Sejtalkotók, enzimek, sejtciklus

Az előadások a következő témára: "Sejtalkotók, enzimek, sejtciklus"— Előadás másolata:

1 Sejtalkotók, enzimek, sejtciklus
Sejtbiológia

2 A sejt definiálása, jellemzői
A sejt a legkisebb élő egység. Prokarióta sejteknek nincs körülhatárolt sejtmagjuk. Pl.: baktérium, kék moszat. Eukarióta sejtek valódi sejtmaggal rendelkező sejtek. Pl.: papucsállatka, amőba. Az élő szervezetek sejtből épülnek fel . A sejt az élő szervezetek legkisebb alaki és működési egysége, melyen minden fő életjelenség megfigyelhető.

3 Membránok A sejtben egy időben több ezer biokémiai folyamat is lejátszódhat, ezek egymástól való függetlenítésére alkalmasak a biológiai membránok, melyeknek alapja egy lipidmolekulákból álló kettős réteg, leggyakrabban foszfatidok. Kettős réteg: kifelé a poláris, hidrofil réteg, befelé a hidrofób. A biológiai membránok felépítésében fehérjék is részt vesznek (specifikusak). A membránfehérjék harmadlagos szerkezetüknek megfelelően helyezkednek el a kettős lipidrétegben. Perifériás, belesüppedők, csatornafehérjék. A membrán külső felszínén szénhidrátláncok is találhatóak - a specifitás fokozására, elősegíti a membrán felismerését.

4 Biológiai membrán szerkezete
Minden sejtplazmát a külvilág felé 5-10 nm vastagságú biológiai membrán, a sejthártya határol. Féligáteresztő . A plazmán belül található biológiai membrán az endoplazmatikus retikulum, membránrendszer - szinte az egész plazmát behálózza, lapított zsákokhoz hasonló üregek rendszere, felületén riboszómákkal - fehérjék szintézise, belül tárolása, érlelése.

5 Anyagforgalom a membránon keresztül
Passzív transzport - ozmózis (vér 0,85%-os NaCl), víz, egyszerűbb szerves molekulák, kisebb rész. 1nm-nél kisebb anyagok Aktív transzport - hordozófehérjék kellenek, cukrok, ionok, aminosavak, nagyobb szerves molekulák. Szintén 1 nm-nél kisebb anyagok - C. Golgi 1 nm-nél nagyobb anyagok transzportja: a sejtbe bejutás az endocitózis, a kijutás az exocitózis. A sejtplazma három fázisú diszperz rendszer. Nagy mennyiségű víz, ebben ionok, kisebb szerves molekulák vannak. Fehérjék - enzimek, szerkezeti elemek. Az a legalább kétkomponensű rendszer, amelyben az egyik komponens (víz) részecskékre oszlatott állapotban tartja a másik komponenst (diszpergált anyag) diszperz rendszernek hívjuk.

6 Sejtalkotók Állati sejtalkotók:
Csillók, sejthártya, mitokondrium, sejtmag, endoplazmatikus retikulum, sejtplazma/ citoplazma, riboszóma, Golgi-készülék, Növényi sejtalkotók: Sejtfal, sejthártya, sejtmag, mitokondrium, riboszóma, színtest, zárvány, endoplazmatikus retikulum, Golgi-készülék.

7

8 Sejtplazma/citoplazma
Sejtplazma: citoplazma. Sejt belsejének nagy részét tölti ki. Tartalmaz: H2O-t, kis szerves molekulákat, makromolekulákat (fehérjék, szénhidrogének), nukleinsavakat, lipideket. Állandóan újrarendeződő fehérjefonalakból áll. Befolyásolja a sejt alakját, elősegíti a sejtalkotók mozgását.

