju aktin i membransku veznu domenu na karboksi-kraju, te on takoer stvara dimere. Neke stanine membrane na svojim povrinama imaju specijalizirana mjesta za dodir sa susjednim stanicama, matriksom i ostalim tvorevinama. Ta mjesta su posebno bitna za fibroblaste. Oni izluuju proteine izvanstaninog matriksa, koji se lijepe za povrinu posude u kulturi stanica. Oni se veu za posudu transmembranskim proteinom ( integrini ). Mjesta vezanja nazivaju se arine adhezije, a to slui i za privrivanje velikih snopova aktinskih vlakana zvanih tlana ( stresna ) vlakna. Tlana vlakna su kontraktilni snopovi meusobno povezani sa -aktinom. Oni se na mjestima arine adhezije veu na integrin. Talin i vinkulin takoer sudjeluju u povezivanju. U podrujima staninih dodira usidren je aktinski citoskelet ( prianjajui ili adhezivni spojevi ). Oko stanica se oblikuje adhezivnineprekinuti pojas. Kaldherin oblikuje sloene tvorbe s citoplazmatskim proteinima kateninima, a oni se zdruuju s aktinskim vlaknima. Izboenjastanine povrine Najvie prouena izboenja su mikrovili na apikalnoj strani stanica specijaliziranih za apsorpciju. Oni tvore etkastu membranu. Stereocilije su slini mikrovilima, ali imaju ulogu slunih dlaica.U mikrovilima crijeva su djelomino aktinska vlakna povezana fimbrinom, ali glavni protein je vilin.Uzdu cijelog mikrovila aktinska vlakna su sa staninom membranom bonim rukama to se sastoje od proteina koji vee kalcija i kalmodulina zdruenog s miozinom I. Vrste izboenja: -Pseudopodiji su izboenja promjenjive duine odgovorna za fagocitozu i kretanje amebe -Lamelipodiji su iroka, plahtolika izboenja na vodeem rubu fibroblasta -filopodiji su tanka izboenja poduprta aktinskim snopovima Miii imiina kontrakcija Miii su izgraeni od puno vlakana i podjedinica koji se pruaju kroz itavi mii i u 98 % sluaja su inervirani jednim ivanim zavretkom. Oni imaju sarkolemu koja je posebna vrsta membrane graena od stanine membrane koju jo zovemo i plazmatska membrana i od polisaharidne ovojnice koja sadri mnogo kolagenih vlakana. Ta kolagena vlakna ine na krajevima miia tetive koje ih spajaju za kosti. Miii su graeni od mnogo miofibrila koje imaju 1500 miozinskih i 3000 aktinskih niti. To su velike polimelizirane bjelanevine koje omoguuju kontrakciju. Miozinske niti su debele i zovu se jo i A-pruge jer su anizotropne za polarizacijsko svjetlo mikroskopa, a aktinske su tanje i zovu se I-pruge jer su izotropne za polarizacijsko svjetlo. Miozinske i aktinske niti djelomino ulaze jedna u drugu, pa se vide svijetle ( samo aktinske niti ) i tamne ( miozinske niti i krajeve aktinskih niti ) pruge. Miozinske niti sadre i male izdanke koji se zovu popreni mostovi. Aktinske niti su privrene za Z-plou koja je takoer graena od nitastih bjelanevina. Z-ploa prolazi kroz pojedinu miofribrilu i povezuje susjedne miofribrile. Prostor izmeu dvije Z-ploe zove se sarkomera ( 2 mikrometra ), a srednji dio sarkomere u kojoj se nalaze samo miozinske niti je H-zona. Miozinske i aktinske niti na okupu dri titin. To je nitasta bjelanevinska molekula relativne mase 3 000 000. Titin je vrlo elastian i on dri miozinske i aktinske niti u povoljnom poloaju za kontrakciju. Da bi se mii podraio najprije impuls putuje ivcem gdje se u aksonu oslobaa acetil-kolin. Zatim se na membrani miia stvara akcijski potencijal koji iz sarkoplazme oslobaa Ca ione koji uzrokuju kontrakciju ( klienje miozinskih i aktinskih niti ). Na kraju Ca crpka izbacuje ione van. Miozinska nit je graena od molekula miozina koja je graena od 6 polipeptidnih lanaca. Dva teka lanca su zavijena u heliks i ine rep miozina. Zavreci svakog pojedinog lanca tvore glavicu. 