Citologijos konspektas

Visus mitozės procesus ir vykdo MPF.

Ciklino ir CPK kompleksas vykdo ląstelės pasidalijimą. Tokių kompleksų gali būti daug ir įvairių. MPF vykdo tik patį pasidalijimą. Kiti vykdo DNR replikaciją ir tt

Ląstelės kontrolės genai kurie atsakingi už CPK. ciklinų gamybą, evoliucijos metu nedaug pakito. Ląstelė gali užtikrinti, kad pažeista DNR nesireplikuos ir nebus perduodama dukterinėms

ląstelėms.

Radikaliausias kontrolės sistemos sprendimas – dalijimosi uždraudimas. Tuomet ląstelė ciklinus,

CPK demontuoja. Taip yra neuronuose, skeleto raumenų ląst.

Žinduolių ląstelės dalijasi tik tada. kai gauna palankų signalą iš kitų ląstelių. JJei ne – jos pereina į

G0 periodą.

G1 kontrolės punktas – kaip startinis laikas. Jis dažnai vadinamas stop tašku, nes iš G1 gali pereiti

į G0.

Labai reikšmingi ir kiti procesai – daugjaląsčio organizmo ląstelių kiekio kontrolė.. Pvz. žmogaus

ir pelės kiaušialąstė beveik vienodo dydžio, bet suaugę individai skiriasi. Esmė yra ląstelių kiekyje, o ne jų

dydyje.

Ląstelių dalijimasis: priklauso nuo signalų iš kitų ląstelių. Maistas nėra vienintelis apribojantis veiksnys. Intaląstelinis matriksas riboja ląstelių pakitimus, dalijimąsi.

Jei ląstelė negauna „išgyvenimo faktorių“, ji pasijaučia nereikalinga ir įniršta.

Kodėl sveikos IIąsteles žūsta? Embriogenezės metu pirštai susiformuoja iš kastuvėlio. Mirus tam tikroms ląstelėms, susidaro tarpai tarp pirštų arba pvz. nunyksta buožgalvio uodega. Mirtis padeda regulioti

ląstelių kiekį.

Ląst. mirtis gali palaikyti audinių dydį. Daug pavojingesnis netinkamas ląst. dalijimasis – vėžiniai

procesai. Tai mutacijų pasekmės, kkurios paliečia 2 genų kategorijas

1)“. proliferacinius genus – koduoja mormalius. padedančius ląst dalintis baltymus. Šių genų

mutacija sąlygoja hiperaktyvius baltymus. Onkogenas – mutaves genas; 2) antiproliferacinius genus – koduoja baltymus, kurie padeda ląst. stabdyti ciklą atitinkamuose

kontrolės taškuose. Auglį slopinančio geno pvz gali būti retinoblastomos balt.

APOPTOZĖ

Apoptozė – savaiminė ląstelių mirtis, jų savižudybė, nes ląst aktyviai naikina save, aktyvindamos įv. fermentus. Ląst. praranda ryšį su kt. ląst, įvyksta chromatino kondensacija, suiręs branduolio apvalkalas, išsisklaido, ląst. susitraukia, skyla į apoptozinius kūnelius, kuriuos fągocituoja makrofagai.

Apoptozė sukeliama:

> per mirties receptorius – priima mirties signalus ir jie gali būti tiroidiniai hormonai.

Sąlygoja, pvz. buožgalvio uodegos nykimą;

> signalai gali kilti pačioje citoplazmoje, nestimuluojant receptorių

Sprendimo fazė – ląst. suderina daug iš aplinkos atėjusių, signalų. Vieni – žudantys (proapoptotiniai), kiti – slopina apoptozę.

Vykdymo ffazė – aktyvuojami fermentai: proteazės arba kaspazės. Kaspazės – baltymus, skaidantys fermentai, egzituojančios visada, bet neaktyvios. Suaktyvinta kaspazė skaido DNR, branduolio laminas citozolio baltymus, citoskeletą ir suardoma visa ląst.

Apoptozė – natūrali fiziologinė ląst. būklės stadija. Pakitusi pusiausvyra tarp per didelio ir per mažo apopt. proceso, sukelia ligas: per didelė apopt – Alzheimeris, Parkinsonas; nepakankama apoptozė -imitavusios ląst dauginasi ir nemiršta.

29

Ląstelių bendravimas

Ląstelės tarpusavyje keičiasi signalais, kurie gali būti labai įvairūs. Signalai koordinuoja organizmo augimą, elgseną, fiziologiją.

Pats dažniausias signalizacijos principas- kai viena lląstelė (signalinė) produkuoja tam tikras molekules, o kita ląstelė (tikslinė), kuriai siunčia tas signalas, membranoje ar citoplazmoje turi receptorius, kurie priima šį signalą, reaguoja į jį.

Jie yra sutrikimų ar ląstelės išvis neturi receptorių, ji į signalus nereaguoja.

Priimtas signalas keičiasi iš ekstremalinio į intraląstelinį, kuris ir nulemia ląstelės elgseną. Ląstelės elgseną nulemia intraląstelinės reakcijos.

Dažniausiai naudojamas signalo perdavimas- dažniausiai gyvūninėm ląstelėms eina per kraują, augalinėms- per augalines sultis. Patekęs į kraują, endokrininis signalas gali būti išnešiojamas po visą organizmą. Signalinės molekulės yra hormonai, kuriuos galima endokrinines ląsteles.

Gali būti autoksininė signalizacija, kai signalai siunčiami tik to paties tipo ląstelėms. Autokrininė signalizacija naudojama embrioninėse ląstelėse, kurios priima tą patį vystymosi kelią.

Kitas būdas- nervinė signalizacija. Pranešimas aksonais perduodamas dideliu atstumu. Palyginus su endokrinine, ji žymiai greitesnė.

Aptinkama ir kontaktinė signalizacija. Tai labai glaudus trumpo veikimo ryšys, kai ląstelės sudaro tiesioginius kontaktus tarp savo membraninių baltymų. Tokiu būdu besivystantis neuronas slopina kitas ląsteles, kad šios nesivystytų į neuronus. Kitas kontaktinės signalizacijos tipas per plyšines jungtis, kai ląstelės produkuojamos signalizacijos molekules gali pereiti į kitas ląsteles. „Naudojama embrioninio vystymosi metu.

Ląstelės į aplinkinius signalus reaguoja selektyviai. Priklausomai nuo specializacijos gali atsakyti į vienas, o kitas ignoruoti. Tai priklauso nuo to ar turi paviršiuje atitinkamus receptorius. Jei jie yra, signalas ppriimamas, jei ne-ignoruojamas.

Signalas, kuris susiriša su receptoriumi, gali sukelti daug tikslinės ląstelės reakcijų. Ląstelė gali reaguoti įvairiai. Gali būti formos, metabolizmo pokytis, judėjimas, genų ekspresijos pokytis. Priklauso nuo ląstelės specializacijos į tą patį signalą gali būti atsakyta skirtingai. Pvz.: acetilcholinas Širdies raumens ląstelėms susitikimo dažnį mažina, o seilių liaukose stimuliuoja sekretą.

Kiekviena ląstelė turi bent keletą receptorių, kurie daro ją jautrią įvairiems signalams. Priklausomai nuo to, kokios signalų kombinacijos reikia, ląstelė gali išgyventi, dalytis, diferencijuoti. Negaudama jokių signalų, ląstelė žūva. Sąveikaudami įvairūs signalai nulemia įvairias ląsteles elgsenas, sąveikauja su kitomis ląstelėmis. Signalo priėmimas prasideda tada, kai signalinė molekulė pasiekia receptorių. Receptorius yra membraninis baltymas. Gavęs išorinį signalą, jis savo ruožtu generuoja, kitos formos intraląstelinį signalą. Šis intraląstelinis signalas yra perduodamas tolyn į ląstelę. Jie gali veikti daugelį ląstelės metabolizmo reakcijų, gali keisti genų ekspersiją, judėjimą ar pan.

Toks intraląstelinis signalas dažnai sustiprinamas, paverčiamas signalų kaskada, kad ir nedidelė signalinė molekulė galėtų sukelti atsaką.

Intraląstelinis signalas viduje ląstelės gali būti perduodamas bet kuriam ląstelės mechanizmui.

Ekstraląstelinis signalinės molekulės dažnai būna didelės, hidrofobinės ir negali keisti membranos. Todėl joms priimti yra receptoriai, kurie gautą signalą keičia intraląsteliniu.

Bet signalinės molekulės gali būti ir nedidelės, jos lengvai difunduoja pro plazminę membraną. Tokių molekulių receptoriai yra baltymai ląstelės viduje. TTai gali būti baltymai, kurie keičia genų ekspresiją.

