Informatie

Waarom zijn sommige organellen (zoals ER en Golgi-complex) niet zichtbaar onder de microscoop tijdens celdeling?


Ik heb onlangs in een boek gelezen dat organellen zoals ER (endoplasmatisch reticulum) en Golgi Complex niet kunnen worden gezien onder een samengestelde microscoop tijdens celdeling. Waarom gebeurt dit en waar gaan de organellen in die tijd naartoe?


Wanneer een cel het proces van celdeling ondergaat, zijn er structuren bekend als spoelvezels die nodig zijn om de chromosomen naar de polen van de cel te trekken, zodat deze tijdens de deling goed in de cellen kunnen worden gescheiden. Deze spoelvezels zijn gemaakt van microtubuli die eiwitmoleculen zijn die het cytoskelet van een cel vormen. Endoplasmatisch reticulum en Golgi-apparaat bieden ook veel ondersteuning aan de cellen. Ook het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat zijn de plaatsen waar de meeste eiwitten worden gevormd. Tijdens de celdeling vallen deze twee organellen uiteen om eiwitten te verschaffen voor de vorming van microtubuli en om de ondersteuning van de cel te verminderen, zodat de deling van de cel relatief gemakkelijker is. Ook wordt tijdens de celdeling alles gelijk verdeeld tussen de twee dochtercellen, dus ER- en Golgi-lichamen desintegreren zodat ze gelijkelijk kunnen worden verdeeld in de twee dochtercellen. Ook is de nucleaire envelop de voortzetting van het endoplasmatisch reticulum. Vandaar dat endoplasmatisch reticulum desintegreert met de nucleaire envelop.

Hier heb ik een aantal mogelijke redenen voor uw vraag gegeven.

U kunt de biologie van Raven raadplegen voor meer informatie.


Golgi-apparaat

Onze redacteuren zullen beoordelen wat je hebt ingediend en bepalen of het artikel moet worden herzien.

Golgi-apparaat, ook wel genoemd Golgi complex of Golgi lichaam, membraangebonden organel van eukaryote cellen (cellen met duidelijk gedefinieerde kernen) dat bestaat uit een reeks afgeplatte, gestapelde zakjes die cisternae worden genoemd. Het Golgi-apparaat is verantwoordelijk voor het transporteren, wijzigen en verpakken van eiwitten en lipiden in blaasjes voor levering aan gerichte bestemmingen. Het bevindt zich in het cytoplasma naast het endoplasmatisch reticulum en in de buurt van de celkern. Hoewel veel soorten cellen slechts één of meerdere Golgi-apparaten bevatten, kunnen plantencellen honderden bevatten.

Wat is het Golgi-apparaat?

Het Golgi-apparaat, ook wel Golgi-complex of Golgi-lichaam genoemd, is een membraangebonden organel dat wordt aangetroffen in eukaryote cellen (cellen met duidelijk gedefinieerde kernen) en bestaat uit een reeks afgeplatte gestapelde zakjes die cisternae worden genoemd. Het bevindt zich in het cytoplasma naast het endoplasmatisch reticulum en in de buurt van de celkern. Hoewel veel soorten cellen slechts één of meerdere Golgi-apparaten bevatten, kunnen plantencellen honderden bevatten.

Het Golgi-apparaat is verantwoordelijk voor het transporteren, wijzigen en verpakken van eiwitten en lipiden in blaasjes voor levering aan gerichte bestemmingen. Terwijl de secretoire eiwitten door het Golgi-apparaat bewegen, kunnen een aantal chemische modificaties plaatsvinden. Belangrijk hierbij is de wijziging van koolhydraatgroepen. Ook in de Golgi of secretoire blaasjes bevinden zich proteasen die veel secretoire eiwitten op specifieke aminozuurposities knippen.

Hoe werd het Golgi-apparaat ontdekt?

Het Golgi-apparaat werd in 1897 waargenomen door de Italiaanse cytoloog Camillo Golgi. In Golgi's vroege studies van zenuwweefsel, ontwikkelde hij een kleurtechniek die hij noemde: reazione nera, wat tegenwoordig "zwarte reactie" betekent, staat bekend als de Golgi-vlek. Bij deze techniek wordt zenuwweefsel gefixeerd met kaliumdichromaat en vervolgens overgoten met zilvernitraat. Bij het onderzoeken van neuronen die hij kleurde met zijn zwarte reactie, identificeerde Golgi een 'intern reticulair apparaat'. Deze structuur werd bekend als het Golgi-apparaat, hoewel sommige wetenschappers zich afvroegen of de structuur echt was en de vondst toeschreven aan vrij zwevende deeltjes van Golgi's metaalvlek. Maar in de jaren vijftig, toen de elektronenmicroscoop in gebruik werd genomen, werd het bestaan ​​van het Golgi-apparaat bevestigd.

Hoe is het Golgi-apparaat opgebouwd?

Over het algemeen bestaat het Golgi-apparaat uit ongeveer vier tot acht cisternae, hoewel het in sommige eencellige organismen uit wel 60 cisternae kan bestaan. De cisternae worden bij elkaar gehouden door matrixeiwitten en het hele Golgi-apparaat wordt ondersteund door cytoplasmatische microtubuli. Het apparaat heeft drie primaire compartimenten, algemeen bekend als "cis", "mediaal" en "trans". Het cis Golgi-netwerk en het trans Golgi-netwerk, die bestaan ​​uit de buitenste cisternae aan de cis- en trans-vlakken, zijn structureel gepolariseerd. Het cis-vlak ligt nabij het overgangsgebied van het ruwe endoplasmatisch reticulum, terwijl het trans-vlak nabij het celmembraan ligt. Deze twee netwerken zijn verantwoordelijk voor de essentiële taak van het sorteren van eiwitten en lipiden die worden ontvangen (aan het cis-vlak) of afgegeven (aan het trans-vlak) door het organel. De cis-vlakmembranen zijn over het algemeen dunner dan de andere.

Over het algemeen bestaat het Golgi-apparaat uit ongeveer vier tot acht cisternae, hoewel het in sommige eencellige organismen uit wel 60 cisternae kan bestaan. De cisternae worden bij elkaar gehouden door matrixeiwitten en het hele Golgi-apparaat wordt ondersteund door cytoplasmatische microtubuli. Het apparaat heeft drie primaire compartimenten, algemeen bekend als "cis" (cisternae die zich het dichtst bij het endoplasmatisch reticulum bevindt), "mediaal" (centrale lagen van cisternae) en "trans" (cisternae die het verst verwijderd is van het endoplasmatisch reticulum). Twee netwerken, het cis Golgi-netwerk en het trans Golgi-netwerk, die bestaan ​​uit de buitenste cisternae aan de cis- en trans-vlakken, zijn verantwoordelijk voor de essentiële taak van het sorteren van eiwitten en lipiden die worden ontvangen (aan de cis-kant) of vrijgegeven (aan het trans-gezicht) door het organel.

De eiwitten en lipiden die aan het cis-vlak worden ontvangen, komen aan in clusters van gefuseerde blaasjes. Deze gefuseerde blaasjes migreren langs microtubuli door een speciaal transportcompartiment, het vesiculaire-buisvormige cluster genaamd, dat tussen het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat ligt. Wanneer een blaasjescluster versmelt met het cis-membraan, wordt de inhoud afgeleverd in het lumen van de cis-face-cisterna. Naarmate eiwitten en lipiden van het cis-vlak naar het trans-vlak gaan, worden ze gemodificeerd tot functionele moleculen en worden ze gemarkeerd voor levering aan specifieke intracellulaire of extracellulaire locaties. Sommige modificaties hebben betrekking op splitsing van oligosacharidezijketens gevolgd door aanhechting van verschillende suikergroepen in plaats van de zijketen. Andere modificaties kunnen de toevoeging van vetzuren of fosfaatgroepen (fosforylering) of de verwijdering van monosachariden inhouden. De verschillende enzymgestuurde modificatiereacties zijn specifiek voor de compartimenten van het Golgi-apparaat. De verwijdering van mannose-resten vindt bijvoorbeeld voornamelijk plaats in de cis- en mediale cisternae, terwijl de toevoeging van galactose of sulfaat voornamelijk in de trans-cisternen plaatsvindt. In de laatste fase van transport door het Golgi-apparaat worden gemodificeerde eiwitten en lipiden gesorteerd in het trans Golgi-netwerk en verpakt in blaasjes aan de transzijde. Deze blaasjes brengen de moleculen vervolgens naar hun doelbestemmingen, zoals lysosomen of het celmembraan. Sommige moleculen, waaronder bepaalde oplosbare eiwitten en secretoire eiwitten, worden in blaasjes naar het celmembraan vervoerd voor exocytose (afgifte in de extracellulaire omgeving). De exocytose van secretoire eiwitten kan worden gereguleerd, waarbij een ligand moet binden aan een receptor om vesikelfusie en eiwitsecretie op gang te brengen.