9 Két részből áll: citoszolból és citogélből.
Citoplazma Két részből áll: citoszolból és citogélből. A citoszolban, a vízben gazdag fázisban a kolloidrészecskék (1-500 nm) hidrátburkukkal együtt szabadon elmozdulhatnak, nagy a felületi feszültségük, a viszkozitásuk. A citoszol vízben oldott szerves (szénhidrátok, fehérjék, nukleinsavak, lipidek) és szervetlen anyagokból (sók) tevődik össze. A citogélben az enzimek és a sejtváz fehérjéi rendezetten helyezkednek el, mivel hidrátburkaik egymással összekapcsolódnak, így nem tudnak egymáshoz képest jelentősen elmozdulni. A belső rendezettség mellett a sejt rugalmassága is a citogélnek köszönhető.

10 Membrán Membrán: a sejtekben egymástól független reakciótereket határol el, elszigeteli egymástól a kémiai folyamatokat. Alapja egy kettős lipidréteg, melyet foszfatidok és zsírsavlánc alkotnak. Ezek a vízben kettős rétegbe rendeződnek. Víz felé néznek a poláris részei hidrofil részt képezve. Az apoláris szénhidrogén láncok a belső rész felé fordulnak, ők alkotják a hidrofób részt. Membránfehérjék. Egyik típusuk nem teljesen süllyed a lipidrétegbe, másik típusuk teljesen átér a membránon, csatornát képezve. A membrán felszínéhez szénhidrogénlánc is kapcsolódhat.

11 DER / ER Endoplazmatikus retikulum (membránrendszer): plazmán belüli membránrendszer (ER). Az egész plazmát behálózza, zsákokhoz hasonló üregeket képezve. -SER: a membrán sima -DER: a membrán durva felszínű, mert riboszómák vannak rajta. Az endoplazmatikus retikulum külső felszínén fehérjeszintézis, az üregek belseje a szintetizált anyagok tárolóhelye.

12 Sejthártya/sejtfal Sejthártya: a sejtplazmát borító, 5-10 nanométer vastagságú membrán. Működése meghatározza a sejt belseje és a külvilág közötti anyagforgalmat. Sejtfal: a hártyához kapcsolódó burok, nem minden sejtnél található meg. Anyaga poliszacharid. Szilárdítja és védi a sejtet, nem gátolja az anyagforgalmat.

13 Mitokondrium Eukarióta sejtekben a mitokondriumok biztosítanak helyet a szénhidrátok lebontásához. Külső-, belső membrán (nagy felület), plazmaállomány. A mitokondriumok a sejtek energiatermelő központjai - a lebontási folyamatokból származó ATP 90%-a itt képződik.

14 Golgi-apparátus, lizoszóma, centriólum
Golgi-készülék: · „a sejt postása”, molekulák becsomagolása és megcímzése a feladata Riboszóma: a sejt fehérje gyára. Lizoszóma: · Bontó enzimeket tartalmaz, sejten belüli emésztésben van nagy szerepe Sejtközpont: · A sejt osztódásában van szerepe

15

16

17 Sejtmag Az eukarióta élőlények jellemző sejtalkotója a sejtmag.
Alakja, száma változó. A sejtmagot a sejtmaghártya választja el a sejtplazmától. Pórusok nm. A sejtmag belsejében jól elkülöníthető egységet képez a magvacska, ami rRNS-t és a hozzá kapcsolódó fehérjéket szintetizálja. A sejtmag belsejét jórészt a magplazma tölti ki, ami nukleinsavakat, fehérjék makromolekuláit és ezek építőegységeit, ionokat tartalmaz.

18 Kromatin-állomány Ebből a DNS-molekulának és a hozzájuk kapcsolódó fehérjéknek együttes állományát kromatinnak nevezzük. A kromatinállomány a sejt működésének egyes szakaszaiban ( osztódáskor) jól elkülöníthető, tömör testekké, kromoszómává áll össze.

19

20 Sejtciklus Az osztódó sejteknek azt a körfolyamatát, amely a sejtek DNS-megkettőződés előtti állapotából kiindulva, a DNS megkettőződésen és a sejtosztódáson keresztül visszatér a kiindulási szakaszba, sejtciklusnak nevezzük.

