Flashcards Cellbiologi 2

3 olika filamentstrukturer av cytoskelettet

-Består av proteinpolymerer

1. Intermediära filament - IF

2. Mikrotubuli

3. Aktinfilament - mikrofilament

Intermediära filament egenskaper

Repliknande elastiska fibrer (många olika sorters proteiner)

-Ger cellen strukturstöd

-Bygger upp kärnans lamina

-Kan hålla ihop celler t.ex. i epitel

Mikrotubuli egenskaper

Ihåliga cylinderformade filament av proteinet tubulin

-Inte lika flexibla som IF

-Växer ut från specifika organisatoriska centrum (t.ex. centrosom eller basalkroppar i cilier)

-Viktiga vid celldelning

Aktinfilament egenskaper

Flexibla polymerer av proteinet aktin

-Finns främst nära plasmamembranet

-Bildar ett tvådimensionellt nätverk eller gelliknande struktur

IF hållbarhet?

Mycket hållbara

-Står emot syra och detergenter

-Måste bryta desmosomer (inte IF) för att separera celler

Hur binds IF samman mellan celler?

Desmosomer

-Desmoglein och desmocollin (Cadherin-familjen) sammanbinder IF

Hur binds IF till ECM?

Hemidesmosomer

-Plectin och Integrin

IF struktur

Monomer < Parallell dimer < Antiparallell tetramer < 8 st. tetramerer < Filament

IF polaritet

Eftersom tetramererna är antiparallella blir båda ändarna N-terminal -> Apolära

-Skillnad mot mikrotubuli och aktinfilament som båda är polära

Exempel på proteiner i IF

I cytoplasma: Keratin, vimentin, neurofilament

I cellkärna: Nukleär lamin

Keratin

-Flera olika varianter vars kombinationer ger speciella egenskaper (t.ex. hudens elasticitet)

-Hårt keratin finns i hår & naglar, rikt på cystein och -S-S- bindningar

Mutationer i plectin (mellan IF) kan ge:

Muskeldystrofi och neurodegeneration

IF i cellkärnan (lamina) funktion

Stärker och skyddar cellen, håller kromatinet på plats

-Består av proteinet lamin

-Bryts upp vid celldelning via fosforylering och nybildas i de nya cellerna

Progeria orsak

Mutation i lamina-gen

Mikrotubuli byggstenar

Proteinet tubulin - dimer av två globulära monomerer (alfa-tubulin & beta-tubulin

-Dimererna binder varandra icke-kovalent och bildar s.k. protofilament

-Protofilamenten har polaritet (alfa-änden kallas minus och beta-änden kallas plus)

Mikrotubuli struktur

13 st. protofilament sätts ihop till en ihålig mikrotubuli

-Kan vara olika långa

Centriol struktur (saknas i växtceller)

9x3 mikrotubuli

-Består av två centrioler som ligger inbäddade i en matrix av proteiner

-I matrixen finns hundratals "nucleation sites"

-Centriolerna ligger vinkelrätt mot varandra och behövs i cilier och flageller

"Nucleation sites"

Små ringstrukturer i centrosomens matrix som består av g-tubulin

-Mikrotubuli växer ut från dessa via polymerisering

Riktning av mikrotubuli

Minusänden förankrad i centrosomen, plusänden "fri"

Hur är mikrotubuli dynamiskt?

Minus-änden skyddad från depolymerisering genom att binda till t.ex. centrosomen, medan plus-änden växlar mellan snabb tillväxt (GTP-tubulin sätts på) och snabb nedbrytning (GTP-tubulin hydrolyseras till GDP-tubulin för snabbt) - "katastrof"

Gifter som påverkar mikrotubuli

Kan användas som läkemedel t.ex. för att hindra cancerceller att dela på sig

MAPs

Microtubuli Associated Proteins

1. Polymerase (Tillväxt)

2. Depolymerase (Krymper)

3. CLASP (Rescue)

CLASP funktion

Stabiliserar plusänden och räddar mikrotubuli från "katastrof"

Capping-proteins

Kan stabilisera mikrotubuli genom att binda till det och stoppa dynamisk instabilitet (tillväxt/nedbrytning)

-Möjliggör organisation och ordning när celler är differentierade, till skillnad mot vid cell-delning

Mikrotubuli funktion

Organiserar cellens innehåll och fungerar som transportvägar för makromolekyler, membranvesiklar och organeller

Orientering av mikrotubuli i nervceller

I dendriter: Orienterade i båda riktningarna

I axoner: Orienterade i samma riktning

Motorproteiner

Sköter transporten längs med mikrotubuli

-Arbetar mycket specifikt, känner igen olika mikrotubuli genom post-translationella modifieringar

-Kinesin går mot plus-änden och dynein mot minus-änden

Hur förflyttar sig motorproteiner?