De manier waarop eiwitten en lipiden van het cis-gezicht naar het trans-gezicht gaan, is een kwestie van debat, en tegenwoordig bestaan ​​er meerdere modellen, met heel verschillende percepties van het Golgi-apparaat, die wedijveren om deze beweging te verklaren. Het vesiculaire transportmodel komt bijvoorbeeld voort uit eerste onderzoeken die blaasjes identificeerden in verband met het Golgi-apparaat. Dit model is gebaseerd op het idee dat blaasjes afsterven en samensmelten tot cisternae-membranen, waardoor het verplaatsen van moleculen van de ene cisterna naar de volgende ontluikende blaasjes ook kan worden gebruikt om moleculen terug naar het endoplasmatisch reticulum te transporteren. Een essentieel element van dit model is dat de cisternae zelf stationair zijn. Het cisternale rijpingsmodel daarentegen toont het Golgi-apparaat als een veel dynamischer organel dan het vesiculaire transportmodel. Het cisternale rijpingsmodel geeft aan dat cis-cisternae naar voren bewegen en rijpen tot trans-cisternen, waarbij nieuwe cis-cisternae worden gevormd door de fusie van blaasjes aan het cis-vlak. In dit model worden blaasjes gevormd, maar deze worden alleen gebruikt om moleculen terug naar het endoplasmatisch reticulum te transporteren. Andere voorbeelden van modellen om de beweging van eiwitten en lipiden door het Golgi-apparaat te verklaren, zijn het snelle partitiemodel, waarin het Golgi-apparaat wordt opgedeeld in afzonderlijk functionerende compartimenten (bijv. verwerkings- versus exportregio's), en de stabiele compartimenten als cisternale voorlopers model, waarin compartimenten binnen het Golgi-apparaat worden beschouwd als gedefinieerd door Rab-eiwitten.

Het Golgi-apparaat werd in 1897 waargenomen door de Italiaanse cytoloog Camillo Golgi. In Golgi's vroege studies van zenuwweefsel had hij een kleurtechniek ontwikkeld die hij noemde: reazione nera, wat tegenwoordig "zwarte reactie" betekent, staat bekend als de Golgi-vlek. Bij deze techniek wordt zenuwweefsel gefixeerd met kaliumdichromaat en vervolgens overgoten met zilvernitraat. Tijdens het onderzoeken van neuronen die Golgi kleurde met zijn zwarte reactie, identificeerde hij een 'intern reticulair apparaat'. Deze structuur werd bekend als het Golgi-apparaat, hoewel sommige wetenschappers zich afvroegen of de structuur echt was en de vondst toeschreven aan vrij zwevende deeltjes van Golgi's metaalvlek. Maar in de jaren vijftig, toen de elektronenmicroscoop in gebruik werd genomen, werd het bestaan ​​van het Golgi-apparaat bevestigd.


Fun Golgi-apparaat Feiten

  • Golgi-apparaat is ook bekend onder andere namen, waaronder: Golgi Body en Golgi Complex. De meesten geven er gewoon de voorkeur aan om het gewoon "Golgi" te noemen. Vanwege de ongebruikelijke aard van de Golgi in plantencellen, wordt het bij het verwijzen naar dat specifieke type "Dictyosomen" genoemd.
  • De wetenschap gebruikt vaak transportwoorden als het over de ER en de Golgi gaat. Dit omvat zowel "dockingstation" als toezicht- of managementwoorden zoals "chaperone".
  • De enzymatische reacties die plaatsvinden in de Golgi zijn eigenlijk in de buurt van het membraanoppervlak waar verankerde enzymen zijn.
  • De Golgi regelt ook de lysosoomproductie die het spijsverteringsstelsel van de cel vormt.
  • Tijdens mitose, alleen in dierlijke cellen, zal de Golgi desintegreren en zich vervolgens opnieuw vormen tijdens de telofase.
  • Toen Camillo Golgi het Golgi-apparaat ontdekte, dachten zijn wetenschappelijke vrienden dat hij een optische illusie had.

Celverdeling

Celdeling is het proces waarbij de cel zichzelf verdubbelt om dochtercellen te vormen. Er zijn 3 verschillende soorten celdelingen die zowel bij eukaryoten als prokaryoten worden gezien, namelijk: amitose, mitose en meiose.

Amitose – Celdeling

Amitose is de deling van de kern zonder enig bewijs van chromosomen. Het wordt ook wel de directe celdeling genoemd.

Het is een soort ongeslachtelijke voortplanting die vooral wordt gezien bij eencellige organismen zoals bacteriën, protozoa enz. Deze vermenigvuldigingsmethode wordt ook gezien bij de groei van foetale membranen van enkele gewervelde dieren.

Bij amitose splitst de kern zich eerst en vervolgens vernauwt het cytoplasma.

Nucleus verlengt dan neemt de vorm van de halter. De depressie neemt verder toe en uiteindelijk wordt de kern in tweeën gesneden.

Na de deling van de kern vindt vernauwing van het cytoplasma plaats die de cel in twee dochtercellen verdeelt.

Paramecium, cellen van zoogdierkraakbeen en degenererende cellen van hogere planten zijn enkele voorbeelden van amitose.

Celdeling met amitose veroorzaakt echter een ongelijke verdeling van chromosomen, of kan zelfs leiden tot afwijkingen in de voortplanting en het metabolisme.

Mitose – Celdeling

De celcyclus is verdeeld in vier fasen. Het zijn – G1-fase, S-fase, G2-fase en M-fase. G1-, S- en G2-fasen worden samen de interfase genoemd.

Het begint direct na de vorige M-fase. Hier beginnen de dochtercellen van de vorige M-fase met de G1-fase.

De G1-fase is een rustfase en wordt de eerste gap-fase genoemd. De cellen zijn echter niet in rust. Het wordt de eerste gap-fase genoemd omdat er geen actieve DNA-synthese plaatsvindt.

G1 wordt nu de eerste groeifase genoemd omdat het de synthese van andere componenten van de cel omvat, zoals RNA (ribose-nucleïnezuur), membranen en eiwitten die leiden tot de groei van het cytoplasma en de kern van de dochtercellen om hun rijpe maat.

In deze fase is het chromatine volledig uitgerekt en kan het onder een lichtmicroscoop niet worden onderscheiden als afzonderlijke chromosomen.

In deze fase staat het normale celmetabolisme centraal. Het omvat transcriptie van drie soorten RNA: – tRNA, mRNA en rRNA.

Eiwitten die in deze fase worden gesynthetiseerd, zijn de regulerende eiwitten die verschillende gebeurtenissen van mitose regelen en de enzymen zoals DNA-polymerase die belangrijk zijn voor de synthese van DNA in de volgende fase, worden ook gesynthetiseerd in de G1-fase.

De duur van de G1-fase is verschillend voor verschillende cellen. Het kan bijna 30 tot 50% van de totale tijd van de celcyclus in beslag nemen of het kan helemaal niet voorkomen, bijvoorbeeld in snel delende blastomeren van kikkers en zoogdieren.

Veel checkpoints controleren deze fase. Een controlepunt genaamd Restrictiepunt bepaalt of een cel zijn reis van celcyclus voortzet, sterft of de G0-fase binnengaat.

Gebrek aan voeding, gebrek aan groeifactoren en het onvermogen van de cellen om metabolische veranderingen te ondergaan, zijn enkele van de redenen waarom cellen in de G1-fase worden gestopt.

Eiwitten zoals kinasen en cyclinen zijn cruciaal voor de celcyclus. Cyclines bepalen of een cel zich moet delen of niet.

Terminaal gedifferentieerde cellen of eindcellen die niet het vermogen hebben om zich verder te delen, zoals neuronen en dwarsgestreepte spiercellen of willekeurige spiercellen, worden in deze G1-fase gestopt. Dit type G1-fase wordt over het algemeen de G0-fase genoemd.

Opgemerkt moet worden dat deze cellen soms wel delen, maar de frequentie van de deling is veel minder dan bij normale cellen.

Het wordt ook wel de rustfase genoemd. Het betekent niet dat de cel niet groeit. De cel groeit maar heeft een verminderde synthesesnelheid van RNA en eiwitten. De cellen zijn zelfs niet slapend of inactief.

Wist je dat de kloon Dolly is ontwikkeld met behulp van G0-cellen van borstklieren van een schaap? De kern van deze G0-cel werd gebruikt om te fuseren met het cytoplasma van het ontvangende ei. Dit leidde tot de ontwikkeling van Dolly, het allereerste gekloonde dier ter wereld.

In deze fase vindt de synthese van DNA en histoneiwitten plaats. Histonen zijn in grote hoeveelheden nodig om nucleosomen van nieuw DNA te synthetiseren.

Dus aan het einde van de S-fase wordt het DNA met succes verdubbeld.

S-fase duurt tot 35 tot 40% van de tijd van de celcyclus.

Het wordt de tweede spleetfase of groeifase of tweede rustfase van de interfase genoemd.

Tijdens deze fase gaan de activiteiten van de G1-fase door, d.w.z. de synthese van membranen, RNA, eiwitten enz. die belangrijk zijn voor de groei van de cel.

Een van de belangrijkste eiwitten die in de G2-fase wordt gesynthetiseerd, is de Maturation Promoting Factor (MPF). Het condenseert de chromosomen tot de mitotische vorm.

Het duurt ongeveer 10 tot 20% van de totale tijd van de celcyclus.

De kenmerken die kenmerkend zijn voor interfase zijn als volgt:

  • De nucleaire envelop blijft hetzelfde.
  • Chromosomen zijn aanwezig in de vorm van lange, opgerolde onduidelijk zichtbare chromatinevezels.
  • DNA hoeveelheid verdubbelt.
  • De grootte van de nucleolus neemt aanzienlijk toe door de ophoping van rRNA en ribosomale eiwitten in de nucleolus.
  • Het aantal centriolen neemt toe van één paar tot twee paren in dierlijke cellen.
  • De synthese van membranen neemt toe tijdens de G2-fase. Het extra materiaal van het membraan wordt als bubbels opgeslagen op het oppervlak van de cellen die op het punt staan ​​te worden verdeeld.

Betekenis van mitose:

  • Helpt bij het handhaven van de grootte van de cel.
  • Helpt bij het handhaven van de hoeveelheid DNA en RNA in de cel.
  • Helpt door de mogelijkheid te bieden om te groeien voor organen en lichaam van het organisme
  • Oude en rottende cellen worden vervangen door nieuwe en jonge cellen.
  • In enkele organismen is mitose ook betrokken bij ongeslachtelijke voortplanting.
  • Geslachtscellen zijn ook afhankelijk van mitose voor de toename van hun aantal.