Tos nedidelės molekulės-steroidiniai ar tiroidiniai hormonai. Tokios molekulės , patekusios į citoplazmą, susijungia su savo receptoriumi- reaktyviu įntraląsteliniu baltymu. Tada šis tampa aktyvus, gali difunduoti pro poras į branduolį ir gali aktyvuoti kokių nors genų gamyba. Tai gali pakeisti visos ląstelės elgseną.

Nedidelės molekulės gali ir tiesiogiai veikti kokį nors fermentą, labai greitai sukeldamos atsaką. Greitos reakcijos pavyzdys gali būti azoto oksidas. Jis gaminamas iš AR arpinimo. Patekęs į kraują, jis sukelia kraujagyslių lygiųjų raumenų atsipalaidavimą. Kraujagyslės išsiplečia, pagerėja audinių aprūpinimas. Tokiu principu grindžiamas nitroglicerino veikimas. Azoto oksidas naudojamas kaip mediatorius daugelyje kitų ląstelių. Jis labai greitai skyla į nitritus ir nitratus, taigi jo veikimas greitas, bet trumpas. Taigi: receptoriai priklausomai nuo signalinių molekulių gali būti ekstraląsteliniai ir intraląsteliniai.

Paviršiniai membraniniai receptoriai, kurie reaguoja į dideles molekules, yra įsiterpę į membraną ir priėmė signalinę molekulę ir perduoda į ląstelės vidų likusios rūšies signalą.

Membraniniai receptoriai:

1. joninių kanalų receptoriai

2. su G baltymu susieti receptoriai

3. su fermentais susieti receptoriai

Šios 3 klasės skiriasi generuojamu signalu.

Su joniniais kanalais susietų receptorių intraląstelinis signalas yra jonų srautas per membraną.

Su G- baltymu susietiems receptoriams intraląstelinis signalas yra aktyvuojamas G-baltymas tai su vidine membrana susietas baltymas, kuris gali ja judėti ir aktyvuoti kitas molekules.

Su fermentais

susietiems receptoriams intraląstelinis signalas yra receptoriaus galia padidėjęs fermentinis aktyvumas.

Receptorių klasių yra daugiau negu ekstraląstelinių signalų, kadangi daugumai signalinių molekulių yra ne vienas, o keli skirtingi receptoriai: Pvz., acetilcholinas skeleto raumenų ląstelės veikia per joninių kanalų receptorius, o širdies raumens ląsteles per G-baltymo receptorius. Todėl ta pati signalinė molekulė atskiras ląsteles veikia skirtingai.

Dauguma paviršinių receptorių, naudojamų signalizacijai, gali reaguoti su kitomis modžiagomis, pvz., seroinu, nikotinu, trankviliantais. Jos panašios į natūralias signalines molekules ir susijungusios su signaliniais receptoriais, gali sukelti normalų aarba iškreiptą atsaką, gali blokuoti ir per daug aktyvuoti. Dauguma vaistų, nuodų, narkotikų veikia tokiu būdu.

Bet kuri tarpląstelinė molekulė sukelia receptoriaus aktyvumą. Receptorius keisdamas savo aktyvumą, sukelia naujų intraląstelinių molekulių gamybą. Tokiu būdu ir vyksta ląstelinė organizmo reakcija į ekstraląstelinį signalą Intraląstelinės molekulės gali veikti kaip cheminiais keitikliai (vieną cheminį signalą keisti kitokiu), kaip kurjeriai (priėmusios signalą paviršiuje nuneša jį į kitą ląstelės vietą); kaip molekuliniai jungikliai (signalas jas iš neaktyvios formos paverčia aktyvia, kitas signalas-atvirkščiai). Tokios intraląstelinės molekulės gali bbūti neaktyvioje ir aktyvioje formoje. Aktyvios formos jos gali veikti kitas molekules. Jos būna aktyvios, kol kitas signalas nepaverčia neaktyviomis.

Molekuliniai jungikliai savo aktyvumą keičia dviem būdais: 1) fosforinimas. Jei fermentas prijungia P grupę, tampa aktyvūs, kai atjungia-neaktyviais (prijungia proteino kinazė, aatjungia-proteino fosfazė): 2) GDP ar GTP prijungimas (jei prijungtas GTP – aktyvus, kol nuo GTP neatskelia P ir nepavirsta GDP – tada neaktyvus.

Su joniniais kanalais susieti receptoriai. Tokie receptoriai dar vadinami mediatoriais, varstomais joniniais kanalais. Jie aptinkami postsinapsinėse membranose, kur cheminį signalą (aksono terminalinės išskirtą mediatorių) verčia elektriniu signalu-membraninio potencialo pokyčiu.

Veikimas paprastas. Kai iš terminalinės išskiriama nukleokonfigūracija, ji susijungia su atitinkama receptoriaus vietą. Dėl to pakinta jo erdvinė konfigūracija, ir gali atsidaryti ar užsidaryti kanalai jonų srautams (Na, K, Ca) per membraną. Jonai eina varomi savo elektrocheminio gradiento. Jonai gali eiti į ląstelę arba iŠ jos. Jonų srautas per milisekundę keičia membraninį potencialą ir taip gali sukelti nervinį impulsą. Atskirų jonų srautai gali keisti fermentų aktyvumą, nes su joniniais kanalais ssusieti receptoriai reaguoja į ekstraląstelinę molekulę keisdami konformaciją ir atidarydami ar uždarydami kanalą atskiriems mediatoriams receptoriai skirtingi.

Su G-baltymu susieti receptoriai yra gausiausia klasė. Jie reaguoja į daugelį įvairių ekstraląstelinių molekulių (hormonai, neuromediatoriai, baltymai, Ar dariniai). Visiems su G-baltymu susieti receptoriams būdinga tai, kad jie veria membraną kelis kartus. Jie ekstraląstelinėje pusėje turi vietą, kuri priima signalinę molekulę.

Su G-baltymu susijusiems receptoriams priklauso rodopsinas -fotoreceptoriuose esantis baltymas, uodimo receptorius.

Su G-baltymu susieti receptoriai aptinkami visose ląstelėse. Panašūs yra net Prokariotuose (bakterijų rodopsinas veikia kkaip šviesą varomas vandenilio jonų siurblys).

Kai receptorius susiriša su signaline molekule, citoplazmos pusėje kinta baltymo aktyvumas, ir receptorius gali reaguoti su G-baitymu ant citozolinio plazminės membranos paviršiaus.

G-baltymų yra įvairių rūšių, jie specifiniai įvairiems receptoriams, bet visiems G-baltymams budinga tokia pati struktūra ir panašus veikimo būdas. Jie sudaryti iš 3 atskirų baltyminių subvienetų-alfa, beta ir gama dalių.

Neaktyvioje būklėje svarbiausias alfa subvienetas, kuris susirišęs su GDP. Kai receptorius surišamas su signaline molekule, jis tampa aktyvus ir susiriša su G-baltymu ir aktyvuoja- GDP pakeičia į GTP,

Kai G-baltymas prisijungia GTP, jis skyla į dvi dalis: į alfa subvienetų ir beta-gama kompleksą. Abi dalys aktyvios ir gali reaguoti su visais ląsteliniais baltymais keisdami jų aktyvumą. Bet G-baltymas nebūna visą laiką aktyvus. Visa dalis po kuria laiko savo GTP pakeičia į GDP, tampa neaktyvi ir susijungia į neaktyvią alfa-beta-gama kompleksą- signalizacija pasibaigia.

Bet kokia signalizacija turi prasmę tik tada, kai veikia tam tikrą laiką. Signalizacijos išjungimas ne mažiau svarbus kaip įjungimas. Išjungimo sutrikimas gali sukelti daug pavojų, nes būtent signalizacijos išjungimo svarbumas ir sudaro ląstelės kontrolę.

Pavyzdys-cholera. Toksinai prasiskverbia į žarnų epitelį ir taip modifikuoja alfa subvienetų kad jis nebegali GTP pakeisti į GDP ir visą laiką lieka aktyvus. Jis visą laiką tęsia tikslinio baltymo aktyvaciją, sukeldamas ilgalaikį vvandens ir natrio jonų srautus, kas pasireiškia viduriavimu. Subvienetų tiksliniai baltymai gali būti joniniai kanalai ar su membrana susieti fermentai.

Širdies darbas kontroliuojamas dviem nervinėmis sistemomis- simpatinė ir parasimpatinė. Simpatinė veikia skatina, parasimpatinė-slopina. Parasimpatinė veikia per mediatorių acetilcholiną. Jis yra su G-baltymu susieto receptoriaus signalinė molekulė. Jis aktyvuoja receptorių, G-baltymą. Aktyvioji dalis šiuo atveju-beta-gama kompleksas. Kai jis tampa aktyvus, atidaro kalio jonų joninius kanalus. Kalio jonų srautai keičia širdies raumens elektrines savybes, jie susitraukia vis lėčiau, silpniau, bet nesustoja, nes po kurio laiko alfa subvienetas aktyvuojasi pats ir suriša su beta-gama kompleksu. Kalio jonų kanalai užsidaro. Tokiu būdu G-baltymas gali veikti joninius kanalus.

