Sejttan Mi a sejt Molnr Pter A sejt

Sejttan Mi a sejt? Molnár Péter

A sejt � A sejtbiológia a biológiának az a tudományterülete, amely a sejt szerkezeti felépítésével, a különféle sejtfolyamatokkal (sejtlégzés, anyagtranszport, fehérjeszintézis, sejthalál, stb. ), a sejtosztódással, stb. foglalkozik. � Schwann és Schleiden (1838, 1839) kimutatták, hogy (1) minden élőlény sejtekből áll, (2) és, hogy a sejt az élő anyag szerkezeti és funkcionális egysége. Virchow (1855) híres aforizmája egészítette ki a sejtelmélet tételeit, (3) mely szerint, egy sejt csak már létező sejtből keletkezhet, mégpedig osztódás révén. � Egy egyed sejtjei genetikailag azonosak, hiszen egyetlen sejtből, a zigótából keletkeznek, de funkcionálisan különbözhetnek (ennek oka az, hogy ugyanazok a gének az egyes sejttípusokban másként fejeződnek ki). A zuzmó esetében a genetikai azonosság nem áll fenn, hiszen ez az élőlény két faj (egy zöldmoszat és egy gomba) sejtjeiből áll. Tulajdonképpen, a magasabbrendű élőlények (például az ember) is különböző fajok sejtjeiből épülnek fel, hiszen sokféle baktérium, közte számunkra hasznos faj (például E. coli baktérium a bélben), található a testünkben. � Csíra elmélet - Pasteur kísérletei (1860 -as évek) igazolták, hogy élő csak élőből keletkezhet. Pasteur kimutatta, hogy ha felforralás után lezárjuk a húslevest tartalmazó lombikot, nem erjed meg a leves (mivel kívülről nem került be baktérium). http: //web. med. u-szeged. hu/mdbio/hun/anyagok/2013 -2014/I. felev/smge/1/7. %20 A%20 sejt-word. pdf 2/36

Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát. A szervezet részei és folyamatai úgy vannak elrendezve, illetve felépítve, hogy biztosítsák az élő rendszer fenntartását és reprodukcióját. (von Bertalanffy) Klasszikus életjelenségek: mozgás, táplálkozás, növekedés, szaporodás és ingerlékenység 3/36

Molekuláris sejtbiológia - Sass 4/36

Mi az élet? Az élet dinamikusan önfenntartó komplexitás. a dinamikus állandóság az összes biológiai szerveződési szint sajátja: molekulák, sejtek, egyedek. . . Az élet fenntartásához állandó energia átáramlás szükséges – minden élő nyílt rendszer (entrópia csökkenés? ) 5/36

Gánti: • Reális (abszolút) kritérium: minden élőlényben, élete minden pillanatában megvan • Potenciális kritérium: az élővilág fennmaradásához kell Abszolút kritériumok: inherens módon egység anyagcserét folytat inherensen stabil: a homeosztázis képessége információs alrendszerrel rendelkezik szabályozás, vezérlés Potenciális kritériumok: növekedés és szaporodás öröklődő változások halandóság 6/36

Az élet keletkezése Miller-Urey kísérlet Mélytengeri kürtők mentén? Bevezetés a prokarióták világába - Márialigeti 7/36

8/36

9/36

10/36

11/36

12/36

13/36

14/36

2. 4/1. táblázat. A taxonok hierarchikus rendszere egy Legionella törzs példáján Taxon Példa Birodalom (domén) Bacteria Törzs (phylum) Proteobacteria Osztály (classis) Alphaproteobacteria Rend (ordo) Legionellales Család (familia) Legionellaceae Nemzetség (genus) Legionella Faj (species) Legionella pneumophila Alfaj (subspecies) Legionella pneumophila subsp. pneumophila Törzs (strain) Legionella pneumophila subsp. pneumophila ATCC 33152 15/36