21 A sejtciklus szakaszai
Ennek 1/első szakasza egy nyugalmi szakasz, ekkor még nem indul meg a DNS megkettőződése - mRNS, enzimfehérjék szintézise. Rendszeresen osztódó sejtek (pld. növényi gyökércsúcsban) csak néhány órát töltenek ebben a szakaszban. A 2/második szakasz a DNS megkettőződése (hozzá tartozó fehérjék is keletkeznek), amely a sejtciklus időtartamának közel felét veszi igénybe. Ezzel kialakult a sejt megkettőződött kromoszómaállománya.

22 Eztán 3/újabb nyugalmi szakasz következik - mRNS és fehérjeszintézis.
Végül a 4/sejtosztódás szakasza, amely 1-2 óra hosszúságú. Ennek során ketté válnak a kromoszómák, majd kettéosztódik a sejt, a keletkezett két utódsejt nyugalmi szakaszba kerül.

23

24 Sejt nyugalmi állapotában
Fogalmak Kromatin Sejt nyugalmi állapotában Kromoszóma Sejtosztódás állapotában DNS-állományból Állnak Sejtmagban eukromatin heterokromatin inaktív aktív

25 Fele-fele kromoszóma-állomány, ami majd egyesül a két ivarsejtben.
Testi sejt Ivarsejt Pl. hámsejt Mirigysejt Izomsejt Csontsejt 2n=23pár kromoszóma 1aputól, 1 anyutól Pl. petesejt Hímivarsejt n= 23db Fele-fele kromoszóma-állomány, ami majd egyesül a két ivarsejtben.

26 Homológ kromoszóma - Testvérkromatida
Anyai apai 1 A1 a1 2 A2 a2 3 A3 a3 4 A4 a4 . 23. nemi kromoszóma Sejtosztódásnál a kromoszómák megkettőződnek! 1 A1A1 a1a1 2 A2A2 a2a2 3 A3A3 a3a3 A1a1 Homológ kromoszómák A1A1 Testvérkromatidák Teljesen ugyanazok!!

27 Homológ kromoszóma - Testvérkromatida
Anyai apai 1 A1 a1 2 A2 a2 3 A3 a3 4 A4 a4 . 23. nemi kromoszóma Sejtosztódásnál a kromoszómák megkettőződnek! 1 A1A1 a1a1 2 A2A2 a2a2 3 A3A3 a3a3 A1a1 Homológ kromoszómák A1A1 Testvérkromatidák Teljesen ugyanazok!!

28 Az eukarióta sejtben minden kromoszómából kettő van, egy az anyától, egy az apától. Ezeket homológ kromoszóma pároknak nevezzük, melyek nem feltétlenül azonosak genetikailag. Például a szemszín. A mitózis elsődleges eredménye az anyasejt kromoszómáinak szétválása két utódsejtbe. Mivel a két utódsejtnek teljesen azonosnak kell lennie, ami a genetikai információt illeti, ezért az osztódás előtt minden kromoszómát meg kell kettőzni.

29 Homológ kromoszóma = testvér kromatida
Homológok replikáció előtt Homológok replikáció után centromer A allél a allél A allél a allél A testvérkromatidák azonosak. A homológok különböző allélokat hordozhatnak. Testvér kromatidák

30 Sejtosztódás típusai Mitózis Számtartó 2n-ből 2n 23párból- 23pár marad
1 sejtből – 2 sejt lesz Pl. testi sejtek Meiózis Számfelező 2n-ből n 23párból 23 db. 1 sejtből 4 sejt lesz Pl. ivarsejtek 2n 2n 2n 2n 2n 2n n n n n

31 A sejtosztódás fázisai
Profázis- kromoszóma felcsavarodása,DNS-megkettőződése Metafázis- ikerkromatidák osztódási síkba rendeződnek Anafázis- kromatidák elválnak, pólusok felé vándorolnak Telofázis- sejtmag, sejthártya kialakul= citokinézis

32 A mitózis A mitózis a szomatikus – testi - sejtek osztódási módja.
Minden mitozis után két leánysejt keletkezik, amik genetikailag azonosak egymással és az anyasejttel. Genetikai szempontból legfontosabb eseménye az, hogy a megkettőződött kromoszómák az osztódás során szétválnak és a leánysejtekbe kerülnek. Az utódsejtekben tehát ismét egy DNS szálból álló de változatlan kromoszóma számú kromoszóma készlet található.