Kitas G-baltymo taikinys-fermentai (membraniniai). Su membraniniais fermentais susietas veikimas sudėtingesnis. Čia sukeliama naujų signalinių molekulių gamyba (antrinių pernešėjų gamyba).

Vienas iš taip veikiančių membraninių fermentų yra adenilato ciklozė. Šiuo atveju aktyvioji G-baltymo dalis-alfa subvienetas. Jis susijungia su membraniniu fermentu adenilato cikloze, ir tas savo ruožtu stimuliuoja naujų nedidelių molekulių gamybą. Fermentas yra membraninis, o aktyvavimas reikalingas ląstelės viduje, todėl ir reikia naujų nedidelių molekulių, kurios gali sklisti gilyn. Tos molekulės yra ciklinis AMP, kuris gaminamas iš ATP. Ciklinis AMP gali sklisti citoplazma ir veikti daugelį ląstelės reakcijų. Tas pats ciklinis AMP gali sukelti skirtingu ląstelių skirtingus atsakus. Ciklinis AMP savo rreakcijas sukelia netiesiogiai, bet aktyvuodamas fermentą A-kinazę, kuri normoje yra neaktyvi ir susiriša su slopinančiu baltymu. Kai ciklinis AMP susijungia su slopinančiu baltymu, A-kinazė nuo jo atsiskiria, tampa aktyvi ir

gali veikti daugelį reakcijų A-kinazė gali skaldyti glikogeną, gali patekti į branduolį, neaktyvų baltymą paversti aktyviu ir paveikti genų transkripciją. Atsakas gali būti ir labai greitas, ir labai lėtas.

Kitas membraninis baltymas, kuris aktyvuojamas su G-baltymais susietais receptoriais-fosfolipazė C. Fosfolipazė C medijuoja daugelį ląstelės reakcijų per įvairias signalines molekules.

Sukeliamas reakcijos pavyzdys-lygiųjų raumenų susitraukimas, glikogeno skaldymas ir kt.

Fosfolipazė C yra membraninis baltymas ir gali judėti tik membraną, todėi ji turi aktyvuoti antrinių pernešėjų sintezę.

Paveiktas inozito fosfolipidas skyla į dvi dalis: į diacilglicerolį, kuris pasilieka membranoje, ir į inoziltrifosfatą (IP3), kuris difunduoja į citoplazmą ir kaip ligandas atidaro kalcio jonų kanalus iŠ ET. Kanalams atsidarius, kalcio jonai difunduoja iš ET į citozolį.

Kalcio jonai aktyvina daugelį ląstelių procesų. Normoje kalcio jonų koncentracija yra labai maža, nes kalcio jonų siurbliai jį išvaro arba į mitochondrijas, ET, arba visai iš ląstelės. Kalcio jonai aktyvuoja raumenų susitraukimą, leidžia sąveikauti aktinui su miozinu. Kalcio jonai po kiaušialąstes apvaisinimo skatina embriogenezę. Kaip antrinis pernešėjas, jie veikia daugelį fiziologinių procesų. Kai siurbliai sugražina kalcio jonus į ET ir

mitochondrijas, jų koncentracija sumažėja, jų redukuojami procesai sustoja. Diacilglicerolis pasilikęs membranoje, gali aktyvuoti kinazę C ir ši gali stimuliuoti įvairius ląstelės procesus.

Su fermentais susieti receptoriai vaidina svarbų vaidmenį atsakant į ląstelei į augimo faktorius. Tai irgi baltymai, kurie reguliuoja augimą, diferencialą, dalijimąsi. Jie veikia kaip lokalūs mediatoriai. Jie pasiekia kitas ląsteles ir skatina, pvz., dalijimąsi.

Augimo faktorių medijuojamas atsakas santykinai lėtas, pasibaigia genų ekspresijos pokyčiais. Pvz., transkribuojami genai reikalingi mitozės procesui.

Su fermentais susieti receptoriai gali priimti, medijuoti, perduoti greitus signalus, kurie ssusiję su citoskeleto pokyčiais. Šie receptoriai yra transmembraniniai baltymai, veriantys membraną vieną kartą.

Ekstraląstelinėje pusėje yra dalis, kuri priima signalinę molekulę. Citozolinė dalis veikia kaip fermentas, sudaro kompleksus su kitais fermentais. Dažniausiai šios citozolinės pusės veikia kaip receptorinės torozino kinazės-fosforina artirozino šonines grandines.

Norėdami eksraląstelinį signalą paversti intraląsteliniu signalu, su fermentais susieti receptoriai turi priimti signalinę molekulę. Jos sujungia 2 gretimai esančius receptorius ir tarp receptorių sudaro dimenas. Kontaktus tarp gretimų receptorių citozolinių pusių aktyvuoja jų kinazines funkcijas ir Šie receptoriai fosforina vvienas kitą. Tokios fosforintos jų dalys surenka iš citoplazmos skirtingus baltymus, kurie fosforinami patys tampa aktyviais ir gali perduoti signalą tolyn į ląstelę. Jie gali aktyvuoti, koordinuoti įvairius biocheminius pokyčius citoplazmoje, kol, pvz., pasireikš ląstelės dalijimasis.

Aktyvumas negali tęstis be galo. YYra fermentų, kurie pašalina fosforo grupes. Tada receptoriai tampa neaktyviais, baltymai nukrenta nuo jų, aktyvumas sustoja. Kartais šie receptoriai endocitozės būdu įtraukiami ir suskaidomi lizosomų fermentais.

Aktyvuotos-fosforuotos receptorinės tirozino kinazės (jų citozolinės dalys) pritraukia daugelį baltymų. Tokie baltymai gali būti fosfolipazės, membraninis RAS baltymas. Jis,panašiai kaip G-baltymas, susijungęs su GDP, yra neaktyvus, o kai GDP pakeičia į GTP, yra aktyvuojamas. RAS baltymas gali veikti kitas fermentines molekules, jis aktyvuoja fosforinimo kaskadas-veikia vieną fermentą, šis-kitą, tas-trečią ir t. t. Taip signalas gali būti nunešamas, pvz., į branduolį ir gali keisti, pvz., genų ekspresiją. Kintant genų ekspresijai, transkribuojasi kokie nors genai RAS baltymo aktyvumas taip pat neilgalaikis. Paskui keičiamas į GDP.

Jeigu RAS baltymas ląstelėse yra slopinamas, o ji veikiama augimo faktoriais, normalus atsakas, nneišsivysto, nes RAS baltymas negali perduoti signalo gilyn į ląstelę. Kai Ras baltymas yra hiperaktyvus (mutantinės formos), atsakas bus toks, lyg ląstelę nuolat stimuliuotų augimo faktoriai. Tai sukelia daug ląstelės vidinių procesų, ir jį dalijasi net tada, kai negauna jokių signalų. Toks nekontroliuojamas dalijimasis sukelia vėžinius procesus. RAS baltymas ir buvo aptiktas pirmą kartą vėžinėse ląstelėse. Apie 30% vėžinių susirgimų turi mutavusį RAS geną.

Ląstelės signalizacijos keliai yra skirtingi, bet panašūs jų veikimo principai. Dauguma atvejų aktyvuojami fermentai, kurie fosforina baltymus iir taip juos aktyvuoja. Vienoje ląstelėje gali būti iki 1000 proteino kinazių, kurios kontroliuoja visus intraląstelinius procesus.

Ląstelės gauna, išanalizuoja informaciją iš daugelio šaltinių. Tik atitinkamos signalų kombinacijos aktyvuoja vieną ar kitą kinazę. Gali būti, kad vienas signalas aktyvuoja vieną baltymą, kitas- kitą, ir tik, abu aktyvūs baltymai gali perduoti signalą toliau. Baltymai veikia kaip savotiški interpretatoriai-jie priima skirtingus signalus iš nepriklausomų šaltinių.

Ląstelė gali generuoti atsaką tolyn, kai jie suderinti. Signalizacijos sistema surenka, apdoroja informaciją iš skirtingų šaltinių reguliuoja visą įvykių seką.