16/36

Márialigeti – 21. oldal 17/36

Prokarióta sejt – I. Gram-negatív baktérium sejtjének felépítése A bakteriális citoplazmát kívülről borító plazmamembránhoz (PM) kívülről csatlakozik az ún. "külső membrán" (CW), amit hagyományosan sejtfalnak neveznek. Ez azonban nem valódi sejtfal, hanem 1– 3 biológiai membránból álló külső burok, mely helyenként kapcsolatot – ún. kontakt helyet – képez a plazmamembránnal (nyílfejek). A kontakt helyeken történik a szekréciós fehérjék (főleg a környezetbe kibocsájtott ún. exoenzimek) leadása, és a külső membrán fehérjéinek célbajuttatása. A bakteriális citoplazma sűrűsége nagy, víztartalma minimális: molekuláris szerkezete nagymértékben rendezett. A sűrű szemcsézettséget a különböző multienzim komplexek és a riboszómák tömör elhelyezkedése okozza. A sejt szemcsementes középső régiójában található a prokariótákra jellemzően gyűrű alakú DNS-molekula. E régió a nukleoid (N), melynek metszetében láthatjuk a DNSfonalakat. (Escherichia coli; TEM) 18/36

Replikálódó prokarióta DNS Izolált, majd felületaktív anyag (detergens) segítségével hártyán kiterített replikálódó DNS-molekula képe Escherichia coliból. A baktériumot tríciummal jelzett timidint tartalmazó táptalajon tenyésztették. A DNS-molekulát a beépített radioaktivitás alapján elektronmikroszkópos autoradiográfia segítségével tették láthatóvá. A kép azt is demonstrálja, hogy a gyűrű alakú DNS-molekuláról 2 replikációs villában (nyilak) történik a két leánymolekula szintézise. (Escherichia coli; TEM) 19/36

Prokarióta sejt osztódása Baktérium (Escherichia coli) sejtjei osztódásuk befejező stádiumában. A viszonylag egyszerű felépítésű (Gram-negatív) baktériumsejtet két lipoprotein membrán: a plazmamembrán, és az ún. külső membrán burkolja. A sejtek közepén világos alapállományban tekergő sötét fonalak sokasága, vagyis a bakteriális DNS -molekula kölönböző metszetei láthatóak. Ez a DNS-t tartalmazó központi terület az ún. nukleoid. A nukleoid és a plazmamembrán közötti sötét, szemcsés réteg tartalmazza a baktériumok riboszómáit, az anyagcsereenzimek többségét és a raktározott tápanyagok szemcséit: ez a bakteriális citoplazma. A két sejt között az osztódási befűződés látható, melynek további fejlődése a sejtek teljes elválását eredményezi majd. (Escherichia coli; TEM) 20/36

Prokarióta sejt – II. Gram-pozitív baktérium sejtjének felépítése A bakteriális citoplazmát burkoló plazmamembránhoz kívülről lipopoliszacharid és peptidoglikán tartalmú sejtfal csatlakozik. A kép közepén hosszmetszetben látható megnyúlt (pálcika alakú) baktérium osztódik. A nukleoid megkettőződése, tehát a DNS replikáció is megtörtént már. A középsíkban megkezdődött az új harántsejtfal képződése. Az új sejtfal kívülről a sejt hossztengelye felé (centripetálisan) növekszik. A képen a növekvő sejtfalhoz a jobboldalon egy plazmamembrán-eredetű membránstruktúra, a mezoszóma csatlakozik (csillag). Az osztódó baktériumhoz – a kép bal alsó sarkában – az előző osztódásból származó nővére kapcsolódik harántsejtfalával. Körülöttük más baktériumsejtek keresztmetszetei láthatók. 21/36 (Bacillus subtilis; TEM)

Gram-pozitív baktérium mezoszómája A mezoszóma a plazmamembránból a bakteriális citoplazmába növekvő, anasztomizáló csövecskékből felépülő labirintus, mely megőrzi kontinuitását a plazmamembránnal (nyílfejek). Membránjai tartalmaznak DNS-kötőhelyet, és kapcsolatban állnak a nukleoiddal. Aerob baktériumokban a mezoszóma membránjai tartalmazzák az oxidatív foszforiláció fehérjekomplexeit. A képen Bacillus subtilis sejt ferde metszetén láthatjuk a plazmamembránnal mindkét oldalon folyamatos mezoszóma membránjait és a hozzá csatlakozó egyik nukleoidot. (Bacillus subtilis; TEM) 22/36

