5) cytoskelet

velikost aktinová filamenta

7 nm

velikost intermediární filamenta

10 nm, jen u živočichů

mikrotubuly velikost

25 nm

Jaké funkce plní cytoskelet?

Morfologické a pohybové funkce

Morfologické / strukturní funkce

- tvar buněk včetně cytoplazmatických protruzí

- odolnost vůči vnějším mechanickým vlivům

- vnitřní organizace buňky

Pohybové funkce

- intracelulární transport

- pohyb chromosomů v anafázi

- pohyb buněk po substrátu

- pohyb buněk pomocí kinocilií

- svalová kontrakce

Jaké metody se používají k vizualizaci cytoskeletu?

Mikroskopie v temném poli, fluorescenční mikroskopie, konfokální mikroskopie.

Značení fixovaných buněk:

• - fluorescenčně značená protilátka (přímá a nepřímá imunofluorescence)

  - phalloidin (alkaloid z Amanita phalloides) konjugovaný s fluorochromem - přímé značení AF (tzv. F-aktin)

Značení živých buněk

GFP a jeho deriváty

fluorochromy

- fluorescein (FITC), Cy3

- rhodamin (TRITC), Cy5, Texas Red, ethidium bromid (EB), propidium jodid (PI)

- kumariny, DAPI, bisbenzimid (Hoechst)

- komerční: AlexaTM aj.

princip immunofluorescence

Metoda využívající fluorescenčně značené protilátky k detekci specifických proteinů nebo antigenů v buňkách, umožňující vizualizaci jejich distribuce a lokalizace.

Jaké typy mikrotubulů existují v buňkách?

Síť cytoplazmatických mikrotubulů, mitotický aparát, MTOC, kinocilie (primární cilie, řasinky, bičíky) živočišné buňky

Jaká je funkce mikrotubulů?

- intracelulární transport buněčných struktur

- pohyb chromozomů při mitóze (meióze)

- pohyb buněk pomocí kinocilií

- tvorba axonů a axonový transport

Stavba mikrotubulů (MT)

- tubulin:

- v MT heterodimer: α a β podjednotky

- γ-tubulin (pouze v MTOC)

- MTOC = mikrotubuly organizující centrum (centrosom, bazální tělíska)

- polarizace mikrotubulů: + a – konec

Struktura mikrotubulu:

- v mikrotubulu po obvodu

- 13 protofilament

- pravidelné střídání α a β podjednotky

MTOCs (Microtubule Organizing Centers)

- živočišná buňka – centrosom:

- 2 centrioly + PCM (pericentriolární materiál)

- struktura centriolu:

- 9 fibril (svazky 3 MT: A, B, C), 1 centrální MT

Jak se nazývají proteiny asociované s mikrotubuly?

nemotorové MAPs (Microtubule Associated Proteins) a tau-protien, a motorové proteiny jako dyneiny (pohyb od + konce k – konci) a kinesiny (pohyb od – konce k + konci)

Typy kinocilií

- řasinky

- bičíky

Primární cilie

- senzorická organela, účast v mezibuněčné signalizaci

- organizační princip 9+0 (nepohyblivá)

Aktinové struktury v buňkách:

- síť aktinových filament v cytoplazmě

- membránový skelet (buněčný kortex)

- stresová vlákna - stabilizují buňku ve směru pohybu

aktinové struktury v živočišných buňkách

- A. microvilli (mikroklky)

- B. stresová vlákna

- C. lamellipodia, filopodia

- D. kontraktilní prstenec

Jaká je základní struktura aktinových filament?

- aktin:

- cca 5% všech buněčných proteinů

- G-aktin (globulární aktin)

- nepolymerizovaná forma aktinu (zásobní pool v cytoplazmě)

- F-aktin (fibrilární aktin)

- polymerizovaný aktin - helikální struktura

- molekuly (2 navzájem se obtáčející vlákna)

AF vs. MT

- AF tenčí, pružnější, kratší (ve srovnání s MT)

- celková délka AF v buňce ~30x větší (ve srovnání s MT)

Jaké funkce plní aktinová filamenta v buňkách?