Intraląstelinis transportas

Vienu metu ląstelėje vyksta tūkstančiai reakcijų: vienos skaidymo, kitos sintezės, vienos rūgščioje, kitos šarminėje terpėje. Tam, kad ląstelė dirbtų efektyviai, jos turi būti atskirtos. Intraląsteliniai procesai turi būti atskirti. Visus metaboliniams procesams reikalingus baltymus sintetina ląstelė. Kiekvieno organoido membrana sudaro selektyvaus pralaidumo barjerą, kuris kontroliuoja medžiagų transportą. Dauguma ląstelės baltymų sintezuojama citozolyje – ribosomose. Baltymai iš čia turi patekti į savo paskirties vietą. Tolimesnis baltymo likimas priklauso nuo spec. įmontuotos aminorūgščių (AR) sekos – rūšiavimo signalo. Jis apsprendžia baltymo paskirties vietą, kontroliuoja jo judėjimą. Baltymai, kurie praranda šią dalį. užstringa citozolyje ir yra suardomi. Yra dvejopi rūšiavimo signalai. Vienus sudaro ištisinė AR seka (15 – 50 AR). Signalo peptidazė ją vėliau atkerpa (kai baltymas jau nukreiptas į paskirties vietą). SSignalinės sekos gali būti nutolusios viena nuo kitos, specifinis baltymo susilankstymas apibrėžia tam tikrą signalini plotelį. Baltymai – makromolekulės, kurioms normaliai membrana nepralaidi. Joniniai kanalai ar baltymai nešikliai jų taip pat nepraleidžia. Į skirtingus organoidus baltymai patenka kitais būdais. Tai reikalauja energijos sąnaudų.

Branduolio apvalkalas

Branduolio pora

Baltymų patekimas į branduolį per poras Branduolio porose susilieja išorinė ir vidinė membranos. Poros turi sudėtingą struktūrą -išorinis žiedas, vidinis žiedas, vidurinė dalis. Jas sudaro ne mažiau kaip 100 baltymų. Poroje yra siauras vandeningas kanalas, kuriuo difunduoja smulkios molekulės. Baltymai pro poras negali praeiti, kol neturi atitinkamo signalo – baltymo lokalizacijos signalo. Dažniausiai jis yra signalinio plotelio pavidale. Lokalizacijos signalą atpažįsta pagalbiniai baltymai – branduolio importo receptoriai. Jie susijungia su importuojamu baltymu ir poros filamentai nukreipia juos i porą. Tam naudojama ATP energija. Branduolio poros atsidaro tiek, kiek reikia. Patekęs į vidų, baltymas atsikabina nuo importo receptoriaus, ir Šis grįžta i citozolį ir laukia kol ateis kitas baltymas. Kai kūnų baltymų patekimas į branduolį galimas tada, kai ateina koks nors signalas (pvz. hormoninis). Jie laikomi citozolyje surišti su pagalbiniais – kaperoniniais baltymais. Gavęs signalą – hormoną – atsijungia nuo kaperoninių baltymų ir yra importuojami į branduolį ir gali veikti geno transkripciją. Pro poras baltymai patenka erdvinėje sstruktūroje, jo signalinė seka nenukerpama. Taip yra todėl, kad mitozėje, suirus branduolio apvalkalui, baltymai pasiskirsto citozolyje, o telofazėje apvalkalas atsistato ir baltymai turi vėl ateiti i branduolį. IŠ branduolio kitos medžiagos turi išeiti į citozolį. Eksportas reikalauja paleidžiamojo signalo. Daugumai iRNR paleidžiamasis signalas yra CAP struktūra 5′ gale. rRNR, tRNR neturi CAP dalies. Branduolyje jos sujungiamos su baltymais, kurie turi eksporto signalą, ir tik tada gali išeiti iš branduolio.

Baltymų patekimas į mitochondrijas ir chloroplastus. Mitochondrijos ir plastidės apsupti dviguba membrana. Plastidės turi ir trečią membraninę sistemą – tilakoidus. Abu turi nuosavą DNR, gali pasigaminti kai kuriuos baltymus, bet didesnė dalis koduojama branduolio DNR ir iš citozolio turi į juos patekti. Importuojami į mitochondrijas baltymai turi savo signalinę seką 5″ gale. Šią signalinę seką atpažįsta sekos receptorius, kuris yra membranoje. Tada baltymas nukreipiamas į baltymų translokatorių. Tai specializuotos membranos vietos. kur abi membranos kontaktuoja viena su kita. Baltymas mitochondrijas patenka maksimaliai išsivijęs. JĮ ištiesia ir padaro pirminės struktūros kaperoniniai baltymai. Jie ir stumia baltymą pro translokatorių. Ištiesinimui

ir stūmimui naudojama ATP. Kai

į mitochondriją patenka signalinė seka, fermentas signalo peptidazė ją nukerpa. Mitochondrijoje yra pagalbinių baltymų, kurie traukia šį baltymą, kiti kaperoniniai baltymai padeda jam vėl įgyti erdvinę konfigūraciją. Tokiu būdu

baltymai patenka į matriksą. Bet dalis baltymų turi būti įsodinti į vidinę membraną ar yra reikalingi trans membraniniame tarpe. Tokie

trąnslokatorius išorinė membrana vidinė membrana

baltymai turi dar ir antrą signalinę seką, kuri nukreipia juos į translokatorių, esantį vidinėje membranoje. Baltymai kurie yra pagaminti mitochondrijoje, turi tik antrą signalinę seką ir čia gali patekti tokiu pat būdu. Signalinė seka prisitvirtina prie translokatoriaus ir baltymas įstumiamas į trans membraninį tarpą. Į čia baltymai gali patekti ir kitu būdu – tiesiai iš citozolio. Kai bbaltymas patenka į translokatorių, signalinė peptidazė nukerpa pirmąją seką, o antroji seka prisitvirtina prie translokatoriaus. Baltymas įstumiamas į tarprmembraninį tarpą. Jei antra seka nukerpama baltymas juda transmembraninėj e erdvėje, o jei nenukerpama, jis pasilieka kaip membraninis baltymas. Baltymų patekimas į chloroplastus vyksta lygiai taip pas. Tik jei baltymas reikalingas tilakoidams, jis turi dar ir trečią signalinę seką., kuri jį nukreipia i tilakoidą. Nukirptos signalinės sekos yra nereikalingos ir vėliau fermentais suardomos. Mitochondrijoms ir chloroplastams reikalingi ir lipidai – membranų augimui. MMembraniniai lipidai importuojami iš lygiojo endoplazminio tinklo (ET). Tam

naudojami pagalbiniai – fosfolipidų perdavimo baltymai. Jie susijungia su lipidu, ištraukia jį iš ET membranos ir įstato į mitochondrijos ar chloroplasto membraną. Atskiriems lipidams yra specifiniai fosfolipidų perdavimo baltymai. Fosfolipidų perdavimas vyksta bbe papildomos energijos, pagal konc. gradientą. Tokiu būdu lipidai įstatomi tik į išorinę membraną.

iRNR

ribosoma

Baltymų patekimas į ET, ET yra didžiausia membraninė sistema euk. ląstelėse. ET yra įėjimo vieta ne tik sau,

bet ir kitiems organoidams skirtų baltymų. Vienąkart patekę į ET. baltymai į citozolį jau nebepatenka ir į bet kurį

kitą organoidą keliauja apgaubtomis membrana pūslelėmis – vezikulomis. Į ET patenka dvi baltymų rūšys: 1)

vandenyje tirpūs, kurie atpalaiduojami ET spindyje ir yra skirti sekrecijai į ląstelės paviršių; 2)

transmembraniniai, kurie įterpiami į ET membraną ir kaip membraninės pūslelės gali padidinti plazminę

membraną. Baltymai į ET patenka dar jų sintezės metu. Jei baltymas skirtas ET, iš ribosomos jis išeina signaline

seka. Šią signalinę seką atpažįsta laisvai citozolyje esanti signalo atpažinimo dalele. Kai signalinė seka susijungia

su signalo aatpažinimo dalele, baltymo sintezė trumpam sustoja. Signalinė atpažinimo dalele nukreipia visą

ribosomą į signalinės

atpažinimo dalelės receptorių.