4 laka lanca ( 2 u svakoj glavici ) pomau ori kontrakciji. Glavice molekula stre van i tvore poprene mostove. Imamo ukupno dva mjesta na kojima je mogue savijane, a zovemo ih zglobovi ( miozin-ruica i ruica-miozin ) Na sredinjem dijelu miozina nema poprenim mostova i svaka glavica je od slijedee udaljena za 120 stupnjeva. Glavice djeluju kao ATPaze jer mogu razgradit ATP koji je potreban za kontrakciju. Aktinske niti se sastoje od dva lanca F-aktina koji se sastoji od G-aktina. Dva lanca su savijena u heliks kao i kod miozinske niti. Na F-aktin je nepravilno u nakupinama vezan ADP koji ini aktivna mjesta. Tropomiozinske molekule su savijene sa F-aktinom i one u mirovanju prekrivaju aktivna mjesta. Na tropomiozin je u pravilnim razmacima privren i troponin koji se sastoji od 3 labavo vezana bjelanevinska kompleksa. Troponin I ima veliki afinitet prema aktinu, troponin T prema tropomiozinu i troponin C prema Ca ionima. Troponin C moe na sebe vezati i do 4 Ca iona to uzrokuje njegovu konformacijsku promjenu i otkrivanje aktivnih mjesta na F-aktinu za koje se automatski veu glavice miozina. Kada se glavice veu promjeni se molekularna sila na ruicama pa dolazi do uspravljanja glavice to ujedno i povlai aktinsku nit i tako dolazi do kontrakcije.to je vei miini rad to je i vea potronja ATP-a ( Fennov uinak ). Kada je glavica vezana za aktivno mjesto njoj je potreban ATP da se otkine od aktinske niti. Njegovom razgradnjom glavica se otkine, ali na njoj ostane vezan ADP. Glavica se naginje prema aktinskoj niti i ponovno vee za aktivno mjesto to uzrokuje promjene u molekularnim silama glavice u ruice. Dolazi do uspravljanja glavice i povlaenja akinske niti, zatim razgradnje ATP-a i tako se cijeli proces ponavlja. Naginjanje glavice zove se zamah. Najvea napetost miia je pri duljini sarkomere od 2 mikrometra. Osim to se ATP troi za miozinske glavice,potreban je i za prebacivanje Ca iona iz sarkoplazme u sarkoplazmatsku mreicu i za izbacivanje Na i K kroz membranu. Miii svoj ATP dobivaju na tri naina. Prvo iz fosfokreatina kojeg ima vrlo malo. Drugo glikolizom glikogena koji se razgrauje na mlijenu i pirogroanu kiselinu. Prednost glikolize je ta to nije potreban kisik, a nedostatak to se brzo u miiu nakupljaju tetne tvari. Trei nain je oksidacijski metabolizam ( ugljikohidrati, bjelanevine i masti ). Ovim se putem dobiva 95 % potrebne energije za rad miia. Korisnost kontrakcije miia u najpovoljnijim uvjetima iznosi samo 25 %. Pri izometrinoj kontrakciji se mii ne skrauje, a pri izotoninoj se skrauje, ali napetost ostaje ista. Najmanji mii u srednjem uhu je m. stapedius, a najvei m. kvadriceps. Brza vlakna su deblja, jae se kontrahiraju, imaju manju opskrbu kisikom jer im nije potreban, imaju puno glikolitikih enzima za razgradnju glikogena i imaju manje mitohondrija. Spora vlakna su tanja, inerviraju ih tanji ivci, imaju dobro razvijen sustav kapilara, sadre velike koliine mioglobina koji je slian hemoglobinu. On vee na sebe kisik, pa se ta vlakna zovu crveni miii, a spora bijeli miii. Aktin i miozin u nemiinim stanicama Primjeri za to su tlana vlakna i adhezijski pojasi. Kontrakcijom tlanih vlakana stvara se napetost u stanici i omoguuje joj da se kree po supstratu, a adhezijski pojas mijenja oblik ploa epitelnih stanica. U citokinezi se stvara kontrakcijski prsten graen od aktinskih vlakana i miozina II, a u biljaka dolazi do zdruivanja aktina ( fragmoplast ). U bakterija protein MreB sudjeluje u diobi. Aktin-miozinska kontrakcija je regulirana fosforilacijom jednog od lakih miozinskih lanaca ( regulacijski lanac ).enzim koji katalizira tu reakciju nazvan je kinaza miozinskog lakog lanca, a njegova regulacija povezana je s proteinom koji vee kalcijeve ione kalmodulin. Nekonvencionalni miozini Oni za razliku od miozina II nemaju glavice i ne sudjeluju u kontrakciji. Miozin I ima globularni skupinu glavice, manje su molekule, nemaju dugaak rep i ne stvaraju dimere. Njihovi repovi se mogu vezati na druge molekule i organele. Funkcije: -oblikovanje bonih ruica -pomicanje stanine membrane du aktinskih snopova prema vrhu mikrovila -transport vezikula i organela du aktinskog vlakna -kretanje stanine membrane tijekom fagocitoze -produljivanje pseudopodija Otkriveno je da postoje jo miozina ( miozin III XIV ): -V,VI transport tereta i kretnje molekula -III osjetne funkcije za vid -VI, VII osjetne funkcije za sluh Oblikovanje izboenja i kretnje stanica Kretnje stanice ili produljivanje dugakih nastavaka stanice ukljuuje