Genom hydrolys av ATP och utbyte av ADP mot ATP på de två "huvudena"

-"Svansen" är inte inblandad i förflyttningen utan bär på lasten, t.ex. ett motorprotein

Mikrotubuli i cilier och flageller - struktur

9 dubletter av mikrotubuli i en ring kring en ensam dublett av mikrotubuli (9+2)

-En speciell sorts dynein binder ena dubletten hos ytterparen (inte mittenparet) med svansen och den andra med huvudena och orsakar glidning mellan de två filamenten

Skillnad mellan cilier och flagellers rörelse

Flageller rör sig i en vågrörelse till skillnad från ciliers kraftslag

Vad behövs aktinfilament (mikrofilament) till?

1. Ge celler stadga

2. För att celler ska kunna röra sig

3. Fagocytos

4. Celldelning (avsnöring)

Aktinfilament (mikrofilament) uppbyggnad

Proteinet aktin (irregulärt globulär)

-ATP kan binda mellan de två loberna

-Aktinmonomerer kan polymerisera reversibelt till långa, polära filament (plus-ände och minus-ände)

-Tunnare än mikrotubuli

Aktin

-Ett av de vanligaste proteinerna i eukaryota celler

-Muskelceller består av ca 10-20% aktin, andra celler 1-5%

-Aktin-gener finns hos alla organismer (6 hos människan)

Hur växer/krymper aktin?

ATP-aktin läggs till i plus-änden och hydrolyseras efter en stund

ADP-aktin faller av i minus-änden

"Treadmilling"

När ATP-bundet aktin adderas i samma hastighet som ADP-bundet aktin lossnar

Aktinbindande proteiner

Reglerar filamentens tillväxt

Profilin (Aktinbindande protein)

Binder aktin-monomerer och stimulerar byte av ADP mot ATP

Formin (Aktinbindande protein)

Binder ATP-aktin och medverkar till att starta ett nytt filament

Arp2/3-komplexet (Aktinbindande protein)

Binder till aktinfilament och möjliggör förgrening

Tropomyosin (Aktinbindande protein)

Stabiliserar filamenten

"capping-proteiner" (Aktinbindande protein)

Stoppar tillväxt/nedbrytning av filamenten

Cofilin (Aktinbindande protein)

Kapar aktin-filament i två

Droger som påverkar aktin

1. Phalloidin

-Binder och stabiliserar filament

2. Cytochalasin

-"cappar" filamentens plus-ände och hindrar polymerisering

3. Latrunculin

-Binder aktinmonomerer och hindrar polymerisering

Hur organiseras mikrofilament?

1. Buntar

2. Nätverk

Cell-kortex

Starkt nätverk av aktinfilament som ger cellen mekanisk styrka och form

-I röda blodkroppar binder tetramerer av spektrin till korta aktinfilament och bildar ett stabilt närverk

Stressfibrer

Buntar av aktinfilament, tvärbundna av alfa-aktinin och stabiliserade av tropomyosin, som förankrar cellen till ECM och skapar kontraktion och spänning

-Fästa genom plasmamembranet via focal adhesions (med integrin)

-Förmedlas även av flera andra proteiner, t.ex. talin och vinculin

Foal adhesions

Punktformig koppling där celler binder aktin till ECM via specifika proteiner (framförallt integrin)

Adherens junctions (adhesion junctions)

Länkar samman aktin i närliggande celler

-Består huvudsakligen av cadheriner (protein)

Olika syften med utskott hos celler

1. Absorptionsorgan (mikrovilli)

2. Rörelse (krypande amöba)

3. Fagocytos (makrofag)

Mikrovilli

Utskott på plasmamembranet som finns på epitelceller i t.ex. tarmar och som ökar ytan för absorption

Hur rör sig celler med mikrofilament? - Makronivå

1. Aktin-polymerisering vid plus-änden förlänger lamellopodiet

2. Motorprotein (Myosin II) drar ihop stressfibrer

3. Cellen fäster vid substrat via kontaktpunkter (focal adhesions med integrin)

Lamellopodium

Brett utskott med förgrenat aktinnät

-> Driver cellrörelse

Filopodium

Tunna, fingerlika utskott med parallella aktinbuntar

-> Känner av omgivningen

Hur rör sig celler med mikrofilament? - Mikronivå

Rör sig som svar på extracellulär signal

1. Plasmamembranreceptor tar emot signalen och aktiverar små GTPaser som tillhör Rho-familjen

2. Rho-proteiner stimulerar aktin-polymerisering genom att aktivera WASP-proteiner som stimulerar Arp2/3 (aktin grenar sig)

3. Rho-proteiner aktiverar även formin

Rho-proteiner effekt

Olika rho-proteiner har olika effekter på cellen

Hur transporterar ämnen längs aktin?