Receptorius nukreipia

ribosomą į artimiausią translokacinį kanalą ir užsodina ant jo. Tada baltymo sintezė atsinaujina ir baltymas pradeda lįsti kaip didelė kilpa. Tam naudojama ATP energija. Kai baltymas įlenda, fermentas signalo peptidazė signalinę seką, atsipalaiduoja translokatoriaus ir

signalo at-pažinimo

dalelė (SSP) E.T. signalo atpažinimo seka

transloka-torius

CITOZOLIS

E.T. SPINDIS

signalo atpažini-

mo dalelės recep¬torius (SRPR)

nukerpa Baltymas nuo

patenka į

ET. Tarp patenka tie baltymai, kurie veikia ET spindyje ar yra siunčiami į kitą organoidą. Bet dalis bbaltymų yra įterpiami į ET membraną, kaip transmembraniniai baltymai. Tokie baltymai turi antrą signalinę seką – stop seką (pirmoji – start seka) Po minėto mechanizmo, pasiekus stop seką. baltymo prastūmimas sustoja. Translokatorius pasislenka į šoną, fermentas nukerpa signalinę seką, ir baltymas gaunasi įterptas lipidiniame sluoksnyje. Kai kurie baltymai veria membraną 2 ar daugiau kartų. Tokie baltymai turi daugiau start ir stop sekų. Pirmai stop sekai slinkimą sustabdžius, vidinė start seka tęsia translokaciją, sekanti stop seka ją sustabdo. Taip baltymas gaunasi įtvirtintas membranoje keletą kartų, Start ir stop sekų išsidėstymą nustato paties baltymo struktūra Dauguma baltymų po sintezės patekę į ET čia toliau modifikuojami, keičiami chemiškai, sujungiami su angliavandeniais (glikolizacija). Angliavandeniai, kurie tam reikalingi, gaminami lygiajame ET ir iš ten atgabenami į grūdėtąjį ET. Tokie angliavandeniai sujungiami su specialiais membraniniais lipidais. Translokuojant baltymą, jie nuo lipidų atskeliami ir prijungiami prie baltymo jo lindimo eigoje. Tolesnis baltymų apdorojimas galimas pačiame ET. Kai kurie baltymai skirti vietiniam naudojimui. Jie turi specialų ET sulaikymo signalą. Tokį signalą atpažįsta Goldžio aparato membraniniai receptoriai. Baltymai, kurie pasilieka ET spindyje, vadinami rezidentiniais. Tie, kurie skirti transportavimui iš ET, vadinami tranzitiniais. Tokie baltymai išeina iš ET atsipumpuruojančiom, membrana apgaubtom, pūslelėm. Tokios pūsleles susilieja su Goldžio aparato membrana, ir bbaltymai patenka į GA. Išėjimas iš ET yra griežtai kontroliuojamas. Pagrindinis reikalavimas – taisyklinga erdvinė konfigūracija. Tokios neturėdamas baltymas gali būti surištas su kaperonais, kurie padeda įgyti taisyklingą konfigūraciją. Jei ir kaperonai nepadeda, toks baltymas yra suardomas. Kartais per didelė kontrolė gali būti net žalinga.

Vezikulinis transportas – medžiagų iš ET pernešimas į kitus organoidus atsipumpuruojančiomis

pūslelėmis. Jos keliauja citoplazma, susilieja su tikslinio organoido membrana ir perduoda savo turinį. Jei

atstumas nedidelis, pūslelė keliauja laisva difuzija, jei didelis – citoskeletu (mikrovamzdeliais, aktino

filamentais), Atsipumpuravusi pūslelė citozoliniame paviršiuje turi ypatingą baltymini apvalkalą ir vadinama

apgaubta pūslele. Apvalkalas yra pagalbinė pūslelės formavimosi stadija. Jis atlieka dvejopą funkciją: 1)

suformuoja visą pūslelę; 2)

padeda atrinkti transportavimui

skirtas molekules. Dažniausiai

aptinkamos klatrinų apgaubtos

pūslelės. Jos atsipumpuruoja

nuo Goldžio aparato išorinei

sekrecijai. Kiekviena pūslelė

prasideda, kai klatrinų

apgaubta įduba, palaipsniui

didėja ir suformuoja pūslelę.

Ji didėja prisijungiant

naujoms klatrino

molekulėms. Suformuojamas

užveržiantis žiedas, kuris

veržiasi, kol persismaukia, ir pūslelė atsiskiria nuo membranos. Nešamos medžiagos atrinkimui padeda adaptinas, kuris susijungia su klatrinu Nešama medžiaga turi specifinį transporto signalą – signalinę seką, kurią atpažįsta membranoje esantys receptoriai. Kai pūslelė atsipumpuruoja, klatrinai ir adaptinai nukrenta, o pūslelė juda į paskirties vietą.

Kokiu būdu pūslelė atpažįsta organoidą, į kurį turi patekti? Kiekviena pūslelė turi markerius, kurie identifikuoja ją ir jos nešamą turinį. Pačioje pūslelėje yra transmembraniniai baltymai v-sneirai. Jie gali būti įįvairių formų, v-sneirus atpažįsta jiems komplementarūs t-sneirai, esantys organoido membranoje. Kiekvienas tikslinis organoidas turi specifinius t-sneirus. v-sneiraį turi erdviškai atitikti t-sneirus. t-sneirai tikrina, kad į kompartmentą pateks tik ta pūslelė, kuri neša tik jam reikalingus baltymus. Kai sneirai atpažįsta vienas kitą, iš citozolio ateina membranų susiliejimo baltymų kompleksas, kuris katalizuoja pūsleles ir organoido membranų susiliejimą. Pūslelės membrana tampa tikslinio organoido membranos dalimi, ir nešama medžiaga patenka į vidų. Toks vezikulinis transportas užtikrina, kad į pūslelę pateks tik reikalingos medžiagos ir pūslelė pateks į reikiamą organoidą.

Egzocitozė. Vezikulinis transportas neapsiriboja ląsteles vidumi. Jis gali pristatyti medžiagas ir į ląstelės išorę. Naujai pagaminti baltymai, riebalai, angliavandeniai iš ET keliauja į Goldžio aparatą. Nuo jo atsisluoksniuoja vezikulos, skirtas išorei. Tai egzocitozė. į ląstelės išorę patenka medžiagos iš GA (retai iŠ ET). GA yra plokščių sistemų ir nedidelių pūslelių visuma. Medžiagos patenka į GA per cis paviršių, atsipumpuruojant keliauja per GA ir atsisluoksniuoja nuo jo trans paviršiaus egzocitozei Kol medžiagos keliauja per GA nuo cis iki trans paviršiaus, jos apdorojamos. Baltymai modifikuojami, sujungiami su angliavandeniais. GA patikrina, ar baltymai tikrai skirti ląstelės išorei. Pasiekę trans paviršių, baltymai atrenkami pagal

paskirties vietą. Jų pūslelės pažymimos atitinkamais sneirais, kurie nustato galutinę vietą. Egzocitoziniai keliai gali būti

dviejų rūšių: nuolatiniai ir reguliuojami. Nuolatiniai keliai tie, kuriais nuolat keliauja atsipumpuravusios pūslelės, paskui jų membranos susilieja su bazine membrana ir medžiaga patenka į išorę. Dalis tokių baltymų tampa periferiniais membraniniais baltymais, dalis įsilieja į ekstraląstelinį matriksą, dalis medžiagų difunduoja į ekstraląslelinį skystį. Tai gali būti maisto medžiagos ar signalinės medžiagos kitoms ląstelėms. Reguliuojami egzocilozimai keliai veikia specializuotose ląstelėse, kurios yra sekrecinės, gamina hormonus ar kt. Atsiskyrusios pūslelės laikomos netoli membranos ir savo turinį atpalaiduoja tik gavusios ekstraląstelinį signalą. Pvz.: ppadidėjęs gliukozės kiekis kraujyje yra ekstraląstelinis signalas insulino sekrecijai. Reguliuojamu keliu einančiose pūslelėse sukaupiama didesnė medžiagų koncentracija negu nuolatiniu keliu, Sekretorinei ar transporto pūslelei susiliejus su plazmine membrana, ši padidėja, bet toks padidėjimas yra laikinas, nes membrana paimama endocitozės būdu. Tada formuojasi pūslelės kurios juda į ląstelės vidų ir membranos paviršius lieka pastovus. Dauguma ląstelių yra polinės – turi skirtingus membraninius sąstatus apkalimame ir bazaliniame paviršiuose, kurie atskirti glaudžiąja jungtimi. Į atskirus membraninius domenus turi būti pristatyti skirtingi baltymai. Folinės lląstelės turi atskirus sekretorinius kelius. Pradžioje baltymai Goldžio aparatu keliauja kartu, bet prie trans paviršiaus išskirstomi į atskiras sekretorines pūsleles. Pūslelės turi atskirus rūšiavimo signalus, atskirus sneirus. Jei baltymas per klaidą nusiunčiamas ne prie to paviršiaus, jis pristatomas, kur reikia. TTaigi egzocitoziniai keliai aprūpina ląstelės išorę reikalingomis medžiagomis.