Meiose – Celcyclus

De term Meiose werd bedacht door J.B. Farmer in het jaar 1905. Meiose betekent 'verminderen' of 'verminderen'. Meiose produceert vier haploïde cellen uit een diploïde cel.

Deze haploïde cellen worden of geven aanleiding tot gameten (aanwezig in geslachtsklieren).

De gameten (van twee organismen) bevruchten en ondersteunen de seksuele voortplanting en produceren uiteindelijk een generatie diploïde cellen.

Meiose is een uiterst belangrijk proces om de voortplantingscyclus efficiënt te laten verlopen in planten, dieren, bryophyten, micro-organismen zoals Neurospora en Chlamydomonas enz.

Opmerking: Meiocyten zijn de cellen waarin meiose plaatsvindt. Cellen van geslachtsklieren waarin meiose plaatsvindt, worden gonocyten genoemd (spermatocyten bij mannen en eicellen bij vrouwen). In planten worden meiocyten sporocyten genoemd (microsporocyten voor mannen en megasporocyten voor vrouwen).

Soorten meiose

Er zijn 3 soorten meiose op basis van het tijdstip waarop meiose plaatsvindt. Hieronder worden de drie typen kort beschreven.

Terminale meiose

Het is ook bekend als gametische meiose. Het wordt gezien bij dieren en sommige lagere planten. Meiose vindt plaats vlak voor de gametogenese of vorming van gameten.

Initiële meiose

Het is ook bekend als zygotische meiose. Het wordt gezien in diatomeeën, schimmels en sommige algen. Meiose vindt direct na de bevruchting plaats. Het organisme brengt het grootste deel van zijn leven door als een haploïde. Dit is het enige stadium waarin het organisme diploïde is.

Intermediaire meiose

Het is ook bekend als sporische meiose. Het is kenmerkend voor bloeiende planten. Meiose vindt plaats op elk moment tussen de bevruchting en de vorming van de gameten.

Microsporen in helmknoppen (mannelijk in bloeiende planten), megasporen in eierstok of stamper (vrouwelijk in bloeiende planten) worden geproduceerd.

Microsporen en megasporen zijn haploïde. De productie van microsporen en megasporen wordt respectievelijk microsporogenese en megasporogenese genoemd.

Proces van meiose

Meiose verschijnt als twee mitotische delingen zonder tijd te geven voor DNA-replicatie.

De eerste meiotische deling heeft een lange profase waarin de homogene chromosomen met elkaar worden geassocieerd en genetisch materiaal wordt uitgewisseld. Bij de eerste meiotische deling vindt reductie van chromosomen plaats en worden twee haploïde cellen gevormd.

Eerste meiotische deling is heterotypische deling en tweede meiotische deling is homotypische deling. Bij de tweede meiotische deling delen twee haploïde cellen mitotisch om vier haploïde cellen te produceren. Tweede meiotische deling is vergelijkbaar met mitotische deling.

Eerste Meiotische Divisie of Meiose I – Celdeling

Het is ook bekend als heterotypische deling. Deze deling begint (net als mitose) na de interfase (vergelijkbaar met de interfase van de mitose).

DNA-replicatie vindt plaats in de S-fase, maar in de G2-fase vindt een verandering plaats die belangrijk is om de cel naar meiose te sturen in plaats van naar mitose.

Voordat meiose plaatsvindt, zwellen kernen van de meiocyten op door water uit het cytoplasma te absorberen. Dit resulteert in een drievoudige toename van het volume van de kern. Zodra de cel dit stadium passeert, vindt meiose plaats.

Het is de langste fase van de eerste meiotische deling. Het is weer onderverdeeld in 6 substadia.

1. Proleptoteen stadium: Het is ook bekend als Proleptonema. In het Grieks betekent pro voor, leptas betekent dun en nema betekent draad. Het substadium van proleptoteen is vergelijkbaar met de vroege profase van mitose. Chromosomen van dit substadium zijn dunne, lange, opgerolde en slanke draadachtige structuren.

2. Leptoteenstadium: Het is ook bekend als Leptonema. Chromosomen van dit stadium worden verder afgewikkelde en draadachtige structuren. Chromosomen nemen een specifieke oriëntatie in de kern aan - de uiteinden van de chromosomen komen samen waar het centrosoom in de kern ligt. Deze fase/fase wordt boeketfase/fase genoemd.

Centriol dupliceert en vormt twee dochtercentriolen. Deze twee centriolen bewegen naar de tegenovergestelde polen van de cel. Zodra elke centriol de pool bereikt, dupliceert de centriol opnieuw en daarom zijn er twee centriolen in de buurt van elke pool.

Studies uitgevoerd door Nancy Kleckner en et al. aan de Harvard University over gistcellen sprak over de basis van herkenning van homologe chromosomen om het boeketstadium/-fase te vormen.

Volgens de onderzoeken worden de homologe DNA-gebieden van homologe chromosomen alleen in het leptoteenstadium geassocieerd.

De chromosomen zijn zichtbaar onder de microscoop in het zygotene stadium.

DNA wordt gezien te breken in het leptoteenstadium.

Opmerking: Homologe chromosomen zijn een paar chromosomen met dezelfde chromosomale lengte, dezelfde gensequentie, dezelfde centromeerlocatie, enz.

Clustering van telomeer:

In gistcellen is te zien dat homologe chromosomen al gekoppeld zijn voordat de profase I begint. In het leptoteenstadium zijn telomeren van chromosomen of uiteinden van chromosomen rond de kern verdeeld.

Maar tegen het einde van leptoteen reorganiseren deze chromosomen zichzelf op zo'n manier dat de telomeren gelokaliseerd worden aan de binnenkant van de nucleaire envelop aan een kant van de kern. Dit type clustering van telomeren wordt in veel organismen gezien en de chromosomen verschijnen als stelen van een boeket bloemen.

3. Zygotene stadium: Het is ook bekend als Zygonema. In het Grieks betekent zygon aangrenzend. Homologe chromosomen van moeder (door eicellen) en vader (door sperma) worden tot elkaar aangetrokken en er vindt kruising plaats.

Het oversteken van homologe chromosomen wordt synapsis genoemd (wat in het Grieks vereniging betekent). Synapsis vindt plaats op een of meerdere punten op de homologe chromosomen.

Het is belangrijk op te merken dat de uitlijning van homologe chromosomen precies van gen tot gen is, terwijl homologe chromosomen worden gekoppeld.

Synapsis is weer van drie soorten die als volgt zijn:

  • Proterminale synapsis: Koppeling van homologe chromosomen vindt eerst aan de uiteinden plaats en gaat dan verder naar het centromeer.
  • Procentrische synapsis: Het paren van homologe chromosomen begint bij het centromeer en gaat door naar het einde toe.
  • Gelokaliseerde koppeling: Het wordt ook wel willekeurig koppelen genoemd. Het paren van homologe chromosomen begint op willekeurige punten.

Het raamwerk dat wordt gevormd na het paren van homologe chromosomen wordt het synaptonemale complex genoemd. Het bedekt de gepaarde chromosomen volledig en is verankerd aan een uiteinde van de nucleaire envelop.

Synaptonemal complex heeft een structuur van een ladder. Jarenlang werd gedacht dat het synaptonemale complex elk paar chromosomen op hun plaats hield, zodat genetische recombinatie tussen strengen homoloog DNA kan beginnen. Het is nu bewezen dat het synaptonemale complex niet helpt bij het starten van genetische recombinatie.

Er wordt nu aangenomen dat het synaptonemale complex als scaffold fungeert (een tijdelijke fase waarin het werk wordt gedaan) waardoor interactie van de chromosomen mogelijk wordt om de cross-over te voltooien.

Synaptonemaal complex dat wordt gevormd door een paar gesynapseerde homologe chromosomen, wordt tetrad of quadrivalent of dyade of bivalent genoemd.

Een bivalent geeft aan dat een synaptonemaal complex twee chromatiden heeft en een tetrad geeft aan dat een synaptonemaal complex vier chromatiden heeft. Zygotene eindigt met het einde van synapsis.

4. Pachytene Stadium: In de Griekse taal betekent pachus dik. In deze fase houdt het synaptonemale complex twee of vier chromatiden nauw bij elkaar.

Structuren die recombinatieknobbeltjes worden genoemd, worden gezien in het centrum van het synaptonemale complex.

Het is op deze plaatsen waar het oversteken van de chromosomen plaatsvindt.

Wanneer genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen een niet-zusterchromatide van een homoloog chromosoom, staat dit bekend als chiasmata-vorming.

Opmerking: Zusterchromatiden zijn de chromatiden van een enkel chromosoom. Niet-zusterchromatiden zijn de chromatiden van verschillende chromosomen.

Stern en Hotta rapporteerden in 1969 dat een zeer kleine hoeveelheid DNA wordt gesynthetiseerd. Het gesynthetiseerde DNA wordt gebruikt om gebroken DNA van de chromatiden te repareren tijdens de vorming van chiasmata.

Opmerking: Nucleolus is prominent aanwezig tot dit stadium en wordt geassocieerd met de Nucleolaire Organisator Regio (NOR) van het chromosoom.

5. Diploteen stadium: Het einde van genetische recombinatie markeert het begin van diplotene. Er vindt ontbinding van het synaptonemale complex plaats en de chromosomen worden op bepaalde punten aan elkaar vastgemaakt door X-vormige structuren die chiasmata worden genoemd.

Deze aanhechtingspunten laten visueel de mate van genetische recombinatie zien. Chiasmata zijn beter zichtbaar omdat de chromatiden de neiging hebben om van elkaar weg te bewegen in het diplotene stadium. Diplotene stadium wordt gekenmerkt door intense metabole activiteit.