Motorproteiner (myosiner, t.ex. Myosin 1) binder till aktin och glider längs med filamentet med energi från ATP-hydrolys

Myosin 1 struktur

1 svans och 1 huvud

Myosin 5 struktur

1 svans och 2 huvuden

Muskelcell (muskelfiber) struktur

Består av myofibriller med många sarkomerer (sammandragande enhet) i serie

-Muskelceller har många cellkärnor

Sarkomer struktur

Består av aktin och myosin 2

-Aktinfilamenten sitter fast i sin plus-ände i Z-diskar som skiljer sarkomerer åt

-Z-disk består av aktin, alfa-aktinin samt andra proteiner

-Myosin 2 associerar till dipolära myosinfilament

Muskelkontraktion

1. Nervimpulser inducerar frisläppande av Ca²⁺ från sarkoplasmatiskt retikulum (ER i muskelceller)

2. Ca²⁺-koncentrationen i cytoplasman ökar och gör att myosinfilamentens huvuden kan binda till aktinfilamenten

3. Myosinhuvudena gör ett kraftslag och drar aktinfilamenten mot mitten så att sarkomeren förkortas

Varför behövs Ca²⁺ vid muskelkontraktion

Bindingspunkten till aktin är blockerad av tropomyosin

-När Ca²⁺ binder till troponin-komplexet på aktinfilamentet genomgår troponin-komplexet en konformationsändring, vilket flyttar på tropomyosin och exponerar aktinet till myosinhuvudet

Aktin-myosin i andra celler än muskelceller

I andra celler är aktin och myosin inte organiserade i sarkomerer, utan i mindre enheter

-Myosin 2 aktiveras av fosforylering

Exempel på när andra celler använder aktin-myosin

T.ex. vid celldelning

-Aktin och myosin bildar en kontraktil ring som snörpar av cellen i två delar

Cellsignalering viktigt för att förstå många sjukdomar

Många läkemedel verkar på cellers signalvägar

Endokrin signalering

1. En (endokrin) cell producerar signalmolekyl (hormon)

2. Signalen transporteras med blodomloppet

3. En mottagarcell tar emot signalen och ett svar bildas

Parakrin signalering

1. En cell producerar signalmolekyl

2. Signalen transporteras i närområdet (lokalt)

3. Mottagarceller tar emot signalen och ett svar bildas

Autokrin signalering

1. En cell producerar signalmolekyl

2. Signalen transporteras tillbaka till receptorer på samma cell

3 former av nära signalering

1. Synapssignalering (oftast nervcell)

-Neurotransmittorer frisätts och binder till receptorer

2. Kontaktsignalering (juxtakrin)

-Direkt fysisk kontakt mellan membranbunden ligand av en cell till receptor på en annan

3. Gap junctions

-Öppna kanaler mellan plasmamembranen, signalmolekyler kan transporteras mellan två intilligande celler

Delta-Notch

En form av kontaktsignalering (juxtakrin)

-En cell med Delta (ligand) aktiverar Notch (receptor) på en angränsande cell och förändrar dess genuttryck

-T.ex. hindrar grannen från att också bli nervcell

Cellsignalering steg

1. Syntes/bildning av en signalsubstans

-Startar via någon signal

2. Aktivering av signalen

-T.ex. genom klyvning av peptiden (insulin)

3. Lagring i membranvesiklar

4. Exocytos

-Ofta med stimulerad av kalcium

5. Transport till mottagarcell

-Endokrin, parakrin, autokrin eller kontakt

6. Signalmolekylen binder till en receptor på eller i mottagarcellen

7. Signalöverföring till en sekundär signal

8. Översättning till ett svar/respons

9. Signalen stoppas

Signalmolekyler exempel

1. Hormoner

2. Neurotransmittorer

-korta signaler (synapssignalering)

Receptorer på olika platser

1. Cellmembranreceptorer

2. Intracellulära receptorer

Effektorprotein

Protein som utför den faktiska responsen efter att en receptor aktiverats

Samma signal - olika respons

Olika receptorer använder samma ligand, t.ex. acetylkolin

-Acetylkolin i hjärtats pacemakercell gör att hjärtat slår långsammare

-Acetylkolin i spottkörtelceller gör att sekretion av saliv ökar

Hur ges en specifik och komplex respons i en cell?

Kombination av flera olika signaler

Olika hastigheter av cellsignalering

1. Snabb (sek till min)

2. Långsam (min till hrs)

Cellsignalering via kärnreceptorer

1. Hydrofob ligand (t.ex. steroidhormon kortisol) diffunderar genom cellmembran och binder till receptor i cytoplasman/i kärnan

2. Receptorn aktiveras och genomgår konformationsändring

-Kan innebära att eventuell inhibitor lossnar

3. Receptor+ligand-komplex binder till DNA och ändrar genuttrycket (fungerar som transkriptionsfaktor)

(4.) Eventuell genprodukt efter genreglering påverkar andra gener i senare led

Hur fungerar signalering med kväveoxid (NO)?