33 A mitózis a citológiailag megfigyelhető események alapján négy egymást követő szakaszra bontható:
1., profázis 2., metafázis 3., anafázis 4., telofázis

34 A mitózis fázisai fotón és rajzon

35 A kromoszómák láthatóvá válnak.
Mitózis profázis A kromoszómák láthatóvá válnak. A kromoszómák kettősek két kromatidából állnak. A testvér kromatidákat centromerek tartják össze. A sejtmaghártya lebomlik.

36 Mitózis metafázis Osztódási orsó alakul ki.
A kromoszómák az egyenlítői síkba rendeződnek. Az orsó húzófonalai a kromoszómákhoz tapadnak.

37 A testvérkromatidák elválnak.
Mitózis anafázis A testvérkromatidák elválnak. A testvérkromatidák a centromerüknél fogva a pólusok felé vándorolnak.

38 A kromoszómák szerkezete fellazul.(letekerednek kromatinállománnyá)
Mitózis telofázis A kromoszómák szerkezete fellazul.(letekerednek kromatinállománnyá) Az osztódási orsó eltűnik. Újraalakul a sejtmag hártya A sejt citoplazmája is ketté- osztódik. (citokinézis)

39 Mitosis

40 Meiózis A meiózis számfelező sejtosztódás, amely az ivarsejtek (oocita: női ivarsejt, spermatocita: férfi ivarsejt) osztódásában játszik szerepet.

41 A meiózis A meiózis állatoknál az ivarsejtek termelésére növényeknél a spórák termelésére specializálódott sejtek osztódási típusa. A meiózis lényegében két sejtosztódásból áll. A meiózis során egyetlen anyasejtből 4 utódsejt keletkezik. Egyetlen utódsejt kromoszóma száma - ezáltal genetikai információ tartalma - pontosan fele az anyasejtének. A négy utódsejt információ tartalma egymástól különböző. A meiózis legfontosabb genetikai vonatkozása az, hogy az első osztódási szakaszban a homológ kromoszómák - szétválnak egymástól és külön utódsejtbe kerülnek, mialatt a testvér kromatidák együtt maradnak. A második osztódási szakaszban a testvér kromatidák válnak szét egymástól, így az utódsejtek egy kromatidából (DNS szálból) álló de az anyasejthez képest fele kromoszóma számú kromoszóma készlettel rendelkeznek.

42 A meiózis legfontosabb eseményei genetikai szempontból
A testvérkromatidák szétválnak A homológok szétválnak A kromoszómák megkettőződ- nek A homológok darabokat cserélnek Crossing over A homológok párosodnak utódsejtek homológok meiocita anyasejt Meiózis I Meiózis II

43 Meiosis http://www.youtube.com/watch?v=MqaJqLL49a0&feature=related

44 Profázis I: Leptotén (vékony fonalas) – a kromoszómák hosszú vékony fonalként láthatóvá válnak. Zigotén (párosodó fonalas) – homológ kromoszómák hosszuk mentén párosodnak, (szinapszist alkotnak), igy egy koplexet 4 db. kromatida alkot, és minden sejtben n számú komplex van. Pahitén (vastag fonalas) – a kromoszómák szálai megvastagodnak, megrövidülnek. Diplotén (dupla fonalas) – a homológok kettőzöttsége nyilvánvalóvá válik, a négy kromatid (tetrád) egymáshoz tapadása lazul. A crossing over citológiai megjelenése.