6. Diakinese-fase: Dit is het laatste substadium van Profase I. Meiotische spoel is klaar en de chromosomen zijn klaar om gescheiden te worden. De nucleolus verdwijnt, de nucleaire envelop breekt af.

Chiasma gaat van centromeer naar telomeer en tussenliggende chiasmata verdwijnt. Deze beweging van chiasmata wordt de terminalisatie genoemd. Terminale chiasmata houdt deze chromatiden nog steeds verbonden en bestaat tot in de metafase. Tetrads verplaatsen zich naar de metafasische plaat.

metafase I

Twee homologe chromosomen van elke bivalent (één paar chromosomen in een tetrad) worden verbonden met de spilvezels van de tegenovergestelde pool. Zusterchromatiden zijn verbonden met de microtubuli van dezelfde pool.

Om de zusterchromatiden te verbinden met de microtubuli van dezelfde spilpool, zijn ze naast hun kinetochoren gerangschikt. De oriëntatie van moederlijke en vaderlijke chromosomen heeft een gelijke kans om naar beide polen te kijken.

Wanneer deze chromosomen worden gescheiden in anafase I, krijgt elke spilpool een willekeurig assortiment van moederlijke en vaderlijke chromosomen.

Chiasmata verdwijnt bij de overgang tussen metafase I en anafase I omdat de armen van chromatiden van elke tweewaardige cohesie verliezen. De samenhang tussen centromeren van zusterchromatiden blijft sterk.

De chromosomen worden verminderd en onsamenhangend in het anafase-stadium. Chromosomen bewegen naar hun respectievelijke polen.

Telofase I

Chromosomen verspreiden zich, maar niet zoals gezien in de telofase van de mitose.

Er zijn geen grote of dramatische veranderingen in telofase I in vergelijking met de telofase van mitose. Nucleaire envelop kan al dan niet opnieuw verschijnen.

Zodra karyokinese is voltooid, vindt cytokinese plaats en worden twee haploïde cellen gevormd.

Interkinese: Het is het stadium tussen meiose I en meiose II. Het is van korte duur. Cellen in dit stadium worden ofwel secundaire spermatocyten (mannetjes) en secundaire eicellen (vrouwtjes) genoemd. De cellen zijn haploïde.

Opgemerkt moet worden dat de twee haploïde cellen na meiose ik de dubbele hoeveelheid DNA hebben in vergelijking met eicel- of zaadcellen. Het is omdat elk chromosoom wordt vertegenwoordigd door twee aangehechte chromatiden.

Tweede Meiotische Divisie of Meiose II – Celdeling

Tweede meiotische deling is ook bekend als de homotypische meiotische deling.

Zoals eerder vermeld, lijkt het vrijwel op mitose.

Profase II

In deze fase wordt elke centriol in tweeën gedeeld, waardoor twee paar centriolen worden gevormd. Elk paar migreert naar de tegenovergestelde pool.

Microtubuli rangschikken zich in een spilvorm die haaks op de spil van de eerste meiose worden geplaatst. Chromosomen (alle chromosomen hebben twee chromatiden) worden kort en dik.

Metafase II

In dit stadium rangschikken de chromosomen zich op de metafasische plaat van de spil. Centromeer wordt in tweeën gedeeld, wat ertoe leidt dat elk chromosoom twee monaden of dochterchromosomen produceert. Microtubuli van de spil worden gehecht aan het centromeer van de chromosomen.

Anafase II

Door de verkorting van chromosomale microtubuli en het uitrekken van polaire microtubuli, bewegen dochterchromosomen naar hun respectievelijke polen.

Telofase II

Chromosomen migreren naar de polen. Het endoplasmatisch reticulum vormt een nucleaire envelop. Nucleolus verschijnt weer. Nadat Karyokinese is voltooid, vindt cytokinese plaats. Als resultaat worden vier haploïde cellen gevormd. Deze cellen hebben verschillende soorten chromosomen vanwege de kruising die plaatsvond in Profase I.


G0-fase

Welke van de volgende is de juiste volgorde van gebeurtenissen bij mitose?

  1. Zusterchromatiden staan ​​opgesteld op de metafaseplaat. De kinetochoor wordt gehecht aan de mitotische spoel. De kern hervormt en de cel deelt zich. Cohesine-eiwitten breken af ​​en de zusterchromatiden scheiden.
  2. De kinetochoor wordt gehecht aan de mitotische spoel. Cohesine-eiwitten breken af ​​en de zusterchromatiden scheiden. Zusterchromatiden staan ​​opgesteld op de metafaseplaat. De kern hervormt en de cel deelt zich.
  3. De kinetochoor wordt gehecht aan de cohesine-eiwitten. Zusterchromatiden staan ​​opgesteld op de metafaseplaat. De kinetochoor wordt afgebroken en de zusterchromatiden scheiden zich. De kern hervormt en de cel deelt zich.
  4. De kinetochoor wordt gehecht aan de mitotische spoel. Zusterchromatiden staan ​​opgesteld op de metafaseplaat. Cohesine-eiwitten breken af ​​en de zusterchromatiden scheiden. De kern hervormt en de cel deelt zich.

RESULTATEN

Golgi-stapels stapelen zich op in de buurt van spilpolen en in een equatoriale gordel tijdens metafase

Pogingen om de GmMan1-GFP tot expressie brengende cellen te synchroniseren door behandeling met aphidicholin (Nagata et al., 1982) werden met beperkt succes behaald (mitotische index ongeveer 15%), wat te wijten kan zijn aan de iets lagere groeisnelheid van de transgene lijn in vergelijking met niet-getransformeerde BY-2-cellen (gegevens niet getoond). We hebben niet geprobeerd de mitotische index te verhogen door een aanvullende propyzamidebehandeling (Samuels et al., 1998), aangezien kan worden verwacht dat de verstoring van MT's de cellulaire organisatie bij het begin van mitose zal veranderen. De hier gepresenteerde resultaten waren daarom afgeleid van niet-gesynchroniseerde culturen die niet waren blootgesteld aan medicijnen, tenzij anders aangegeven. Waarnemingen werden uitgevoerd 2 tot 4 d na overdracht van de cellen naar vers medium, wanneer het aantal delende cellen relatief hoog was (mitotische index ongeveer 6%).

Stereobeelden die de Golgi-stackdistributie tonen in een levende tabak BY-2-cellen in interfase (A) en metafase (B). A, Interfase-cel. Projecties van 30 individuele deconvolved epifluorescentiebeelden genomen met intervallen van 1 μm. N, Nucleus w, celwand. B, Metafase-cel. Projecties van een driedimensionale reconstructie afgeleid van 60 individuele gedeconvolueerde epifluorescentiebeelden genomen met intervallen van 0,5 m. Pijlen geven de locatie van de spindelpolen aan. De stippellijn volgt een equatoriale opeenhoping van Golgi-stapels, de "Golgi-gordel". Geanimeerde driedimensionale reconstructies van deze cellen kunnen worden bekeken op http://mcdb.colorado.edu/

Stereobeelden die de Golgi-stackdistributie tonen in een levende tabak BY-2-cellen in interfase (A) en metafase (B). A, Interfase-cel. Projecties van 30 individuele deconvolved epifluorescentiebeelden genomen met intervallen van 1 μm. N, Nucleus w, celwand. B, Metafase-cel. Projecties van een driedimensionale reconstructie afgeleid van 60 individuele gedeconvolueerde epifluorescentiebeelden genomen met intervallen van 0,5 m. Pijlen geven de locatie van de spindelpolen aan. De stippellijn volgt een equatoriale opeenhoping van Golgi-stapels, de "Golgi-gordel". Geanimeerde driedimensionale reconstructies van deze cellen kunnen worden bekeken op http://mcdb.colorado.edu/

Verdeling van Golgi-stapels in corticaal en intern cytoplasma tijdens interfase en metafase

Interfase cellen. Metafase cellen.
Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma. Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma.
% %
Corticaal cytoplasma 70 ± 4 62 ± 4 Corticaal cytoplasma 54 ± 4 44 ± 4
Inwendig cytoplasma 30 ± 4 38 ± 4 Inwendig cytoplasma 46 ± 4 56 ± 4
Perinucleaire 9 ± 4 12 ± 5 Spindel regio 19 ± 3 13 ± 3
transvacuolair 21 ± 3 26 ± 3 transvacuolair 27 ± 6 42 ± 6
Interfase cellen. Metafase cellen.
Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma. Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma.
% %
Corticaal cytoplasma 70 ± 4 62 ± 4 Corticaal cytoplasma 54 ± 4 44 ± 4
Inwendig cytoplasma 30 ± 4 38 ± 4 Inwendig cytoplasma 46 ± 4 56 ± 4
Perinucleaire 9 ± 4 12 ± 5 Spindel regio 19 ± 3 13 ± 3
transvacuolair 21 ± 3 26 ± 3 transvacuolair 27 ± 6 42 ± 6

Golgi-stackdistributies werden afgeleid van het direct tellen van stapels en het handmatig schetsen van relevante regio's. Cytoplasmatisch volume werd gedefinieerd als het gebied dat wordt bedekt door de gecombineerde GFP- en MitoTracker-fluorescentie, d.w.z. het vertegenwoordigt het deel van het cytosol dat toegankelijk is voor grotere organellen. Waarden zijn rekenkundige gemiddelden ± se ,N = 3.