(I blodkärl)

1. Acetylkolin binder till receptor på endotelcell vilket leder till ökat Ca²⁺ i cellen

2. Endotelcellen bildar kväveoxid (NO) som diffunderar in i glatt muskulatur

3. NO aktiverar guanylatcyklas (intracellulärt enzym) som omvandlar GTP i cellen till cyklisk GMP (cGMP)

5. cGMP gör att glatta muskelcellen slappnar av -> blodkärlet vidgas

Exempel på signaler till membranreceptorer

Proteiner, peptider eller små hydrofila molekyler (t.ex. joner)

-Kan inte passera plasmamembranet

Cellsignalering via membranreceptor

1. Ligand binder till cellmembranreceptor vilket aktiverar en serie av intracellulära signalmolekyler

-Den intracellulära signalvägen förstärker, integrerar och för vidare signalen

2. Signalmolekyler påverkar effektor proteiner som utför cellens faktiska respons (t.ex. ändrad metabolism eller ändrat genuttryck)

Reglering av signalväg via feedback

1. Positiv feedback (förstärker signalen)

2. Negativ feedback (stänger av eller modererar signalen)

Molekylära "switchar"

Proteiner som växlar mellan aktivt och inaktivt tillstånd (signalväg på/av)

-Vanligaste växlarna är proteinkinaser/proteinfosfataser (fosforylerar/defosforylerar andra proteiner) och GTP-bindande proteiner

Vanliga proteinkinaser i signalvägar

Serin-/treoninkinaser

Tyrosinkinaser

Hur fungerar GTP-bindande proteiner?

GTP=aktivt

GDP=inaktivt

GEF: Byter ut GDP mot GTP

GAP: Hydrolyserar GTP till GDP

Två typer av GTP-bindande proteiner

1. Trimera (G-proteiner)

-Stora

2. Monomera

-Små

Olika typer av membranreceptorer

1. Jonkanal-kopplade receptorer

2. G-proteinkopplade receptorer

3. Enzymkopplade receptorer

Förhållande mellan receptorer och signalmolekyler

Fler olika receptorer än signalmolekyler

Vad avgör en signalvägs hastighet?

T.ex:

-Antalet steg i signalvägen

-Diffusionsavstånd

-Om signalen kräver genuttryck

Jonkanalreceptor - funktion

När ligand binder till receptorn så öppnas jonkanalen

Hur kan en signal förstärkas vid en hormon-nukleär receptor-aktivering?

Genom att öka transkriptionen -> Många kopior av målprotein

Vad krävs för att en signal ska kunna transporteras långt som vid endokrin signalering?

Hormonet måste kunna transporteras i blodet

G-proteinkopplade receptorer (GPCR)

-Receptor har 7st transmembrandomäner

-G-protein (periferalt protein) består av 3 subenheter: Alfa, Beta, Gamma

-När L (t.ex. adrenalin) binder till R -> konformationsändring, och GDP på G-proteinet byts ut mot GTP vilket gör att alfa-subenheten dissocierar och flyttar sig till ett målprotein som aktiveras

-Alternativt aktiveras ett målprotein av beta-gamma-komplexet

-Finns hos alla eukaryoter

G-proteinkopplade receptorer funktioner

1. Kan aktivera jonkanaler

2. Kan aktivera membranbundna enzymer

3. Kan påverka små intracellulära signalmolekyler (t.ex. Ca2+, cAMP)

Inaktivering av G-protein

alfa-subenheten har GTPas-aktivitet och hydrolyserar GTP oftast bara några sekunder efter aktivering

->Inaktiveringen gör att alfa-subenheten dissocierar från målproteinet och återförenas med resten av G-proteinets subenheter

-Detta orsakar de andra subenheterna att dissociera från sitt (eventuella) målprotein

Hur påverkar koleratoxin celler i tarmen?

Koleratoxin blockerar GTPas-aktiviteten hos alfa-subenheten

-> G-proteinet låses i aktiv form

-> Vatten och kloridjoner rusar ut i tarmen och orsakar diarré och uttorkning

Aktivering av alfa-subenhet hos G-protein - Mekanism

När en ligand binder till receptorn och den genomgår en konformationsändring orsakar det en minskning av affinitet för GDP hos alfa-subenheten

Andra faktorer som påverkar Gα affinitet för GDP/GTP

Interaktion med andra proteiner

Gs

G-protein som stimulerar annan aktivitet

Gi

G-protein som inhiberar annan aktivitet