Minas AlBaghdadi Doktorand Institutionen fr neurovetenskap Avdelningen fr

Minas Al-Baghdadi, Doktorand ---------------Institutionen för neurovetenskap Avdelningen för medicinsk utvecklingsbiologi Uppsala Universitet Cellens organeller och funktion Föreläsning Cellbiologi VT 2014 ---------------Minas. Al. Baghdadi@neuro. uu. se A 2: 2 018 471 4942 minas. al-baghdadi@neuro. uu. se

Cellen Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • är den funktionella och strukturella enheten i alla levande organismer. • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 2 http: //www. gettyimages. com/detail/BB 7957 -001/Stone

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

Exempel på olika celltyper Introduktion Cellmembran 3 Inuti och utanför 1 7 Cellkärnan • Nukleol • Kromatin 2 • Membran • Kärnporer 4 ER 8 • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer 5 6 1. 5. 2. 6. 3. 7. 4. 8 Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 4

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

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

Cellkärnan Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ü Cellens största organell ü Innehåller det mesta av cellens DNA i form av kromatin packat i kromosomer cellkärnan kromatin nukleol kärnpor Kärnhöljet ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett ü I cellkärnan syntetiseras DNA och RNA ü I nukleolen syntetiseras r. RNA och de ribosomala subenheterna sätts ihop r. ER ribosomer Cellkontakter Sammanfattning 7

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

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

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

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

Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 12 http: //www. ccs. k 12. in. us/chs. BS/kons/eukaryotic%20 cell/cytoplasm_and_its_associated_str. htm

Golgiapparaten en transportmaskin Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Figure 13 -25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning ü I Golgiapparaten modifieras, sorteras och transporteras proteiner som syntetiserats i r. ER ü Har tre delar: cis-, medial- och trans-Golgi 13

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

Sekretoriska delen Proteiner som ska till cellmembranet receptorer, jonkanaler, transportproteiner Blå och röda pilar Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan Proteiner som ska utsöndras från cellen hormoner, kollagen • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER Proteiner som ska till lysosomen • s. ER Golgiapparat Figure 13 -3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning 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 15

Endocytiska delen Vesiklar invagineras, bildar en ”clatrin coated pit” som släpper från cellmembranet. Gröna pilar Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Figure 13 -3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Kolesterol t ex inkorporeras i endosomer via receptormedierad endocytos 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 16

Lysosomen: cellens sophanteringssystem Introduktion ü Används för att bryta ner t ex uttjänta proteiner och organeller Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan ü Innehåller enzymer (hydrolaser) som bryter ner polymerer till monomerer • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER ü Har lågt p. H i lumen jämfört med cellen i övrigt • r. ER • s. ER Golgiapparat Denaturerar proteiner som ska brytas ner Transport Lysosomer Peroxisomer Minimerar skada om lysosomen går sönder Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Figure 13 -36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 17

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

Peroxisomen Introduktion ü Bryter ner fettsyror och avgiftar olika molekyler Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol ü Bildar inget ATP. Energin som bildas frigörs istället som värme • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Oxidaser – använder syre för att oxidera organiska ämnen. I processen bildas väteperoxid som biprodukt. Katalaser – bryter ner den skadliga väteperoxiden till syre och vatten ü Produkterna från oxideringen av fettsyror återanvänds bland annat i syntesen av kolesterol Cellkontakter Sammanfattning 19 http: //micro. magnet. fsu. edu/cells/peroxisomes/images/peroxisomesfigure 1. jpg

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

Endosymbiont-teorin Hur mitokondrier bildats Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol 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 • Kromatin • Membran • Kärnporer ER Anaerob preeukaryot cell Cellkärna Interna membran Tidig aerob eukaryot cell • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning Cellmembran Aerob prokaryot cell Membran från eukaryot cell Mitokondrie 21

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

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

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

Cellkontakter Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER 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. . . Introduktion Cellmembran Inuti och utanför Cellkärnan • Nukleol • Kromatin • Membran • Kärnporer ER • r. ER • s. ER Golgiapparat Transport Lysosomer Peroxisomer Mitokondrier Hud Magsäck Näthinna Cellskelett Cellkontakter Sammanfattning . . . vävnader bygger organ. . . organ bygger individer. . . 26

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

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

Minas Al-Baghdadi, Doktorand ---------------Institutionen för neurovetenskap Om det är något du undrar över. . . Avdelningen för medicinsk utvecklingsbiologi minas. al-baghdadi@neuro. uu. se Uppsala Universitet 471 4942 --------------- Korridor A 2: 2 29