Verdeling van Golgi-stapels in corticaal en intern cytoplasma tijdens interfase en metafase

Interfase cellen. Metafase cellen.
Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma. Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma.
% %
Corticaal cytoplasma 70 ± 4 62 ± 4 Corticaal cytoplasma 54 ± 4 44 ± 4
Inwendig cytoplasma 30 ± 4 38 ± 4 Inwendig cytoplasma 46 ± 4 56 ± 4
Perinucleaire 9 ± 4 12 ± 5 Spindel regio 19 ± 3 13 ± 3
transvacuolair 21 ± 3 26 ± 3 transvacuolair 27 ± 6 42 ± 6
Interfase cellen. Metafase cellen.
Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma. Plaats . Golgi-stapels. Cytoplasma.
% %
Corticaal cytoplasma 70 ± 4 62 ± 4 Corticaal cytoplasma 54 ± 4 44 ± 4
Inwendig cytoplasma 30 ± 4 38 ± 4 Inwendig cytoplasma 46 ± 4 56 ± 4
Perinucleaire 9 ± 4 12 ± 5 Spindel regio 19 ± 3 13 ± 3
transvacuolair 21 ± 3 26 ± 3 transvacuolair 27 ± 6 42 ± 6

Golgi-stackdistributies werden afgeleid van het direct tellen van stapels en handmatige schetsen van relevante regio's. Cytoplasmatisch volume werd gedefinieerd als het gebied dat wordt bedekt door de gecombineerde GFP- en MitoTracker-fluorescentie, d.w.z. het vertegenwoordigt het deel van het cytosol dat toegankelijk is voor grotere organellen. Waarden zijn rekenkundige gemiddelden ± se ,N = 3.

Golgi-stapeldichtheid in verschillende regio's van het cytoplasma in interfase (zwarte balken) en metafasecellen (grijze balken). Het totale aantal Golgi-stacks werd bepaald met een geautomatiseerd algoritme voor het vinden van pieken. Het cytoplasmatisch volume in handmatig afgebakende gebieden van de cellen werd gedefinieerd als het gebied dat wordt bestreken door de gecombineerde GFP- en MitoTracker-fluorescentie, d.w.z. het deel van het cytosol dat toegankelijk is voor grotere organellen. Golgi-stapeldichtheid wordt gegeven als het aantal stapels per picoliter cytoplasma. Foutbalken vertegenwoordigen de se (N = 3). Let op de veel hogere dichtheid van Golgi-stapels in de onmiddellijke nabijheid van de spil in metafasecellen.

Golgi-stapeldichtheid in verschillende regio's van het cytoplasma in interfase (zwarte balken) en metafasecellen (grijze balken). Het totale aantal Golgi-stacks werd bepaald met een geautomatiseerd algoritme voor het vinden van pieken. Het cytoplasmatisch volume in handmatig afgebakende gebieden van de cellen werd gedefinieerd als het gebied dat wordt bestreken door de gecombineerde GFP- en MitoTracker-fluorescentie, d.w.z. het deel van het cytosol dat toegankelijk is voor grotere organellen. Golgi-stapeldichtheid wordt gegeven als het aantal stapels per picoliter cytoplasma. Foutbalken vertegenwoordigen de se (N = 3). Let op de veel hogere dichtheid van Golgi-stapels in de onmiddellijke nabijheid van de spil in metafasecellen.

Terwijl de cellen zich voorbereidden op mitose, migreerde de kern naar een centrale positie in de cel. In dit stadium hoopten grote hoeveelheden cytoplasma zich op op een perinucleaire locatie, waardoor een zogenaamd "phragmosoom" werd gevormd (Lloyd, 1991). De kern was meestal naar één kant verplaatst en raakte bijna het plasmamembraan. Aan de andere kant was het phragmosoom verbonden met het aangrenzende corticale cytoplasma door een of enkele dikke cytoplasmatische strengen. De meeste andere transvacuolaire strengen cytoplasma daarentegen verdwenen. Tijdens vroege mitotische stadia verzamelden de meeste Golgi-stapels zich in het phragmosoomgebied, waardoor het corticale cytoplasma uitgeput raakte van Golgi-stapels. De herverdeling van Golgi-stapels in het phragmosoom omvatte niet de snelle stop-and-go-bewegingen die zijn beschreven voor interfasecellen (Nebenführ et al., 1999), die niet konden worden waargenomen tijdens een van de mitotische en cytokinetische gebeurtenissen. Toen de cellen de metafase bereikten, onderging de Golgi-verdeling binnen het phragmosoom verdere veranderingen. In het bijzonder accumuleerde een groot aantal Golgi-stapels rond de spil-MT's en de spilpolen (Fig. 1B, pijlen en 3A). Het aantal stapels dat nauw verbonden is met de mitotische spil werd gekwantificeerd in driedimensionale beeldstapels van drie cellen in metafase. Zo was ongeveer 20% van alle stapels in de geanalyseerde cellen gelokaliseerd in de onmiddellijke nabijheid van de metafase-spil (tabel I). Dit aantal kan een onderschatting zijn, aangezien het geselecteerde spilgebied conservatief is gekozen om ervoor te zorgen dat corticale stapels (in de Golgi-gordel) en die in andere delen van het phragmosoom niet zouden worden opgenomen.Een iets groter aantal stapels werd gevonden in de rest van het inwendige cytoplasma, waardoor ongeveer 55% (±4%, se) van alle stapels in het corticale cytoplasma achterbleef.

Verdere kwantitatieve analyse van metafasecellen toonde aan dat de verdeling van Golgi-stapels niet overeenkwam met de verdeling van cytoplasma en ook niet in de interfasecellen (Tabel I). In het bijzonder vertegenwoordigde het phragmosoom buiten het spilgebied 42% ± 6% van het cytoplasma, maar het bevatte slechts 27% ± 6% van alle Golgi-stapels. Daarentegen vertegenwoordigde de onmiddellijke nabijheid van de metafase-spil slechts 13% ± 3% van het totale cytoplasma, maar bevatte 19% ± 3% van de Golgi-stapels (tabel I). Dit verschil is direct duidelijk wanneer de Golgi-stapeldichtheden worden uitgezet voor de verschillende cellulaire regio's (Fig. 2, grijze balken). Het perispindelgebied van het inwendige cytoplasma had een meer dan 2-voudig hogere dichtheid van Golgi-stapels dan de rest van de phragmosoom- en transvacuolaire strengen (90 ± 14 pL 1 versus 37 ± 6 pL 1). We verwachten dit verschil, hoewel als zodanig statistisch niet significant (gepaarde t toets,P > 0.05), vanwege de kleine steekproefomvang, blijven bestaan ​​​​wanneer een robuustere methode voor het beoordelen van het cytoplasmatisch volume wordt ontwikkeld. Daarentegen kan de iets hogere Golgi-stapeldichtheid in het corticale cytoplasma verdwijnen met betere metingen van het cytoplasmatische volume. Onze gegevens suggereren daarom, ondanks hun inherente onzekerheden, dat de verdeling van Golgi-stapels tijdens metafase niet willekeurig is.

De meeste metafasecellen verzamelden ook Golgi-stapels in een smal, bandachtig gebied van corticaal cytoplasma rond de randen van de metafaseplaat, die we de "Golgi-gordel" hebben genoemd (stippellijn in Fig. 1B). Dit Golgi-gordelgebied lijkt overeen te komen met de plaats van de voormalige preprofaseband (PPB) van MT's, omdat het samenvalt met de toekomstige plaats van celdeling (zie hieronder). We hebben de accumulatie van Golgi-stapels in de Golgi-gordel gekwantificeerd door het aantal stapels in een corticale laag van cytoplasma in dezelfde drie cellen in de metafase te tellen. Voor deze experimenten werd het gebied van de Golgi-gordel visueel gedefinieerd en werden individuele stapels handmatig geïdentificeerd. Alleen stapels direct onder het plasmamembraan werden geanalyseerd om complicaties als gevolg van ongelijke dikte in het corticale cytoplasma te voorkomen. De Golgi-riem bedekt tussen 12% en 20% van het celoppervlak en de gemiddelde dichtheid van stapels in het riemgebied was ongeveer 3 keer hoger dan in de rest van het corticale cytoplasma. In twee gevallen waren we in staat om de totale stapeldichtheid in het corticale cytoplasma te bepalen voor twee aangrenzende zustercellen in respectievelijk metafase en interfase. In beide paren cellen had de metafasezuster een lagere dichtheid van Golgi-stapels in het corticale cytoplasma dan de interfasezuster (respectievelijk 75% en 80% van de interfasezuster). Dit verschil was meer uitgesproken in de perifere cortex (dwz de cortex exclusief de Golgi-gordel in de metafase en de perinucleaire cortex in de interfase), waar de Golgi-stapeldichtheid daalde tot ongeveer 60% van de interfasewaarde tijdens de metafase, wat suggereert dat ongeveer een derde van de de corticale Golgi-stapels in de mitotische cellen waren verplaatst naar het phragmosoom.

Hoewel we hebben geprobeerd variaties in stapelverdeling als gevolg van veranderingen in de dikte van het corticale cytoplasma te elimineren, kunnen we de mogelijkheid niet uitsluiten dat in sommige regio's de beschikbare ruimte tussen het plasmamembraan en de tonoplast te klein was om grotere organellen zoals Golgi-stapels te huisvesten . We hebben daarom de corticale verdeling van mitochondriën geanalyseerd, die meestal slechts iets kleiner zijn dan Golgi-stapels in BY-2-cellen, in dezelfde cellen. Mitochondriën werden gekleurd met de MitoTracker-kleurstof die zich bij voorkeur verdeelt in membranen met een hoog membraanpotentiaal (Haugland, 1996). In planten zijn dit mitochondriën en plastiden, die gemakkelijk kunnen worden onderscheiden op basis van hun verschillende groottes. Nogmaals, alleen organellen die direct onder het plasmamembraan liggen, werden beschouwd. Hoewel mitochondriën ook een lichte accumulatie vertonen in het gebied van de Golgi-gordel, was deze preferentiële lokalisatie veel kleiner dan die voor Golgi-stacks (Tabel II). We concluderen dat de schijnbare accumulatie van Golgi-stapels in de Golgi-gordel geen artefact is van differentiële cytoplasmatische accumulatie, maar dat het de specifieke concentratie van dit organel rond de celevenaar weerspiegelt.