Endocitozė Be egzocitozinių kelių dar yra ir endocitoziniai – kai ląstelės iš aplinkos paima skysčius, didesnes ir mažas daleles ar kitas ląsteles. Tokia paimama medžiaga apgaubiama membrana ir gaunasi endosoma. Endocitozinis būdas skiriasi nuo paprasto perėjimo per membraną. Tuomet medžiaga patenka tiesiai į citoplazmą, o endocitozinė medžiaga nuo citoplazmos yra atskirta membrana. Priklausomai nuo susiformuojančios pūslelės dydžio ir nuo paimtos medžiagos, skiriami du endocitozės tipai: 1) pinocitozė (paima skysčius ar nedideles daleles); 2) fagocitozė (santykinai dideles ląsteles). Fagocitozė pirmuonims -mitybos būdas. Daugialąsčiai fagocitozę naudoja ne mityboje. Makrofagai gina nuo infekcijų -fagocituoja bakterijas. Fagosomoje atsidūrusi bakterija neutralizuojama. Kad galėtų fagocituoti bakterija pirmiau turi ją atpažinti. Makrofago membraniniai baltymai atpažįsta antikūnus – baltymus, kurie susiriša ssu bakterijos paviršiumi. Makrofagai taip pat įtraukia pažeistas žuvusias ląsteles, jų produktus Pinocitozės metu membrana suformuoja įlinkimus, kurie didėja, užsidaro, ir skysčio lašelis atsiduria pinosomoje. Pinocitozė dažniausiai vyksta selektyviai, ląstelė paima ne bet kokias medžiagas. Kai medžiagos išorėje atpažįstamos specifiniais membraniniais receptoriais -receptoriais medituojama pinocitozė. Tokia medžiaga susijungia su receptoriais, susiformuoja klatrinu dengta pūslelė. Vėliau klatrinai atsijungia ir gaunasi pinosoma. Pvz.: cholesterolio paėmimas į ląstelę. Cholesterolis yra netirpus, kraujyje transportuojamas sujungtas su baltymais ir suformavęs mažo tankio lipoproteinines daleles. Šias ddaleles atpažysta specifiniai membraniniai receptoriai, jie

susijungia su jomis. Susiformuoja pūslelė, kurioje cholesterolis sujungtas su receptoriumi. Tokia pūslelė vėliau patenka į endosomą. Čia receptoriai atsijungia ir transportine pūslele yra grąžinamos į membraną, o cholesterolis patenka į lizosomą, kur yra suskaidomas ir patenka į citozolį, o vėliau naudojamas naujų membranų gamybai. Asmenims, kurie turi detektyvų geną formuojasi efektyvūs receptoriai, kurie negali prisijungti cholesterolio, ir Šis kaupiasi kraujyje. Receptorinės endocitozės būdu paimamas vitaminas B12, geležis, ŽIV. Bet kuri medžiaga, paimta pinocitozės procesu, perduodama endosomomis. Tai membrana apgaubtos pūslelės, kurios funkcionuoja endocitoziniame kelyje. Jos atrenka medžiagas tolimesnei destrukcijai. Receptoriai gali būti grąžinami atgal į membraną, kad galėtų paimti kitas medžiagas, gali degraduoti patekę į lizosomas, gali pernešti medžiagą į Uitą membranos dalį – transcitozė Yra du endosomų tipai, kurie skiriasi baltymų sąstatu. Bet kuri medžiaga patenka į ankstyvąją endosomą. o po 5-l5min, j vėlyvąją. Ankstyvoji yra netoli membranos, vėlyvoji -netoli branduolio. Ankstyvosios virsta vėlyvosiomis arba medžiagos transportinėmis pūslelėmis transportuojamos iš ankstyvųjų į vėlyvąsias. Medžiagų kelias pasibaigia lizosomose, iš kurių jos patenka j citozolį. Lizosomose yra -40 fermentų, kurie skaido baltymus, nukleorūgštis, nebalus, angliavandenius. Lizosomų membrana Šiems fermentams nepralaidi. Lizosomų fermentai ir membraniniai baltymai sintezuojami ET ir per GA pūslelėmis atsiunčiami. Transportinėse pūslelėse fermentai surišami ssu specifiniais angliavandeniais ir tampa neaktyvūs. Jie aktyvuojami, kai patenka į lizosomas, kurių membranoje daug transportinių baltymų, kurie suskaidytas medžiagas transportuoja į citozolį. Lizosomų fermentai veiklūs tik rūgščioje aplinkoje, kurią palaiko H+ siurbliai. Jei fermentai patektu į citozolį, kuriame terpė neutrali, jie vis tiek būtų neveiklūs Medžiagos į lizosomas patenka skirtingais keliais. Fagocituotos dalelės: fagosomos susilieja su lizosomomis. Pinocituotos dalelės patenka į endosomas ir tik paskui į lizosomas. Į lizosomas ląstelės gali nukreipti savo susidėvėjusias dalis, pvz.: netekusias funkcijų mitochondrijas. Jos apvelkamos membrana iŠ ET ir nukreipiamos į lizosomą, kur suskaidomos. Suskaidytos medžiagos iš lizosomų patenka į citozolį, o nereikalingi produktai susilieja su membrana ir pasišalina į ląstelės išorę.

Ląsteles ciklo kontroles mechanizmas

Kai kurios ląstelės (pvz.: odos) dalijasi nuolatos, visą organizmo amžių. Kitos ląstelės (pvz.: griaučių raumenų ar nervų) lieka GI stadijoje. Jeigu tokios ląstelės branduolį perkeltume į S stadijoje esančios ląstelės citoplazmą, lai jis pereitų į S stadiją- imtų ..suktis“ ląstelės gyvenimo ciklas. Širdies raumens ląstelės lieka G2 stadijoje. Jei Šio tipo ląstelę sulietume su mitozei pasiruošusia ląstele, pirmosios branduolys taip pat pradėtų mitoziškai dalytis. Todėl atrodo, kad yra kontrolės sistema ir medžiagų, kurios lemia ląstelės vystymąsi pereinant iš dviejų kritiškų būsenų į kitą stadiją:

G1 stadija -> S stadija G2 sstadija -> M stadija

Ląstelės ciklo kontrolės sistema; ląstelės ciklui būdinga nuosekli ir kryptinga procesų kaita. Visus vyksmus kontroliuoja ląstelės ciklo kontrolės sistema, kuri užtikrina, kad vienas ciklas pasibaigs prieš prasidedant kitam, kurios dėka kiekvienas procesas paleidžiamas atitinkama seka. Ši kontrolė nyksta naudojant specialius baltymus ir keičiant jų aktyvumą. Aktyvumas keičiamas baltymus fosforinant proteino kinazėmis.

Pirmieji tyrimai, padėję suprasti ląstelės ciklo kontrolę, buvo atlikti 1970 m Kolorado universitete, Rao (P. Rao) ir Džonslonas (R, Johnston), suliedami ląsteles, esančias įvairiose ciklo fazėse, nustatė, kad ląstelės ciklą reguliuojantys veiksniai yra citoplazmoje. Toliau, ląstelės ciklo valdymas buvo tiriamas naudojant temperatūrai jautrius mielių mutantus. Šiose ląstelėse mutacijos pasireiškia tik pakėlus temperatūrą (37°C), o įprastinėse sąlygose (24°C) ląstelės gyvybinių procesų nestabdo. Tokiu būdu buvo identifikuota apie 30 mielių ląstelės ciklo genų. Paaiškėjo, kad vienas iš reikšmingiausių genų, reguliuojančių mielių ląstelės ciklą yra genas, koduojantis svarbų ląstelės ciklo reguliatorių baltymą p34 – 34 kDa baltymų kinazę. kurios homologai aptinkami visų eukariotų ląstelėse.

Tiriant ląstelės ciklą kontroliuojančius baltymus buvo naudojamos kuo stambesnės ląstelės. Puikiu tokių tyrimų modeliu lapo Afrikos naguotosios varlės {Xenopus laevis ) ovocitas – mejozės būdu besidalijanti ląstelė Iš Xenopus ovocito buvo išskirtas veiksnys aktyvuojantis Šios ląstelės brendimą ir dalijimąsi (angį,k. – maturation-promoting factor). Pavyko Įrodyti, kad

homologiški baltymai inicijuoja ląstelės dalijimąsi (liek mejozinj, tiek ir mitozinį) įvairiuose organizmuose nuo mielių iki žmogaus. Taip buvo atrastas pagrindinis ląstelės ciklo „variklis“ – MPF (nuo angį.k. – mitosis-promoting iactor) arba ląstelės dalijimąsi skatinantis veiksnys, mitozę pagreitinantis faktorius.

MPF

Išgrynimus MPF. paaiškėjo, sudarytas iš dviejų subvienetų:

1, katalizinio subvieneto

2. reguliacinio subvieneto

kad lai yra heterogeninis dimeras.

Katalizinis subvienetas perneša fosfalines grupes iš ATP ant baltymų-substratų (savitųjų Ser ir Thr aminorūgščių). MPF sandara

Reguliacinis MPF subvienetas vadinamas ciklinu, nes šio baltymo koncentracija ląstelės ciklo metu periodiškai kinta. Katalizinis MPF

subvienetas vadinamas nuo ciklino priklausoma kinaze arba Cdk (angį.k – cyclin-dependent kinase), nes jos aktyvavimui būtina sąveika su ciklinu. Tik prisijungus ciklinui dėl konfarmacinių pokyčių, atsidengia katalizinis ir substratą surišantis Cdk subdomenai ir MPF tampa aktyviu ląstelės ciklo „varikliu“.

