Cellens organeller och funktion Minas Al-Baghdadi, Doktorand Institutionen för neurovetenskap Avdelningen för medicinsk utvecklingsbiologi Uppsala Universitet Minas.Al- A2: Föreläsning Cellbiologi VT2014

Cellen är den funktionella och strukturella enheten i alla levande organismer. Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 2

Hur många olika celltyper har vi? Mellan 200 – 300 celltyper totalt 100 tusen miljarder celler Vävnad en samling celler som har liknande uppgifter Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Lysosomer Transport Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 3

Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Exempel på olika celltyper

Cellmembranet Skiljer cellens insida från utsidan Uppbyggt av membranlipider som bildar ett bilager Fungerar som en permeabilitetsbarriär Innehåller också: Transportproteiner och jonkanaler Proteiner som fäster till extracellulär matrix och cellskelettet Receptorer mm Extracellulärt Intracellulärt Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 5 Figure 10-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Inuti och utanför... Cytoplasma Det som finns innanför cellmembranet men utanför cellkärnan Här sker det mesta av cellens aktiviteter Extracellulär matrix Ett komplext nätverk av polysackarider och fibrösa proteiner Utsöndras lokalt från cellerna Figure 19-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 12-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) fria ribosomer cellmembran cellkärna rER mitokondrie golgiapparat Epitel Bind- väv Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 6

Cellkärnan Cellens största organell Innehåller det mesta av cellens DNA i form av kromatin packat i kromosomer I cellkärnan syntetiseras DNA och RNA I nukleolen syntetiseras rRNA och de ribosomala subenheterna sätts ihop cellkärnan kromatin nukleol rER ribosomer Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Kärn- höljet kärnpor 7

Kärnhöljet: en del av det granulära ER Figure 12-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Kärnhöljet Yttre kärn- membranet Kärnlamina Kärnpor Perinukleära utrymmet Kärnlamina binder DNA och bildar ett nätverk på insidan av kärnhöljet som ger cellkärnan dess form. Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 8 Inre kärn- membranet

Figure 12-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Kärnporer transport in och ut ur cellkärnan Yttre kärn- membranet Inre kärnmembranet Kanaler som löper genom kärnhöljet Kärnporkomplexet är en åttakantig struktur som byggs upp av nukleoporiner Har en central vattenfylld kanal Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Stora proteiner transporteras aktivt genom poren med hjälp av transportproteiner Kärnhöljet Kärnporkomplexet

Figure 12-36c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Endoplasmatiska retikulet - ER Det finns två typer av ER Glatt ER (sER; smooth) Har inga ribosomer på ytan Här syntetiseras fosfolipider och fettsyror Avgiftning av till exempel bekämpningsmedel och cancerframkallande ämnen Granulärt ER (rER; rough) Har cytoplasmatiska ribosomer bundna på ytan Är involverad i proteinsyntes, modifiering och transport Fria ribosomer Bundna ribosomer Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 10

Ribosomer på rER tillverkar proteiner De nytillverkade proteinerna slussas in i ER för vidare modifieringar och transport Proteinernas slutdestination är till membranen, lysosomen eller för utsöndring Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 11

Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 12

Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Golgiapparaten en transportmaskin I Golgiapparaten modifieras, sorteras och transporteras proteiner som syntetiserats i rER Har tre delar: cis-, medial- och trans-Golgi Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 13

Figure 13-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Det intracellulära transportsystemet Har två delar: 1.Sekretoriska delen – från rER till Golgi och vidare 2.Endocytiska delen – från utsidan av cellen och in Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 14

Figure 13-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Sekretoriska delen Tre sätt att transportera proteiner från Golgi vidare: 1.Vesiklar från Golgi fuserar med cellmembranet – exocytos 2.Sekretoriska vesiklar behålls i cellen till den får en signal 3.Via endosom till lysosom Blå och röda pilar Proteiner som ska till cellmembranet receptorer, jonkanaler, transportproteiner Proteiner som ska utsöndras från cellen hormoner, kollagen Proteiner som ska till lysosomen Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 15

Figure 13-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Endocytiska delen Internaliserar membranlipider och associerade lösliga molekyler från cellens utsida till cellen insida Reglerar interaktionen mellan cellen och dess omgivning Materialet i vesiklarna sorteras via endosomerna till lysosomen, tillbaka till cellmembranet eller till trans-Golgi Gröna pilar Vesiklar invagineras, bildar en ”clatrin coated pit” som släpper från cellmembranet. Kolesterol t ex inkorporeras i endosomer via receptor- medierad endocytos Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 16

Lysosomen: cellens sophanteringssystem Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Används för att bryta ner t ex uttjänta proteiner och organeller Innehåller enzymer (hydrolaser) som bryter ner polymerer till monomerer Har lågt pH i lumen jämfört med cellen i övrigt Denaturerar proteiner som ska brytas ner Minimerar skada om lysosomen går sönder Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 17

3 sätt att flytta material till lysosomen 1. Endocytos Cellen tar upp material från utsidan 2. Fagocytos Stora olösliga partiklar omgärdas av cellmembranet 3. Autofagi Cellen ”äter upp” uttjänta organeller eller delar av cytosolen Peroxisom fragment Mitokondrie fragment Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 18

Peroxisomen Bryter ner fettsyror och avgiftar olika molekyler Bildar inget ATP. Energin som bildas frigörs istället som värme Oxidaser – använder syre för att oxidera organiska ämnen. I processen bildas väteperoxid som biprodukt. Katalaser – bryter ner den skadliga väteperoxiden till syre och vatten Produkterna från oxideringen av fettsyror återanvänds bland annat i syntesen av kolesterol Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 19

Mitokondrien: cellens kraftverk Producerar ATP genom oxidation av glukos och fettsyror Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 20

Endosymbiont-teorin Hur mitokondrier bildats Aerob prokaryot cell Mitokondrie Membran från eukaryot cell Cellkärna Anaerob pre- eukaryot cell Tidig aerob eukaryot cell Interna membran Skiljer sig från andra organeller genom att ha eget DNA och biosyntesmaskineri DNA koden är annorlunda än den standardkod som eukaryota celler i allmänhet använder Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 21 Cellmembran

Cellskelettet – ett dynamiskt nätverk Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 22

Cellskelettet – är uppbyggt av... Aktinfilament Muskelkontraktion Cellmembranet Cellrörelser Mikrovilli Tubulin Celldelning Organell transport Kromosomrörelser Cilier, flageller Vävnadsspecifika Cellform Kärnlamina Struktur Support Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 23

Transport Mitotisk spindel Cilier Flageller Cellens form Cellrörelse Cellskelettet är viktigt för... Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 24

Cellkontakter Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Blockerande – tight junctions Förankrande – adherence, desmosom, hemidesmosom Kanalbildande – gap junctions 25

Nätverk av celler bygger upp vävnader... Hud Magsäck Näthinna Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning... vävnader bygger organ... organ bygger individer... 26

Sammanfattning Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Allt levande är gjort av celler... Alger Sjöborrar Träd Människor Möss Variationerna är stora på utsidan men på insidan är de alla fundamentalt mycket lika... 27

Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Nukleol Kromatin Membran Kärnporer ER rER sER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Sammanfattning Figure 1-30 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008) 28

Om det är något du undrar över... Minas Al-Baghdadi, Doktorand Institutionen för neurovetenskap Avdelningen för medicinsk utvecklingsbiologi Uppsala Universitet Korridor A2:2 29