- cytokineze (kontraktilní prstenec = ring)

- fagocytóza

- lokomoce (stresová vlákna, lamellipodia)

- interakce buněk se substrátem (fokální adheze)

- změny tvaru buňky (lamellipodia, filopodia)

- růst axonů při vytváření nervových synapsí

- zvětšení buněčného povrchu

- mikroklky (microvilli) - střevní epitel

- světločivné výběžky - tyčinky sítnice

- perforace vajíčka při fertilizaci (polymerace aktinu v akrosomech)

Nemotorové asociované proteiny AF:

- polymerace a prostorové uspořádání AF

- nukleační proteiny: actin related proteins = ARPs (např. proteiny zajišťující pool G-aktinu thymosinyn proteiny depolymerující AF cofilin y muchos más)

Motorové asociované proteiny AF:

- pohybové funkce AF

- myosiny

- konvenční (typ II)

- cytokineze, svalová kontrakce

- nekonvenční (typ I, III až XV)

- tvorba vnitřní struktury protruzí plazmatické membrány

- pohyb membránových veziklů v blízkosti plazmatické membrány

- tropomyosin, troponin

- Polymerace aktinu v leading edge (u buněk pohybujících se po podkladu)

- Princip svalové kontrakce

Stavba intermediárních filament (IF)

- pouze v živočišných buňkách

- stavební protein se liší podle histogenetického typu tkáně

- fibrilární molekula, vždy IF-doména na N-konci (můžou se spojovat různé stavební proteiiny)

- homodimery nebo heterodimery

- tetramery → protofilamentum

- vlákno 10 nm = 8 protofilament (rope-like struktura - mimořádná pevnost)

Funkce intermediárních filament:

- zvýšení odolnosti buňky vůči mechanickému poškození

- determinace tvaru buňky, lokalizace organel

- integrace komponent cytoskeletu

Třídy intermediárních filament:

(I) a (II) cytokeratiny, (III) vimentin, desmin, GFAP, synemin, peripherin, (IV) neurofilamenta, a-internexin, (V) laminy, (VI) nestiny

(I) a (II) cytokeratiny

- epiteliální buňky

- AP: filagrin, plectin, dermoplakin

(III) vimentin, desmin, GFAP, synemin, peripherin

- pojivová tkáň, svalové buňky, neuroglie

- AP: plectin, filensin, epinemin, paranemin

(IV) neurofilamenta, a-internexin

- neurony

- AP: plectin

(VI) nestin

neuronální kmenové buňky, nádorově transformované buňky, endotelie

charakteristika jaderného skeletu

- Soustava proteinů uvnitř jádra

- vlákna o průměru 3-5 nm - matrixin (matricin) a sekundární proteiny matrix

laminy (třída V IF):

laminy (třída V IF):

- lamin B - připojení fibrózní vrstvy na integrální proteiny vnitřní membrány jaderného obalu

- laminy A a C - připojení interfázních chromosomů

jadérkový skelet

nukleolin

ibrózní vrstva/lamela jaderného cytoskeletu

nuclear lamina) připojena k vnitřní straně jaderného obalu

Jaká je funkce jaderného skeletu?

Determinace tvaru jádra a připojení chromatinu.

charakteristika membránového skeletu

- vnitřní strana plazmatické membrány na povrchu buněk (zejm. živočišné buňky)

- spektrin - erytrocyty

- fodrin (nonerytroidní spektrin) - ostatní typy buněk

- asociované proteiny:

- ankyrin - připojení k transmembránovým proteinům

- protein 4.1. - připojení na oligomery aktinu

Jaká je hlavní funkce membránového skeletu?

- udržování tvaru buňky - erytrocyty

- změny tvaru, lokomoce - ostatní typy

Jaké proteiny zajišťují odolnost buněk vůči mechanickému poškození?

Intermediární filamenta.

Jaký je organizační princip kinocilií?

Princip 9+2 pro pohyblivé kinocilie a 9+0 pro primární cilie.

Co dělají motorové proteiny myosiny?

Umožňují pohyb a svalovou kontrakci.

Jaký je význam GFP (Green Fluorescent Protein) v biologii?

Používá se k vizualizaci buněčných struktur a procesů.

Jaký je rozdíl mezi G-aktinem a F-aktinem?

G-aktin je nepolymerizovaná forma, zatímco F-aktin je polymerizovaný a tvoří filamenta.

Jaké jsou hlavní funkce cytoskeletu v eukaryotních buňkách?

Strukturní podpora, intracelulární transport a pohyb buněk.

Jaký je význam jaderné laminy?

Podporuje strukturu jádra a připojuje chromatiny.

Protein CreS v prokaryotách:

• homolog proteinů IF u eukaryot

• tvorba denzní sítě v cytoplazmě v blízkosti p-chromosomu

• Caulobacter crescentus, Helicobacter pylori

Jak se proteiny MreB, MbI a MreBH podílejí na prokaryotních buňkách?

- ortology aktinu u prokaryot

- podílejí se na udržování tvaru buňky zejména u G- bakterií (Escherichia coli, Bacillus subtilis atd.)

- vytvářejí dvojitá filamenta (paralelní nebo helikální) lokalizovaná v blízkosti plazmatické membrány

Jaká je role proteinu FtsZ v prokaryotních buňkách?

- ortolog tubulinu u prokaryot

- ve střední části buňky vytváří prstencovitou strukturu = Z-ring , která se účastní buněčného dělení

- (vs. eukaryota: aktin/myosin)