koordinirani ciklus kretnji, koji se moe promatrati u vie faza. 1.razvoj inicijalne polarnosti 2.izboenja ( pseudopodiji ) moraju se protegnuti da bi nastao vodei rub stanice i moraju se privrstiti na podlogu Ova faza ukljuuje grananje i polimerizaciju filamenata aktina 3.Stranji rub stanice mora se odvojiti od podloge i uvui u tijelo stanice WASP/Scar aktivator kompleksa Arp2/3, koji inicira grananje vlakana aktina u blizini kukastog kraja, koji mogu gurati membranu stanice. Kako kukasti krajevi rastu, tokasti se razgraujupomou ADF/kofilina. ADP-aktinski monomeri se prenose do kukastog kraja pomou tvinfilina. Intermedijarna vlakna Usporedba veliina: -Mikrotubuli 25 nm -Intermedijarna vlakna 8 do 11 nm -Aktinska vlakna 7 nm Ne sudjeluju u staninim pokretima, nego daju vrstou i strukturu. Graeni su od 65 razliitih proteina, svrstanih u 6 skupina: I.Keratin tipa I ( kiseli ) II.Keratin tipa II ( neutralni/lunati ) -kopolimeriziraju -vrsti keratini izgrauju kosti, nokte rogove -mekani keratini prisutni u citoplazmi epitelnih stanica III. Vimentin ( proteini intermedijarnih vlakana ) fibroblasti, glatki miii, bijele krvne stanice, Dezmin miinim stanicama, povezuje Z-ploe -kolagen tipa II prisutan u glija stanicama IV.Proteini neurofilamenata ( NF ) NF-L ( light ), NF-M ( medium ), NF-H ( heavy ) -Prisutni u aksonima motorikih neurona -protein tipa IV ( interneksin ) eksprimiran je u ranijim stadijima razvitka neurona, i prije izraaja proteina neurofilamenta. V.Lamini jezgrine ovojnice VI.Nestini Prisutni u embrionalnom razvoju nekoliko stanica ( matine stanice ). Svi proteini intermedijarnih vlakana imaju sredinju -uzvojnicu od priblino 310 aminokiselina. Izgradnjaintermedijarnih vlakana Prvo se stvaraju dimeri, zatim se povezuju antiparalelno i s pravilnim pomakom, te nastaju tetrameri. Oni se mogu meusobno zdruiti i tako nastaju protofilamenti. Zavrni oblik je 8 protofilamenata omotanih jedan oko drugog u strukturu nalik uetu. Intermedijarna vlakna su apolarna tj. oba su kraja ista. Intermedijarna vlakna su puno stabilnija od aktinskih i njihovi proteini se esto mijenjaju fosforilacijom, koja moe upravljati njihovom razgradnjom.Intermedijarna vlakna ine potporanj, koji integrira citoskelet i razliite dijelove stanice. Keratinska vlakna epitelnih stanica vrsto su usidrena na staninu membranu na dva podruja specijaliziranih staninih dodira, dezmosomima i hemidezmosomima. Dezmosomi su spojevi meu susjednim stanicama posredovani transmembranskim proteinima srodnim kadherinima. Na citoplazmatskoj strani su povezani gustim ploama unutarstaninih proteina na koje su vezana keratinska vlakna. Te su veze posredovane dezmoplakinom iz porodice plakina. Oni veu Intermedijarna vlakna i povezuju ih s ostalim strukturama. Hemidezmosomi su pomou plektinske porodice vezani na integrine. Dezmosomi = stanica + stanica Hemidezmosomi = stanica + podloga Dezmini u miiima povezuju aktin-miozin nakupine meusobno i sa staninom membranom. Neurofilamenti prisutni uglavnom u motorikim aksonima, gdje su usidreni u aktinska vlakna i mikrotubule. Mikrotubuli Dinamina struktura koja podlijee zdruivanju i razilaenju unutar stanice. Struktura i organizacija Graen je od dimera tubulina ( i tubulin ), 13 linearnih protofilamenata zdruenih oko sredinje cijevi. -tubulin je smjeten u centrosomu.Evolucijski je slian prokariotskom FtsZ-u.Protofilamenti se poslaguju paralelno, a sastoje se od redova tubulinskh dimera usmjerenih od glavice prema repu. Mikrotubuli su polarne grae sa brzorastuim plus krajem i minus krajem. Dimeri tubulina mogu polimerizirati i depolimerizirati. Obe vrste tubulina veu GTP ( analogno ATP-u u aktinu ). GTP vezan na -tubulin biva hidroliziran u GDP. Ta hidroliza oslabljuje afinitet tubulina za vezanjem za susjedne molekule, te se tako favorizira depolimerizacija. GDP otkinut sa minus kraja se kao GTP vee na plus kraj i tako se uspostavlja dinamika ravnotea - hod u mjestu. U dinamikoj nestabilnosti se izmjenjuju ciklusi rasta i skraivanja.czun]u uP>hdoIzc u1P= poroco ( opco sonno o o ) czun]u uP