-■

g

r:

MPF aktyvumo cikliško kitimo priklausomybė nuo ciklino kiekio citoplazmoje

Nustačius MPF struktūrą paaiškėjo ir pagrindiniai ląstelės ciklo reguliavimo principai. Ląstelės slinktį ciklu valdo reguliacinių ir struktūrinių baltymų fosforilinimas, kurį vykdo batymų kinazė Cdk. Šio fermento kiekis ląstelėje yra pastovus, bet jo aktyvumą kontroliuoja „„partneris“, kurio koncentracija įvairiose ląstelės ciklo fazėse kinta. Kai

ciklino kiekis ląstelėje pasiekia tam tikrą slenkstinį dydį, MPF tampa aktyvią įjungia fosforilinimo būdu reguliuojamų įvykių kaskadą. Vėliau cikhnas suardomas proteolizės būdu, o MPF inaktyvuojamas. Už pagrindinių ląstelės ciklo valdymo principų išaiškinimą ggrupei mokslininkų 2001 m. metais buvo suteikta Nobelio premija.

Ląstelės valdymo schema

Mitozinis dalijimasis

Glfazės

M fazės MPF

S fazės MPF

I DNR sintezė

Schemoje pavaizduota ląstelės ciklo skirtingų fazių eiga, reguliuojama ciklino- Cpk kompleksų aktyvumo kitimais (ciklino sinteze ar degradavimu).

Cdk asocijavusį savitą G1 ar M fazės cikliną formuoja MPF. kuris fosforilina įvairius substratus. Etapo pabaigoje ciklinas ardomas proteolizės būdu. o MPF inaktyvuojamas.

Ląstelės dalijimosi ciklas yra griežtai kontroliuojamas, nes bet kokios pažaidos šiame procese tiesiogiai skatina vėžio atsiradimą. Kontrolinė sistema gali užtikrinti, kad pažeista DNR nesireplikuos ir nebus perduodama dukterinėms Iąstelėms. Radikaliausias jos sprendimas- dalijimosi uždraudimas. Tuomet ląstelė ciklinus, CDK demontuoja. Taip yra neuronuose, skeleto raumenų ląstelėse. Taip pat pažaidos neperdavimą galima užtikrinti naudojant inhibitorius, kurie inaktyvuoja ciklino-CDK kompleksą.

Ląstelės ciklo kontrolės taškai

Ląstelės ciklas yra tarpusavyje susijusių pokyčių sseka. Jei nors vienas etapas neįveikiamas, nutrūksta ir sekantys procesai. 1989 m. Veinertas (T, Weinert) ir Hartvelas (L. Hartwell) pastebėjo, kad DNR pažaidos pailgina mielių ląstelės ciklo trukmę. Ląstelės ciklas sustabdomas, įvyksta DNR reparacija ir ciklas tęsiasi toliau. Mokslininkai iškėlė hipotezę, kad ląstelės cikle yra kontrolės taškai, kuriuose ląstelės ciklas sustoja, jei sąlygos tolimesniam dalijimuisi yra nepalankios. Šiuo melu yra Žinoma, kad ląstelės ciklą gali sustabdyti struktūrinės DNR pažaidos, replikacinės šakutės, mitozės verpstės ar ląstelės dalijimosi plokštumos formavimosi netikslumai, sutrumpėję cchromosomų galai, stresiniai aplinkos signalai ir kt.

Kontrolės taškuose ne tik sustabdomas ląsteles dalijimasis, bet kartu įjungiami biocheminius procesai, pašalinantys esamas pažaidas. Pavyzdžiui, aktyvuojami reparacijos fermentai, vyksta naujų mikrotubulių jungimasis prie chromosomų ar formuojasi nauja dalijimosi plokštuma. Kontrolės taškų atsake dalyvauja daug baltymų: nuo sensorių, kurie aptinka pažaidą, iki efektorių, kurie šią pažaidą šalina. Kontrolės taškų mechanizmai yra konservatyvūs, homologiški reguliaciniai baltymai aprinkami skirtingų organizmų ląstelėse.

Eukariotų ląstelėje yra trys pagrindiniai kontrolės taškai, stabdantys ląstelės ciklą ties G1/S, G2/M ir metafazės/anafazės riba. Šio kontrolės mechanizmo dėka ląstelė dalijasi tik sulaukusi palankių mitogeninių signalų iš aplinkinių ląstelių. Netipiški mitogeniniai signalai (pvz., onkobaltymų) skatina ląstelės apoptozė.

DNR pažaidų, ar nereplikuot

DNR KT

Ląstelės ciklo procesai ypač griežtai kontroliuojami S fazėje, kai vyksta DNR sintezė. S fazės kontrolės mechanizmai saugo ląstele, nuo pakartotinės DNR sintezės. Struktūrines DNR pažaidos aktyvuoja DNR pažaidų kontrolės tašką. Priklausomai nuo DNR pažaidos tipo ląsteles ciklas gali sustoti G1/S ar G2/M fazių ribose. Tokiose ląstelėse aklyvuojama DNR pažaidų reparacija arba vyksta apoptozė.

Pagrindiniai DNR pažaidų kontrolės taško reguliatoriai yra kontrolės taškų kinazės 1 ir 2 (Chkl ir 2) ir ATM, ATR baltymai. Šie baltymai fosforilina

daugelį baltymų, dalyvaujančių DNR reparacijoje, apoptozėje bei ląstelės ciklo stabdyme Ląstelės ciklo kontrolės taškai

Sudėtingi ląstelės ciklo kontrolės mechanizmai susiformavo evoliucijos eigoje, jjie saugo ląstelę nuo dalijimosi ir genetinės medžiagos paskirstymo klaidų. Mutacijos ląstelės ciklo genuose pažeidžia ląstelės ciklo kontrolę ir skatina nekontroliuojamą ląstelių dauginimąsi bei vėžio formavimąsi. Vėžinėse ląstelėse neretai padidėja Cdk ar ciklinų genų raiška arba inaktyvuojami CKI baltymai. Tokiose ląstelėse formuojasi netipiškai aktyvus MPF, Semiantis spartų vėžinių ląstelių dauginimąsi. Neretai vėžinėse ląstelėse pažeidžiami kontrolės taškų atsakas. Viena iš dažniausių mutacijų, aptinkamų vėžinėse ląstelėse, yra geno p53 mutacija. Pažaidos ląstelės ciklo genuose aptinkamos ir kai kuriuose genetiniuose sindromuose. Retą genetinį susirgimą atcaxia telangiectasia lemia mutacija ATM gene. Tokių ligonių ląstelėse neveikia DNR pažaidų kontrolės taško mechanizmai, todėl DNR sintezė gali vykti ir nuo pažeistos DNR grandinės. Besikaupiančios mutacijos skatina vėžio (dažniausiai limfomų) vystymąsi.

Labai reikšmingi ir kiti procesai- daugialasČio organizmo ląstelių kiekio kontrolė Pvz.: žmogaus ir pelės kiaušialąstės yra beveik vienodo dydžio, bet suaugę individai skiriasi. Esmė yra ląstelių kiekyje, bet ne jų dydyje.

Ląstelių dalijimasis priklauso nuo signalų iš įvairių kitų ląstelių. Maistas nėra vienintelis ribojantis veiksnys (vienaląsčių ribojantys veiksniai yra maistas ir erdvė). Intraląstelinis matriksas riboja ląstelių pakitimus, jų dalijimąsi.

Ląstelių dalijimąsi stimuliuoja augimo faktoriai, kurie dirgina (aktyvuoja) augimo faktoriaus receptorius, esančius ląstelės membranoje. Šie receptoriai generuoja intraląstelinį signalą; kuris keliauja į branduolį ir aktyvuoja S fazės ciklino-CDK kompleksą. Šis kompleksą, pprijungdamas fosfato grupes, inaktyvuoja retinoblastomos baltymą, kuris būdamas aktyvus slopino geno reguliacinį baltymą. Prasideda transkripcija, susintetinami ląstelės dalijimuisi būtini baltymai. Prasideda ląstelės dalijimasis.

Nekontroliuojamą ląstelės dalijimąsi sąlygoja onkogenai. Net ir nesant augimo faktoriams, nenormaliai aktyvūs signaliniai baltymai siunčia signalą į branduolį, kad būtų aktyvuojamas genų reguliacinis baltymas. Dėl nevaldomo dalijimosi prasideda vėžiniai procesai.

Programuota ląstelių mirtis ir jos mechanizmas

Daugialąsčių organizmų audiniai nuolat atsinaujina šalindami senas ląsteles ir jas keisdami naujomis. Kraujodaros ląstelės, odos epitelis atsinaujina nuolat, limfocitai ir lytinės ląsteles – Šuoliškai, o tam tikros nervinės ląstelės veikia visą organizmo gyvenimą. Somatinių ląstelių kiekį kiekviename organizme lemia pusiausvyra tarp ląstelių dalijimosi ir jų mirimo. Programuota ląstelių mirtis yra natūralios organizmo būklės sudedamoji dalis. Daugialąsčiuose organizmuose veikia genetiškai užkoduotas mechanizmas, vadinamas apoptozė. Jį aktyvinus. įvyksta tiksliai reguliuojamas ląstelės susinaikinimo procesas, turintis būdingus morfologinius ir biocheminius požymius.

