Interakce mezi buňkami a okolím Rostlinné tkáně Rostlinné buňky mají pevné vnější stěny * rostlinné buňky zbavené stěny jsou velmi křehké * absence intermediárních filament v cytoskeletu (jen u živočišných buněk) * vnější stěna je nezbytná Rostlinné buňky vytvářejí stěnu postupně * primární stěna: tenká, zvětšuje se s růstem buňky * sekundární stěna: pevná, tvoří se po zastavení růstu buňky ztlušťováním primární stěny nebo ukládáním nových vrstev s odlišným složením Vlákna celulózy udílejí rostlinné buněčné stěně pevnost v tahu Celulóza: * polysacharid * nejrozšířenější organická molekula na Zemi * vlákna celulózy jsou obvykle protkána s jiným polysacharidy a proteiny: vzniklá struktura má odolnost k tlaku a rozpínaní Primární stěna rostlinné buňky Ligninová síť * výskyt v ECM u dřevnatých pletiv * vysoká pevnost * neprostupnost pro vodu Vlákna extracelulární matrix ovlivňují směr růstu rostlinné buňky * potřeba růstu nebo změny tvaru rostlinné buňky x omezující účinek vláken matrix * orientace vláken matrix udává směr, kterým se buňka může zvětšovat * způsobem stavby své stěny buňka následně kontroluje svůj tvar a i směr růstu pletiva, jehož je součástí Tvorba celulózových vláken extracelulární matrix * odlišnost od většiny extracelulárních proteinů, kdy syntéza nastává uvnitř buňky, následuje export exocytózou * syntéza celulózy probíhá na vnějším povrchu buňky enzymovými komplexy zanořenými do plazmatické membrány * komplexy transportují sacharidové monomery přes membránu a začleňují ji do rostoucího řetězce * komplexy se při syntéze pohybují membránou: tvorba orientované celulózové fibrily * dráhy pohybu komplexů jsou definovány orientací mikrotubulů pod plazmatickou membránou: cytoskelet reguluje tvarování rostlinné buňky Živočišné tkáně Živočišné tkáně Buněčný plášť ("glycocalyx") Mimobuněčná matrix Interakce s matrix je pro buňky důležitá Matrix kolem produkční buňky znemožňuje přímý kontakt s okolními buňkami Živočišná ECM zajišťuje: * interakce buňka-buňka * interakce buňka-ECM * tvorbu mimobuněčných přepážek v tkáních Typy matrix: reflektují funkci, kterou musí plnit: * pevnost -- šlachy * filtrace -- ledviny * pevnost a pružnost - hladké svalstvo obklopující cévy * různé vlastnosti plynou z kombinací jejich základních strukturních složek -- vláknitého proteinu kolagenu, kyseliny hyaluronové a proteoglykanů (=komplexů polysacharidů s proteiny) * vlastnosti matrix spoluurčují rovněž různé další proteiny, které se na matrix napojují svými receptory Různé tkáně obsahují různé typy matrix - epiteliální nebo svalové buňky jsou prostřednictvím povrchových receptorů ukotveny do tenké matrix zvané bazální lamina (hlavní složkou je kolagen uspořádaný do síťoviny) - jiným typem matrix je volná konektivní tkáň -- vytváří prostředí pro malé žlázy a krevní kapiláry (hlavní složkou jsou vláknité kolageny a pružné elastiny), obsahuje mnoho buněk (fibroblasty, lymfocyty), zajišťuje difúzi O2 a živin do buněk epitelií a žlaz - pevná konektivní tkáň -- hlavní složka orgánů zajišťujících pevnost a pružnost - kosti, chrupavky, šlachy. Skládá se výhradně z vláknitých složek (hustě uspořádané vláknité kolageny, proteoglykany, elastiny), obsahuje velmi málo buněk Bazální lamina vrstva o tloušťce 50-200 nm obklopující svalové a tukové buňky a poskytující podklad epiteliálním tkáním (kůže, výstelka trávicího a dýchacího ústrojí a krevních vlásečnic) Matrix konektivních tkání: Kolageny * rodina nerozpustných vláknitých glykoproteinů (dosud popsáno 15 typů, specifická lokalizace každého z nich) * nejhojnější protein v živočišných tkáních (více než 25% všech lidských proteinů) * hlavní strukturní protein mimobuněčné matrix * produkován fibroblasty a epiteliálními buňkami * tkáním poskytuje odolnost proti natažení Struktura kolagenu * trojšroubovice tvořená třemi řetězci , které mohou (ale nemusí vždy) být identické * na jednu otáčku trojšroubovice připadají 3 aminokyseliny * každou třetí aminokyselinou je glycin * kolageny jsou bohaté na zbytky prolinu a hydroxyprolinu * vodíkové vazby mezi skupinami NH glycinů a karbonylovými skupinami CO sousedních polypeptidů trojšroubovici stabilizují Existuje mnoho typů kolagenu Trojšroubovice kolagenu typu I Kovalentní vazby mezi N-koncem jedné molekuly a C-koncem druhé molekuly stabilizují strukturu vláken kolagenu Tvorba kolagenové šroubovice 1. tvorba delších prekurzorů -- prokolagenů * prokolagen typu I tvoří trojšroubovici, která obsahuje 150 přídatných AA na N-konci a 250 na C-konci (tzv. propeptid) * u zralého kolagenu I nejsou disulfidické můstky, ale u koncových propeptidů ano * tvorba disulfidických můstků u C-koncových propeptidů napomáhá správnému sestavení řetězců během jejich tvorby a následnému rychlému uzavření trojšroubovice 2. proces sestavování vlákem kolagenu začíná v ER, pokračuje v Golgiho aparátu a je dokončen vně buňky Poruchy struktury kolagenu Absence kolagenázy: hyperplastická kůže Laminin ("multiadhesive matrix protein") Laminin ("multiadhesive matrix protein") Struktura lamininu a vazebná místa Laminin je zapojen do interakce např. buněk kosterního svalstva a ECM "Duchenne muscular dystrophy" -- důsledek narušené interakce ECM- cytoskelet Fibronektin - "multiadhezivní" protein ECM vyskytující se u všech obratlovců - běžný v krevním systému, konektivních tkáních a bazální lamině Struktura: - dimer dvou podobných peptidů spojených disulfidovými můstky na C-koncích - popsáno alespoň 20 izoforem fibronektinu, tvorba alternativním sestřihem transkriptu jediného genu - každý řetězec je složen ze 6 domén s odlišnými vazebnými vlastnostmi - obsahuje vazebná místa pro buněčné povrchové receptory, kolagen, fibrin, proteoglykany Fibronektin Funkce: - zajištění dotyku buněk k různým složkám ECM (kolageny, heparan sulfát) - zajištění dotyku buněk k jiným buňkám (integriny) - účast na určení tvaru buněk a organizaci cytoskeletu - podíl na regulaci migrace a diferenciace buněk během embryogeneze - účast na procesech hojení (usnadňuje migraci makrofágů a dalších buněk imunitního systému do oblasti poranění, podíl na iniciaci srážení krve) - myši postrádající funkční gen kódující fibronektin nepřežívají ranou embryogenezi! - umožňuje adhezi buněk na povrch kultivačních misek (absence fibronektinu na povrchu rakovinných buněk adhezi oslabuje) Mimobuněčný fibronektin je spojen s cytoskeletem buňky prostřednictvím spojovacích proteinů (receptor pro fibronektin, vinkulin, talin) Kolageny a proteoglykany Rodina proteoglykanů obsahujících heparan sulfát Schema struktury syndekanu - proteoglykanu obsahujícího heparan sulfát