Dichtheid van Golgi-stapels en mitochondriën in het corticale cytoplasma tijdens metafase


Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 Celstructuur en functies

Onderwerpen en subonderwerpen in Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 Celstructuur en functies:

sectie naam Onderwerpnaam
8Celstructuur en functies
8.1Ontdekking van de cel
8.2De cel
8.3Organismen vertonen variatie in celaantal, vorm en grootte
8.4Celstructuur en functie
8.5Delen van het celcelmembraan
8.6Vergelijking van plantaardige en dierlijke cellen

Celstructuur en functies Class 8 Science NCERT Textbook Questions

Vraag 1.
Geef aan of de volgende uitspraken waar (T) of niet waar (F) zijn.
(a) Eencellige organismen hebben een eencellig lichaam.
(b) Spiercellen zijn vertakt.
(c) De fundamentele levende eenheid van een organisme is een orgaan.
(d) Amoebe heeft een onregelmatige vorm.
Antwoord geven:
(a) Waar
(b) Waar
(c) Onwaar
(d) Waar

Vraag 2.
Maak een schets van de menselijke zenuwcel. Welke functie vervullen zenuwcellen?
Antwoord geven:
Functie van zenuwcellen: De functie van de zenuwcel is het ontvangen en overbrengen van berichten, het helpt bij het controleren en coördineren van de werking van verschillende delen van het lichaam.

Vraag 3.
Schrijf korte notities over het volgende.
(a) Cytoplasma
(b) Kern van een cel
Antwoord geven:
(a) Cytoplasma: de geleiachtige substantie die tussen de kern en het celmembraan wordt gevonden, wordt cytoplasma genoemd. Het bestaat uit basiselementen zoals C, H, O, N. Verschillende andere componenten of organellen, zoals mitochondriën, Golgi-lichamen, ribosomen, enz., Van cellen zijn aanwezig in het cytoplasma.

(b) Kern van een cel: Kern van een cel is een belangrijk onderdeel van de levende cel. Het bevindt zich in het midden van de cel. Het wordt van het cytoplasma gescheiden door een membraan dat kernmembraan wordt genoemd. Het bevat genetisch materiaal.

Vraag 4.
Welk deel van de cel bevat organellen?
Antwoord geven:
Cytoplasma

Vraag 5.
Maak schetsen van dierlijke en plantaardige cellen. Noem drie verschillen tussen hen.
Antwoord geven:

Planten cellen dierlijke cellen
(i) De buitenste laag is een celwand en is gemaakt van cellulose.(i) De buitenste laag van dierlijke cellen is het plasmamembraan.
(ii) Plastiden zijn aanwezig in plantencellen.(ii) Plastiden zijn afwezig in dierlijke cellen.
(iii) Grote vacuolen zijn aanwezig in plantencellen.(iii) Er zijn geen of zeer kleine vacuolen aanwezig in dierlijke cellen.
(iv) Het mist centrosomen en lysosomen.(iv) Ze hebben centrosomen of lysosomen.

Vraag 6.
Noem het verschil tussen eukaryoten en prokaryoten.
Oplossing:

Eukaryoten prokaryoten
(i) Eukaryoten bezitten membraangebonden organellen.(i) Prokaryoten missen membraangebonden organellen.
(ii) Kern van de cel heeft een kernmembraan. Voorbeeld: hogere planten en dieren.(ii) Nucleus wordt niet begrensd door een membraan. Voorbeeld: bacteriën en blauwalgen.

Vraag 7.
Waar bevinden zich chromosomen in een cel? Geef hun functie aan.
Antwoord geven:
Chromosomen zijn aanwezig in de kern. De functies van chromosomen zijn om genen op zich te dragen en het karakter van de ouders over te dragen aan de volgende generatie.

Vraag 8.
‘Cellen zijn de structurele basiseenheden van levende organismen.’ Leg uit.
Antwoord geven:
Verschillende cellen vormen samen weefsels en weefsels vormen samen organen. Evenzo combineren organen om lichaam te vormen. Daarom worden ze de structurele basiseenheid van elk levend organisme genoemd.

Vraag 9.
Leg uit waarom chloroplasten alleen in plantencellen voorkomen?
Antwoord geven:
Chloroplasten zijn plastiden die nodig zijn voor het voedselbereidingsproces, fotosynthese genaamd, en zijn dus alleen aanwezig in plantencellen.

Vraag 10.
Vul het kruiswoordraadsel in met behulp van onderstaande aanwijzingen.
Aan de overkant
1. Dit is nodig voor fotosynthese.
3. Term voor component aanwezig in het cytoplasma.
6. De levende substantie in de cel.
8. Overervingseenheden aanwezig op de chromosomen.
Omlaag
1. Groene plastiden.
2. Gevormd door het verzamelen van weefsels.
4. Het scheidt de inhoud van de cel van het omringende medium.
5. Lege structuur in het cytoplasma.
7. Een groep cellen.
Oplossing:

Celstructuur en functies Klasse 8 Wetenschap NCERT Intext-activiteiten opgelost

Activiteit 1 (NCERT-handboek, pagina 92)
De leerkracht kan onder een microscoop een permanent plaatje van Amoeba en Paramecium laten zien. Als alternatief kan de leraar vijverwater verzamelen en deze organismen laten zien door de dia's voor te bereiden.
Oplossing:
Doe het zelf.

Activiteit 2 (NCERT-handboek, pagina 93)
Kook een kippenei. Verwijder de schaal. Wat observeer je? Een wit materiaal omringt het gele deel. Het witte materiaal is albumine dat bij het koken stolt. Het gele deel is dooier. Het maakt deel uit van de enkele cel. Je kunt deze enkele cel observeren zonder een vergrootglas.
Oplossing:
Doe het zelf.

Activiteit 3 ​​(NCERT-handboek, pagina 94)
Neem een ​​uienbol om de basiscomponenten van de cel te observeren. Verwijder de droge roze omhulsels (schillen). Deze kun je gemakkelijk met een pincet of zelfs met de hand van de vlezige witte lagen van de bol scheiden. Je kunt ook de uienbol breken en dunne laagjes scheiden. Leg een klein stukje van de dunne uienschil in een druppel water op een glasplaatje. De dunne laag kan met behulp van een mes of een pincet in kleinere stukjes worden gesneden. Voeg een druppel methyleenblauw-oplossing toe aan de laag en plaats er een dekglaasje op. Zorg er bij het plaatsen van het dekglaasje voor dat er geen luchtbellen onder het dekglaasje aanzitten. Observeer het objectglaasje onder de microscoop. Tekenen en labelen.
Oplossing:
De grens van de uiencel is bedekt met een dikke laag die de celwand wordt genoemd. Het centrale dichte ronde lichaam in het midden wordt de kern genoemd. De geleiachtige substantie tussen de kern en het celmembraan wordt cytoptasme genoemd.

Activiteit 4 (NCERT-handboek, pagina 94)
Neem een ​​schone tandenstoker of een lucifer waarvan de punt is gebroken. Schraap de binnenkant van je wang zonder hem pijn te doen. Plaats het in een druppel water op een glasplaatje. Voeg een druppel jodium toe en leg er een dekglaasje op. U kunt ook 1-2 druppels methyleenblauwoplossing toevoegen. Bekijk het onder de microscoop. Mogelijk ziet u meerdere cellen in het geschraapte materiaal (Fig. 8.2). Je kunt het celmembraan, het cytoplasma en de kern identificeren. Een celwand ontbreekt in dierlijke cellen.
Oplossing:
Doe het zelf.

NCERT-oplossingen voor Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 - 1 Markeer vragen en antwoorden

Vraag 1.
………… is de buitenste laag van een dierlijke cel. [KVS 2008 MSE (Chandigarh) 2006]
Antwoord geven:
Plasmamembraan/celmembraan

Vraag 2.
Wat is de naam die aan de groene plastiden wordt gegeven? [MSE (Chandigarh) 2007]
Antwoord geven:
De groene plastiden worden chloroplasten genoemd.

Vraag 3.
Noem twee organellen die in de plantencel aanwezig zijn, maar niet in de dierlijke cel. [KVS 2005]
Antwoord geven:
Celwand en chloroplast worden gevonden in plantencellen, maar niet in dierlijke cellen.

Vraag 4.
Welk deel van de cel bevat organellen? [NCERT]
Antwoord geven:
Cytoplasma bevat de organellen.

Vraag 5.
Waarom konden cellen vóór de 17e eeuw niet worden waargenomen?
Antwoord geven:
Cellen konden vóór de 17e eeuw niet worden waargenomen omdat er geen microscoop beschikbaar was om de cellen te bekijken.

Vraag 6.
Waarom moest Hooke dunne plakjes kurk nemen?
Antwoord geven:
Hij maakte dunne plakjes kurk omdat de kurk stevig was en de details niet te zien waren.

Vraag 7.
Waar demonstreerde Hooke de kurkschijf?
Antwoord geven:
Hooke demonstreerde kurkplak in Royal Society of London.

Vraag 8.
Eencellige organismen worden ook wel eencellige organismen genoemd (True/False)
Antwoord geven:
Waar.

Vraag 9.
Noem de cellen met een vertakte structuur.
Antwoord geven:
Zenuwcel.

Vraag 10.
Welke cel is met het blote oog waarneembaar?
Antwoord geven:
Struisvogel ei.

Vraag 11.
Noem de buitenste laag van de dierlijke cel.
Antwoord geven:
Celmembraan of plasmamembraan.

Vraag 12.
Noem de laag buiten het plasmamembraan van een plantencel.
Antwoord geven:
Celwand.

Vraag 13.
Welke vier basiselementen vormen 90% van het protoplasma?
Antwoord geven:
90% van het protoplasma bestaat uit koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof.

