Scale in the biological world

Transcript

1 Scale in the biological world

2 A cell seen by TEM

3 From living cells to atoms

4 Compartmentalisation in the cell: internal membranes and the cytosol

5 The Origin of mitochondria: The endosymbion hypothesis

6 The cytosol: more than just H2O RNAs Proteins Ribosomes

7

8

9

10

11

12 Fatty acids-lipids-membranes

13 The amino acid sequence

14 The polypeptide (protein) sequence

15 The structure of ATP

16 The general reaction by which a macromolecule is made

17 Macromolecules are abundant in cells

18 Protein folding and structure Non-covalent bonds specify the precise shape of a macromolecule (protein) Dogma: 3D folded state is a prerequisite of function

19 Non-covalent bonds allow the formation of macromolecular assemblies

20 How non covalent bonds mediate interactions between macromolecule

21 Living cells obey the laws of thermodynamics Living cells are NOT isolated systems: Cells take energy from the environment (chemicals ie foodstuffs or photons ie sunlight) to generate order ie assemblies In doing so, they dischagre HEAT to the environment This increases the total ENTROPY Energy conversion is vital for the cell Mitochondria biogenesis and function

22 Photosynthesis and respiration are complimentary processes in the living world

23 The Eukaryotic Cell

24 Compartment Main Function Cytosol contains many metabolic pathways (Chapters 3 and 4); protein synthesis (Chapter 7) Nucleus Endoplasmic reticulum (ER) Golgi apparatus Lysosomes Endosomes contains main genome (Chapter 8); DNA and RNA synthesis (Chapters 6 and 7) synthesis of most lipids (Chapter 11); synthesis of proteins for distribution to many organelles and to the plasma membrane (this chapter) modification, sorting, and packaging of proteins and lipids for either secretion or delivery to another organelle (this chapter) intracellular degradation (this chapter) sorting of endocytosed material (this chapter) Mitochondria ATP synthesis by oxidative phosphorylation (Chapter 13) Chloroplasts (in plant cells) Peroxisomes ATP synthesis and carbon fixation by photosynthesis (Chapter 13) oxidation of toxic molecules

25 Ο σχετικός όγκος των κυριοτέρων οργανιδίων σε ένα ηπατοκύτταρο Intracellular Compartment Percent of Total Cell Volume Approximate Number per Cell Cytosol 54 1 Mitochondria Endoplasmic reticulum 12 1 Nucleus 6 1 Golgi apparatus 3 1 Peroxisomes Lysosomes Endosomes 1 200

26 Νέα οργανίδια φτιάχνονται από προϋπάρχοντα οργανίδια Διαίρεση οργανιδίων κατά την κυτταρική διαίρεση Και Ανάπτυξη των μεμβρανών με την προμήθεια λιπιδίων και πρωτεϊνών ΠΡΟΒΛΗΜΑ : ΔΙΑΛΟΓΗ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ PROTEIN SORTING

27 Different ways to target proteins in the cell

28 Οι κυτταρικές μεμβράνες ως φραγμοί

29 Πολλαπλές λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

30 Οριοθέτηση διαμερισμάτων μέσα σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο

31 Η Λιπιδική διπλοστιβάδα ΕΜ Σχηματική αναπαράσταση

32 Ένα συνηθισμένο μεμβρανικό λιπίδιο

33 Τρεις τύποι λιπιδίων στις μεμβράνες Αμφιπαθή μόρια, με διαφορετικές υδρόφιλες κεφαλές φωσφοσερίνη υδροξυλομάδα γαλακτόζη

34 Εγκάρσια τομή μιας διπλοστιβάδας φωσφολιπιδίων

35 Η αναδίπλωση των Διπλοστιβάδων σε κλειστά διαμερίσματα ευνοείται θερμοδυναμικά

36 Σταθερές δομές λιπιδικής διπλοστιβάδας Λιποσώματα (25 nm 1 mm) Επίπεδη διπλοστιβάδα σε οπή

37 Η λιπιδική διπλοστιβάδα είναι ένα δισδιάστατο ρευστό πλευρική διάχυση εγκάρσια διάχυση περιστροφή

38 Η ρευστότητα της διπλοστιβάδας εξαρτάται από τη σύστασή της Π.χ. ο ρόλος της χοληστερόλης

39 Η λιπιδική διπλοστιβάδα είναι ασύμμετρη

40 Η ασυμμετρία της λιπιδικής διπλοστιβάδας δημιουργείται στο εσωτερικό του κυττάρου Α. Ρόλος των φλιπασσών Β. Εκβλάστηση και σύντηξη μεμβρανικών κυστιδίων

41 Οι λιπιδικές διπλοστιβάδες είναι αδιαπέραστες από διαλυτές ουσίες και ιόντα

42 Μεμβρανικές πρωτείνες Πρωτείνες αποτελούν περίπου 50% της μάζας της μεμβράνης Αριθμός μορίων λιπιδίων 50 φορές περισσότερο από πρωτείνες Παραδείγματα λειτουργιών μεμβρανικών πρωτεινών: μεταφορείς συνδέτες υποδοχείς ένζυμα

43 Παραδείγματα λειτουργιών μεμβρ. Πρωτεινών της κυτταρικής μεμβράνης Function al Class Protein Example Specific Function Transport ers Na + pump actively pumps Na + out of cells and K + in Linkers integrins link intracellular actin filaments to extracellular matrix proteins Receptors platelet-derived growth factor (PDGF) receptor binds extracellular PDGF and, as a consequence, generates intracellular signals that cause the cell to grow and divide Enzymes adenylate cyclase catalyzes the production of intracellular cyclic AMP in response to extracellular signals

44 Διαφορετικοί τρόποι σύνδεσης μεμβρανικών πρωτεινών με τη λιπιδική διπλοστιβάδα

45 Μια πολυπεπτιδική αλυσίδα διαπερνά τη διπλοστιβάδα συνήθως ως α-έλικα Σχηματισμός Διαμεμβρανικού υδρόφιλου πόρου από πολλές α-έλικες

46 Άλλες πρωτείνες διαπερνούν τη μεμβράνη μέσω β-πτυχωτού φύλλου Πορίνη της εξωτερικής μεμβράνης ενός βακτηρίου

47 Διαλυτοποίηση μεμβρανικών πρωτεινών με απορρυπαντικά Υδρόφοβο κομμάτι Υδρόφιλο κομμάτι

48 Μηχανισμός διαλυτοποίησης μεμβρανικών πρωτεινών με Triton X-100