45 Metafázis I - a homológok az egyenlítői síkban rendeződnek, a centromerek NEM osztódnak, a homológok centromerei ellenkező pólushoz tartozó húzó fonalakhoz tapadnak Anafázis I - a homológ párok tagjai az ellenkező pólusra jutnak Metafázis I Anafázis I Telofázis I

46 Telofázis I - folytatódik a 2. osztódás, /tulajdonképpen mitózis)
Profázis II - megrövidült, haploid kromoszómaszámot mutató kromoszómák látszanak Metafázis II - a kromoszómák az egyenlítői síkba rendeződnek. A kromatidok szétválnak.

47 Anafázis II - A cetromerek elhasadnak, a húzófonalak az ellentétes pólusokra viszik a lkromatidákat.
Telofázis II - Kialakul a maghártya. Létrejön a négy haploid MEIÓTIKUS TERMÉK vagy tetrád. Metafázis II Anafázis II Telofázis II

48 Összegzés A meiózis legfontosabb genetikai vonatkozása az, hogy az első osztódási szakaszban a homológ kromoszómák - szétválnak egymástól és külön utódsejtbe kerülnek, mialatt a testvér kromatidák együtt maradnak. A második osztódási szakaszban a testvér kromatidák válnak szét egymástól, így az utódsejtek egy kromatidából (DNS szálból) álló de az anyasejthez képest fele kromoszóma számú kromoszóma készlettel rendelkeznek.

49 Diploid sejtek mitózisának és a meiózisának összehasonlítása
a/a+ mitózisa replikáció S fázisban kromatidák válnak szét n a/a+ meiózisa 2n 2n n kromatidák válnak szét n replikáció S fázisban homológ kromoszómák válnak szét n

50 Enzimek Az enzimek a szervezetben lejátszódó folyamatok reakciósebességét növelő anyagok, biokatalizátorok. Mint minden katalizátor, az enzimek is csak olyan folyamatok lejátszódását segítik elő, amelyek egyébként is végbemennének, de a reakció lényegesen lassabban játszódna le. Az enzimek az aktiválási energiát csökkentik, így az enzimeket biokatalizátoroknak tekinthetjük.

51

52 Az enzimműködés kulcsa az aktív centrum
(a) A „kulcs-zár” mechanizmusban a szubsztrátok pontosan beleillenek az enzim aktív helyébe. (b) A kesztyű modellben a szubsztrát kötődése az enzim konformáció változásával jár.

53 Befolyásoló tényezők Minden enzim fehérje, emiatt működésük erősen függ a hőmérséklettől és a pH-tól, mindegyikre jellemző egy hőmérséklet- és pH-optimum. Az optimális pH rendszerint az 5-9 tartományba esik, de például a gyomorban termelődő emésztőenzim, a pepszin esetében ez 2 körüli. Az optimális hőmérséklet általában °C környékén van. A magasabb hőmérséklet növeli a reakciósebességet, de ha túl magas, az az enzimek denaturálódását okozza

54

55 Aktív centrum Az enzimfehérjék térbeli szerkezete az, ami lehetővé teszi a reagáló anyagokkal való kapcsolat kialakítását, azok megkötését. A fehérjék ezen részét nevezzük aktív centrumnak. Az enzimek specifikusak, csak egy adott vegyület (vagy a szubsztrát) adott reakcióját katalizálják

56 Élettani jelentőségük
Az enzimek nem csak a zsírok, fehérjék és szénhidrátok lebontásában (emésztés) vesznek részt, hanem építő folyamatokban, valamint az immunrendszer működésében is. A hétköznapi életben is használunk enzimeket, például a mosó- és mosogatószerekben zsír- és szénhidrátbontó enzimek teszik könnyebbé a foltok és szennyeződések eltávolítását. A kontaktlencse tisztító folyadékokban enzimek tisztítják meg a lencséket a fehérjéktől, ezzel előzve meg a fertőzéseket. A gyógyszeriparban enzimeket használnak egyes antibiotikumok előállítására. Élelmiszeripari felhasználásuk is elterjedt. Pékáruk, sajtok, tejtermékek gyártásánál van fontos szerepük.