Vraag 14.
De term cel werd bedacht door ……….
Antwoord geven:
Robert Hoek.

Vraag 15.
Celwand is aanwezig in …………. enkel en alleen.
Antwoord geven:
Plantaardige cel.

Vraag 16.
Welk organisme heeft de kleinste cel?
Antwoord geven:
Bacteriemycoplasma's hebben de kleinste cel.

Vraag 17.
Hoe onderscheid je protoplasma van cytoplasma?
Antwoord geven:
Cytoplasma is de geleiachtige substantie die het grootste deel van de ruimte in de cel inneemt. Protoplasma omvat het celmembraan, het cytoplasma en de kern.

Vraag 18.
Teken een typische cel. Label belangrijke organellen.
Antwoord geven:

Vraag 19.
Welke naam wordt gegeven aan levende wezens met meer dan één cel?
Antwoord geven:
Meercellige organismen.

Vraag 20.
Kunnen eencellige organismen met het blote oog worden gezien?
Antwoord geven:
Eencellige organismen kunnen alleen worden bekeken met behulp van een microscoop.

Vraag 21.
Geef twee voorbeelden van eencellige dieren.
Antwoord geven:
Amoebe, paramoecium.

Vraag 22.
Noem de delen van de cel.
Antwoord geven:
De drie delen van de cel - het celmembraan, cytoplasma en kern.

Vraag 23.
Hoe wordt de geleiachtige vloeistof in de kern genoemd?
Antwoord geven:
De gelei-achtige vloeistof in de kern wordt nucleoplasma genoemd.

Vraag 24.
Wat zijn chromosomen?
Antwoord geven:
Chromosomen zijn draadachtige structuren die een belangrijke rol spelen bij de overerving van karakters van de ene generatie op de andere

Vraag 25.
Wat is de functie van Golgi-lichamen?
Antwoord geven:
Golgi-lichamen verzamelen en verspreiden de stoffen die in de cel worden gemaakt.

Vraag 26.
Welk deel van de dierlijke cel houdt zich bezig met celdeling?
Antwoord geven:
Centriolen en centrosoom.

Vraag 27.
Geef een andere naam voor celmembraan.
Antwoord geven:
Plasma membraan.

Vraag 28.
Wat zijn vacuolen?
Antwoord geven:
De heldere ruimtes omgeven door een membraan in het cytoplasma worden vacuolen genoemd.

Vraag 29.
Wat wordt bedoeld met taakverdeling?
Antwoord geven:
In meercellige organismen zijn de cellen gespecialiseerd om bepaalde functies uit te voeren. Dit staat bekend als taakverdeling.

Vraag 30.
Wat wordt bedoeld met celdeling?
Antwoord geven:
Nieuwe cellen voor groei en voortplanting worden gevormd door celdeling.

Vraag 31.
Waarom zijn de zenuwcellen lang en draadachtig?
Antwoord geven:
Zenuwcellen zijn lange en draadachtige uitsteeksels, omdat ze berichten naar verschillende delen van het lichaam moeten overbrengen.

Vraag 32.
Welke cellen in ons lichaam groeien en delen door het leven heen?
Antwoord geven:
De cellen van de huid groeien en delen zich gedurende het hele leven.

Vraag 33.
Noem een ​​eencellig organisme dat ongeveer 10 cm lang is.
Antwoord geven:
Een alg die bekend staat als Acetabularia.

Vraag 34.
Het menselijk lichaam heeft

  • een miljoen cellen
  • een miljard cellen
  • een biljoen cellen
  • meer dan een biljoen cellen

Antwoord geven:
meer dan een biljoen cellen.

Vraag 35.
Noem de structurele en functionele basiseenheid van het leven.
Antwoord geven:
Cel.

NCERT-oplossingen voor Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 - 2 Markeer vragen en antwoorden

Vraag 1.
Wat is een cel? Noem de langste cel in het menselijk lichaam. Teken ook zijn diagram. [NCT 2007]
Antwoord geven:
Alle organismen zijn gemaakt van basiseenheden die bekend staan ​​​​als Cell. Zenuwcel is de langste cel in het menselijk lichaam.

Vraag 2.
Waarom staan ​​mitochondriën bekend als de "krachtcentrale van de cel"? [DAV2005]
Antwoord geven:
Mitochondriën staan ​​bekend als de krachtcentrale van de cel omdat ze de functie van ademhaling vervullen en de cel van energie voorzien.

Vraag 3.
Zijn de cellen van een olifant groter dan die van een rat?
Antwoord geven:
Nee, de grootte van de cel heeft geen relatie met de grootte van het lichaam van het dier of de plant.

Vraag 4.
Wat zijn de "bouwstenen van het leven"? Waarom worden ze zo genoemd?
Antwoord geven:
Cellen zijn bouwstenen van het leven omdat alle levende wezens uit een of meer cellen bestaan.

Vraag 5.
Wat is het verschil tussen weefsel en orgaan?
Antwoord geven:
Groep cellen van hetzelfde type vormen de verschillende weefsels van de organismen, bijvoorbeeld spierweefsel.
Verschillende soorten weefsels vormen samen een orgaan, bijvoorbeeld een maag.

Vraag 6.
Maak onderscheid tussen een orgaan en een systeem.
Antwoord geven:
Verschillende soorten weefsels die samenwerken om een ​​of meer levensactiviteiten uit te voeren, staat bekend als een orgaan.
Een orgaansysteem is een groep organen die samenwerken om levensactiviteiten uit te voeren.

Vraag 7.
Noem een ​​orgaansysteem in het menselijk lichaam en de belangrijkste organen waaruit dat systeem bestaat.
Antwoord geven:
Orgaansysteem — Spijsverteringsstelsel.
Het bestaat uit organen zoals darmen, lever, maag, alvleesklier, galblaas.

Vraag 8.
Welke eigenschappen hebben zowel plantencellen als dierlijke cellen?
Antwoord geven:
Alle plantaardige en dierlijke cellen hebben drie delen: celmembraan, cytoplasma en kern.

Vraag 9.
Noem de organel die bekend staat als "zelfmoordzakken"? Waarom heet het zo?
Antwoord geven:
Lysosomen staan ​​bekend als zelfmoordzakken. Ze bevatten enzymen die helpen bij het afbreken of vernietigen van de verschillende materialen.

Vraag 10.
Geef de functies van de celwand.
Antwoord geven:

  • Het geeft stevigheid aan de celwand.
  • Het biedt bescherming tegen plantenvirussen en ziekteverwekkers.

Vraag 11.
Teken diagrammen om het verschil tussen een plantencel en een dierlijke cel te laten zien. [NCT 2010]
Antwoord geven:

NCERT-oplossingen voor Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 - 3 Markeer vragen en antwoorden

Vraag 1.
Noem drie elementen die een belangrijk deel uitmaken van het protoplasma. [MSE (Chandigarh) 2006]
Antwoord geven:
Protoplasma bestaat uit verbindingen van koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof.

  1. Waarom zijn plantencellen stijver van vorm dan dierlijke cellen? [DAV2006]
  2. Noem de grootste en de kleinste cellen in de levende wereld.
  3. Tomaten zijn rood en bladeren zijn groen. Waarom ?
  1. Plantencellen zijn stijver van vorm dan dierlijke cellen vanwege de aanwezigheid van celwand.
  2. Grootste - Struisvogelei.
    Kleinste - PPLO (pleuro-pneumonie-achtige organismen).
  3. Tomaten zijn rood vanwege chromoplasten in hun cellen.
    Bladeren zijn groen vanwege chloroplasten in hun cellen.

Vraag 3.
Maak onderscheid tussen prokaryoten en eukaryoten.
Antwoord geven:
Verschillen:

prokaryotenEukaryoten
(i) De organismen met prokaryotische cellen worden prokaryoten genoemd.(i) De organismen hebben eukaryote cellen die eukaryoten worden genoemd.
(ii) In prokaryoten is er geen kernmembraan in cellen.(ii) Er is een kernmembraan rond de kern.
(iii) bijv. Bacteriën en blauwgroene algen(iii) bijvoorbeeld uiencellen en wangcellen.

Vraag 4.
Maak een schets van de menselijke zenuwcel. Welke functie vervullen zenuwcellen?
Antwoord geven:
Zenuwcel - Zenuwcellen ontvangen berichten via dendron en brengen deze over via axon.

Vraag 5.
Als je een kippenei kookt, welke veranderingen zie je dan?
Antwoord geven:
Wanneer een kippenei wordt gekookt, omringt een wit materiaal het gele deel. Wit materiaal is albumine dat stolt bij het koken. Het gele bestanddeel is dooier.

Vraag 6.
Wat zijn de functies van het celmembraan?
Antwoord geven:

  • Het beschermt de cel.
  • Het geeft vorm aan de cel.
  • Door de kleine gaatjes kunnen materialen de cel binnenkomen en verlaten.

Vraag 7.
Geef de functies van het volgende:

  1. Endoplasmatisch reticulum, dat een netwerk van membranen is, biedt een groot oppervlak waarop levensfuncties kunnen plaatsvinden.
  2. Golgi-complex verzamelt en distribueert de stof die in de cel wordt gemaakt en het synthetiseert en scheidt veel materialen af.
  3. Ribosomen is de plaats van eiwitsynthese.
  1. Levende dingen bestaan ​​uit kleine levende delen die cellen worden genoemd.
  2. Robert Hooke, een Engelse wetenschapper, ontdekte de cel in 1665.
  3. Amoebe is een microscopisch organisme.