Apoptozė – fiziologinis vyksmas, kurio metu iš organizmo pašalinamos pažeistos arba nereikalingos ląstelės, bet nesukeliamas uždegiminis atsakas. Reiškinį 1972 m. aprašė ir pavadinimą pasiūlė Kiuri (A.R Currie) su bendraautoriais, stebėdamas morfologiškai vienodą ląstelių mirtį įvairiuose audiniuose ir ląstelėse.

Apoptozės eiga ir biologinės funkcijos: Apoptozės metu ląstelė praranda ryšius su kitomis ląstelėmis, suyra DNR, sutankėja chromatinas. Vėliau branduolys suskyla į

smulkias dalis. Ląstelės plazminė membrana sudaro daug pūslelių. Pati ląstelė susitraukia ir suskyla į membrana gaubiamas struktūras, vadinamus apoptozės kūneliais Mirštančią ląstelę ir jos dalis atpažįsta ir fagocituoįa makrofagai ar aplinkinės ląstelės. Laikas nuo apoptozės pradžios iki apoptozės kūnežių pašalinimo skiriasi įvairiuose audiniuose. Apoptozė gali užtrukti nuo keleto minučių iki keleto dienų.

Apoptozės procesai yra svarbi embriogenezės dalis. Jų sutrikimai lemia organų morfogenezės trūkumus ar net gemalo mirtį. Susidomėjimo banga kilo supratus, jog apoptozė svarbi ir jau susiformavusiam organizmui. Žmogaus organizme kkasdien žūva kelios dešimtys milijardų ląstelių, kad jų vietą užimtų naujos, mitozės būdu susidariusios ląstelės. Organizmui vystantis, apoptozės būdu naikinamos nereikalingos ląsteles. Pavyzdžiui, lervos audiniai varliagyvių ir vabzdžių metamorfozės metu. ar plėvės tarp pirštų, formuojantis žinduolių galūnėms. Intensyvi apoptozė vyksta nervų sistemos formavimosi metu. Jos būdu pašalinama apie pusė visų neuronų. Išlieka lik ląstelės, turinčios patikimus ryšius su ląstelėmis, sintezuojančiomis neuronų išgyvenimo veiksnius.

Branduolys

t

Normalių (a) ir apoptozės būdu naikinamą (b) ląstelių elektroninės mikroskopijos nuotraukos

Daugelio ląstelių atsparumas apoptozei priklauso nuo išgyvenimo veiksnių iir ryšių su aplinkinėmis ląstelėmis ir užpildu. Apoptozė ne tik palaiko reikiamą ląstelių skaičių organizme, bet ir šalina žalingas ląsteles Dažnai apoptozė pašalina viruso užkrėstas ląsteles, todėl virusas neišplinta po visą organizmą, Apoptozės būdu taip pat ardomos Iąsteles, turinčios DNR ppažaidų ir galinčios supiktybėti. Todėl apoptozė saugo organizmą nuo infekcijos ir vėžio.

Pagrindiniai procesai, kuriuose dalyvauja apoptozė:

• Audinių ir organų formavimasis organizmo vystymosi metu

• Nervų ir imuninės sistemos veikla

• Ląstelių skaičiaus palaikymas audiniuose

• Žalingų ląstelių pašalinimas iš organizmo

Apoptozės ir kitų ląstelės mirties formų skirtumai. Esminis apoptozės ir nekrozės skirtumas yra ląstelės žūties sukeliami padariniai. Apoptozės būdu naikinamas ląsleles fagocitai suvirškina greičiau nei jų turinys pasklinda tarp ląstelių ir sukelia uždegiminį procesą. Apoptozės būdu ląstelės naikinamos po vieną, o likusioje audinio dalyje jų mirtis nesukelia matomų pokyčių.

Skirtingai nuo apoptozės, nekrozės būdu šalinamos ne pavienės ląstelės, o jų grupės, esančios audinio pažeidimo ar uždegimo srityje. Abi ląstelių mirties formos skiriasi morfologiškai. Nekrozės metu ląstelės didėja, išsipučia, plazminė membrana suyrą o ląstelės turinys patenka į tarpląstelinę erdvę. Todėl nnekrozė sukelia uždegiminį atsaką Žaizdai užgijus, sunkiai atsikuria diferencijuotas audinys, dažniausiai lieka jungiamojo audinio randai, kurie sudaro funkciniu požiūriu nevisavertes audinio sritis.

Ląstelės sunaikinimo apoptozės (1-6) ir nekrozės (7-8) būdais skirtumai. Normali ląstelė (1), apoptozės metu

ląsteles turinys ir jos branduolys sutankėja (2), ląstelė subyra į apoptozės kūnelius (3), apoptozės kūnelius

fagocituoja makrofagas (4), fagosomos. kuriose virškinamos apoptozės kūnelių liekanos (5.6): nekrozės melu

ląstelė brinksta, pažeidžiama jos plazminė membrana (7). ląstelės turinys patenka į tarpląstelinę erdvę (8).

Ląstelės tame pačiame audinyje vienu metu gali mini aabiem būdais. Dažnai dirgiklio stiprumas lemia mirties formą. Pavyzdžiui, smegenų išemijos metu židinio centre, kur pažeidimas stipresnis, vyksta nekrozė, o pakraštyje -apoptozė. Kepenis veikiant toksinais trumpą laiką, vyksta apoptozė, o ilgesnis to palies stiprumo poveikis sukelia plačią nekrozę. Nekrozės būdu dažnai šalinamos ląstelės, kurių pažaidos yra pernelyg didelės, kad galėtų vykti valdomi apoptozės procesai. Apoptozei vykti būtina energija (savitų iRNR ir baltymų sintezei, signalo perdavimo keliams), o išsekus energijai, vyksta nekrozė.

APOPTOZĖS EIGA SKiRSTOMA Į DVI FAZES:

1. SPRENDIMO FAZĖ: Ląstelės morfologija nekinta, tačiau perduodamas mirties signalas ir aktyvinami

apoptozės mechanizmai. Šios fazės trukmė skiriasi įvairiose ląstelėse ir gal trukti nuo kelių minučių iki kelių

dienų. Konkrečios ląstelės likimą lemia jos būsena – tarpląstelinių išgyvenimo veiksnių kiekis aplinkoje,

ląstelės fiziologiniai ir morfologiniai ypatumai. Sprendimo fazėje apoptozė dar galima sustabdyti (ląstelė

sprendžia Hamleto dilemą).

2. VYKDYMO FAZĖ: Pradeda veikti „mirties molekulės, kurias suaktyvinus, pradedama ląstelės sunaikinimo

negrįžtamų procesų grandinė, greitai išryškėja morfologiniai pokyčiai. Įvykdymo fazės trukmė (15-60 mm) ir

mechanizmas visose ląstelėse yra vienodi.

Pagrindinės mirties molekulės: proieazės. vadinamos KASPAZĖMIS.

Kaspazių aktyvinimą vykdo pačios kaspazės. Kaspazių aktyvinimo kaskada prasideda nuo iniciatoriniii (aktyvinančiųjų) kaspazių. Jos aktyvina kitas kaspazės, kurios dalyvauja įvairių substratų ardyme. Substratus bidrolizuojančios kaspazės vadinamos efektorirtėmis kaspazėmis, jos yra pagrindinės apoptozės „vykdytojos“.

Kaspazių aktyvinimo kaskada vyksta tam tikra seka: casp-8 ir casp-9 aktyvina casp-3,ši-casp-6 iir casp-2irt t.

Programuota ląstelės mirtis yra medijuojama proteolitine kaskada: kiekviena aktyvuota kaspazė aktyvuoja daugelį profermentų molekulių, sukeldamos didėjančią proteolitinę kaskadą, greitai suardančią ląstelę. Procesas nesustabdomas.

Apoptozės pažaidos

Pusiausvyros tarp ląstelių dalijimosi ir mirties reikšmė: 1) ląstelių kaupimasis, kai dalijimosi greitis per didelis 2) normalus audinys, kuriame abu procesai vyksta darniai audinio irimas, kai apoptozės greitis didesnis už ląstelių dalijimosi greitį

Daugialąstis organizmas normaliai gyvuoja tik esant pusiausvyrai tarp ląstelių dauginimosi ir jų mirties. Pažeidus pusiausvyrą, organizme sutrinka ląstelių kiekio valdymas. Dėl apoptozės sutrikimų susergama vėžiu ar degeneracinėmis ligomis.