23/36

Cianobaktériumok leggyakoribb morfológiai csoportjai. 24/36

25/36

3. 4/3 A. ábra. A murein szerkezete és változatai a Staphylococcus aureus és Escherichia coli 26/36 esetén

A murein bioszintézisébe antibiotikumokkal be lehet avatkozni, hiszen az eukariótákban nem találunk mureint. Így elméletileg az ilyen antibiotikumok magasabb rendű szervezetek számára nem toxikusak, melyek közös szerkezeti jellemzője a βlaktám gyűrű (3. 4/5. ábra). A bakteriális sejtfal szintézisét gátló antibiotikumok közé tartoznak a β -laktám antibiotikumok (pl. a penicillin). 3. 4/3 B. ábra. A murein hálózatos szerkezete Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokban 27/36

28/36

29/36

30/36

Állati sejt modellje: mirigyhámsejt A képek mirigyhámsejt szerkezetét ábrázolják. A prokarióta sejttel szemben az eukarióta sejtre az jellemző, hogy belső tere különböző szerkezetű és funkciójú részterekre (kompartimentumokra) osztott. Más szóval: az eukarióta sejt nagymértékben kompartimentalizált rendszer. A két fő kompartimentum a sejtmag és a citoplazma, melyeket a maghártya különít el egymástól. A sejtmag a DNS-szintézis (replikáció) és az RNS-szintézis (transzkripció) helye, míg a polipeptidek szintézise (transzláció), módosítása és az anyagcsere többi folyamatai a citoplazmában zajlanak. A citoplazma önmaga is kompartimentumokra osztott, mivel membrán-organellumokat tartalmaz. Az azonos sejtszervecskék (organellumok) összességét szokás egy kompartimentumként felfogni. Ezen az alapon beszélhetünk pl. a mitokondriális, a lizoszomális, a peroxiszomális stb. kompartimentumokról. A képek az organellumok térbeliségét mutatják be. 1. / sejtmagplazma (karioplazma v. nukleoplazma); 2. / magvacska (nukleólusz); 3. / maghártya; 4. / maghártya pórusok; 5. / durva felszínű (granuláris) endoplazmatikus hálózat (DER) – a sejtmagban látható nyílhegy a durva felszínű endoplazmatikus retikulum (DER) és a maghártya külső membránjának átmenetére/folyamatosságára mutat; 6. / a DER membrán-kötött riboszómái; 7. / mitokondriumok; 8. / a Golgi-készülék (Golgi-komplexum) egy ciszternája; 9. / Golgi-vezikula; 10. / Golgi- (vagy kondenzáló) vakuóla; 11. / váladékgranulumok; 12. / és 13. / az exocitózis különböző fázisai: váladékszemcse kiürülése; 14. / lizoszóma; 15. / az egyik centriólum; 16. / mikrotubulus; 17. / a plazmamembrán (sejthártya); 18. / mikroboholy; 19. / szoros sejtkapcsolat (zonula occludens); 20. / pinocitotikus vezikulák – némelyiket keletkezése közben látjuk; 21. / dezmoszómák; 22. / alaplemez (lamina basalis); 23. / réskapcsolat. 31/36

Állati sejt – I. Embrionális máj fagyasztva metszett felszínének pásztázó elektronmikroszkópi képe ún. "mélymaratás" után. Az eljárás során a citoszól és az organellumok belsejének oldódó anyagait eltávolítják, az üregekből a vizet (jeget) elszublimáltatják. Így feltárul a sejt kompartimentalizált szerkezete. Középen a sejtmag (N) metszete, körülötte az endoplazmatikus retikulum (ER) párhuzamos lefutású ciszternái, mitokondriumok (M) és a Golgi-készülék (G) egy részlete, elsősorban a Golgi-vezikulák láthatóak. (Embrionális patkány, májsejt; mélymaratás – SEM) 32/36

33/36

Sejt felépítése: Sejtbiológia alapjai – 25. oldal 34/36