NCERT-oplossingen voor Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 - 5 Markeer vragen en antwoorden

Vraag 1.
Maak onderscheid tussen plantaardige en dierlijke cel. [NCT 2011]
Antwoord geven:
Verschillen:

Dierlijke celPlantaardige cel
(i) Celwand is afwezig.(i) Er is een stijve celwand aanwezig
(ii) Chloroplasten zijn afwezig.(ii) Chloroplasten zijn aanwezig.
(iii) Centrosome (een celorganel dat helpt bij celdeling) is aanwezig in de buurt van de kern.(iii) Centrosoom is afwezig
(iv) Vacuolen zijn afwezig klein van formaat.(iv) Vacuolen zijn aanwezig en groter in omvang.

Vraag 2.
Geef aan of de volgende uitspraken waar (T) of niet waar (F) zijn. [NCERT]

  1. Eencellige organismen hebben een eencellig lichaam.
  2. Spiercellen zijn vertakt.
  3. De fundamentele levende eenheid van een organisme is een orgaan.
  4. Amoebe heeft een onregelmatige vorm.

Vraag 3.
Schrijf korte notities over het volgende: [NCERT]

  1. Cytoplasma is de vloeistof die aanwezig is tussen het celmembraan en de kern. Organellen van cellen zijn aanwezig in het cytoplasma. Dit zijn mitochondriën, Golgi-lichamen, ribosomen, enz. Cytoplasma bestaat uit basiselementen zoals C, H, O en N. Ze worden aangetroffen in de vorm van koolhydraten, eiwitten en water.
  2. Kern van een cel is over het algemeen bolvormig en bevindt zich in het midden van de cel. De kern wordt van het cytoplasma gescheiden door een membraan dat het kernmembraan wordt genoemd. Nucleus bevat ook nucleolus en chromosomen. Nucleus helpt bij overerving en fungeert als controlecentrum van de activiteiten van de cel.

Vraag 4.
Beschrijf de variaties in vorm en grootte van cellen.
Antwoord geven:
Celgrootte. Sommige cellen zijn erg klein en alleen zichtbaar met een microscoop. Kleinste cel is van bacterie, PPLO. Een struisvogelei is de grootste dierlijke cel. In planten heeft een alg, Acetabularia een enkele cel van ongeveer 10 cm lang.
Celvormen zijn zeer divers. Sommige cellen, zoals die van Amoeba en witte bloedcellen, veranderen voortdurend van vorm. De meeste cellen behouden echter hun constante vorm. De vorm van de cel is gerelateerd aan zijn functie.

Vraag 5.
Noem de verschillende delen van de kern en geef de functie van elk deel.
Antwoord geven:

  1. Kernmembraan - Het scheidt de kern van het cytoplasma. Het maakt de uitwisseling van stoffen tussen het nucleoplasma en het cytoplasma mogelijk.
  2. Nucleoplasma - Chromosomen en nucleoli zijn aanwezig in het nucleoplasma.
  3. Chromosomen — Spelen een belangrijke rol bij de overerving van karakters van de ene generatie op de andere.

Vraag 6.
Geef de functies van de volgende delen van de cel:

  1. Vacuolen slaan de chemische producten op die zich in de cel ophopen vanwege de verschillende levensfuncties die in de cel plaatsvinden.
  2. Centriolen die aanwezig zijn in dierlijke cellen houden zich bezig met celdeling.
  3. Cellulose is aanwezig in plantencellen en geeft stijfheid en bescherming aan de cel.
  4. Plasmamembraan beschermt de cel en laat materialen door de kleine gaatjes naar binnen en naar buiten.
  5. Nucleus regelt alles wat zich in de cel afspeelt.

Vraag 7.
Leg de wijze van celdeling in Amoeba uit. [KVS 2006, 2007, 2008]
Antwoord geven:
De cel deelt zich en splitst zich in twee delen die bekend staan ​​​​als dochtercellen. De dochtercellen zijn identiek aan de oudercel. De kern van de oudercel deelt zich in tweeën, gevolgd door de deling van het cytoplasma. Ten slotte worden de twee dochtercellen gevormd.

Vraag 8.
Hoe vindt groei plaats in meercellige organismen? [NCT 2005 MSE (Chandigarh) 2008]
Antwoord geven:
In meercellige organismen delen de cellen zich voor reproductie en vermenigvuldigen ze zich ook voor groei. De toename van het aantal cellen wordt veroorzaakt door celdeling. De aldus geproduceerde cellen ondergaan een verandering in grootte en vorm en het hele organisme vertoont alle groei.

NCERT-oplossingen voor Klasse 8 Wetenschap Hoofdstuk 8 MCQ's

Vraag 1.
De structuur die Robert Hooke onder zijn zelfontworpen microscoop observeerde, was:
(a) celwand
(b) celmembraan
(c) zowel (a) als (b)
(d) levende cel
Antwoord geven:
(een)

Vraag 2.
Welke van de volgende wordt bedekt door een enkel membraan?
(a) Mitochondriën
(b) Vacuole
(c) Lysosoom
(d) Plastide
Antwoord geven:
(B)

Vraag 3.
Keuken van de cellen staat bekend als
(a) mitochondriën
(b) endoplasmatisch reticulum
(c) chloroplast
(d) Golgi-apparaat.
Antwoord geven:
(C)

Vraag 4.
Celtheorie werd gegeven door
(a) Schleiden en Schwann
(b) Virchow
(c) Robert Hooke
(d) Haeckel
Antwoord geven:
(een)

Vraag 5.
Het enige celorganel dat wordt gezien in de prokaryote cel is:
(a) mitochondriën
(b) ribosomen
(c) plastiden
(d) lysosomen
Antwoord geven:
(B)

Vraag 6.
Organel zonder celmembraan is
(a) ribosoom
(b) Golgi-apparaat
(c) chloroplast
(d) kern
Antwoord geven:
(een)

Vraag 7.
Welk organel staat bekend als de voorraadkamer van de ! cel ?
(a) Mitochondriën
(b) Vacuole
(c) Ribosomen
(d) Golgi-complex
Antwoord geven:
(NS)

Vraag 8.
Groene plastiden worden ook wel
(a) chromoplasten
(b) chloroplasten
(c) chromatine
(d) geen van deze
Antwoord geven:
(B)

Vraag 9.
Welke van de volgende is niet eencellig?
(a) Euglena
(b) Paramecium
(c) Kip
(d) Amoeba
Antwoord geven:
(C)

Vraag 10.
Draadachtig lichaam dat in de kern van de cel ligt is
(a) cytoplasma
(b) chromosoom
(c) nucleoplasma
(d) mitochondrion
Antwoord geven:
(B)

Vraag 11.
Welke van deze cellen zal een celwand om zich heen hebben?
(a) Wangcellen
(b) Zenuwcellen
(c) Uienschilcellen
(d) Bloedcellen
Antwoord geven:
(C)


Molecuultransport en -modificatie

Moleculen gesynthetiseerd in de ER-uitgang via speciale transportvoertuigen die hun inhoud naar het Golgi-apparaat vervoeren. De blaasjes fuseren met Golgi cisternae en geven hun inhoud vrij in het interne gedeelte van het membraan. De moleculen worden gemodificeerd terwijl ze tussen cisternae-lagen worden getransporteerd.

Er wordt gedacht dat individuele zakjes niet direct verbonden zijn, dus de moleculen bewegen tussen cisternae door een opeenvolging van ontluikende, blaasjesvorming en fusie met de volgende Golgi-zak. Zodra de moleculen het trans-vlak van de Golgi bereiken, worden blaasjes gevormd om materialen naar andere plaatsen te "verschepen".

Het Golgi-apparaat wijzigt veel producten uit het ER, waaronder eiwitten en fosfolipiden. Het complex vervaardigt ook zelf bepaalde biologische polymeren.

Het Golgi-apparaat bevat verwerkingsenzymen, die moleculen veranderen door koolhydraatsubeenheden toe te voegen of te verwijderen. Zodra er wijzigingen zijn aangebracht en moleculen zijn gesorteerd, worden ze via de transportblaasjes door de Golgi uitgescheiden naar hun beoogde bestemmingen. Stoffen in de blaasjes worden uitgescheiden door exocytose.

Sommige moleculen zijn bestemd voor het celmembraan, waar ze helpen bij membraanreparatie en intercellulaire signalering. Andere moleculen worden uitgescheiden naar gebieden buiten de cel.

Transportblaasjes die deze moleculen dragen, versmelten met het celmembraan en geven de moleculen vrij aan de buitenkant van de cel. Weer andere blaasjes bevatten enzymen die cellulaire componenten verteren.

Deze blaasjes vormen celstructuren die lysosomen worden genoemd. Moleculen die vanaf de Golgi worden verzonden, kunnen ook door de Golgi worden opgewerkt.


Resultaten

Blok van TAG-synthese verstoort het endomembraansysteem

Omdat het proces van autofagie afhankelijk is van membraan- en eiwitinvoer van de rest van het endomembraansysteem via directe contacten en vesiculaire handelsroutes [20], analyseerden we eerst de morfologie van belangrijke op membranen gebaseerde organellen om de aard van autofagie-defect te begrijpen in dga1Δ lro1Δ cellen (Fig. 1a-c, Extra bestand 1: Fig. S2). Markers van peroxisomen, late endosomen en vacuolen vertoonden distributiepatronen die vergelijkbaar waren met die in wildtype cellen (aanvullend bestand 1: Fig. S2). Daarentegen merkten we substantiële veranderingen op in de ER, Golgi en mitochondriën (Fig. 1a-c, Aanvullend bestand 1: Fig. S2). Als dga1Δ lro1Δ cellen kwamen stikstofgebrek binnen, bolvormige structuren ontsproten uit het ER, het multi-punctapatroon van Golgi-markereiwitten verdween en mitochondriën raakten gefragmenteerd. Dezelfde veranderingen werden waargenomen met behulp van meerdere markereiwitten van dezelfde organellen (Fig. 1a, Aanvullend bestand 1: Fig. S2), wat suggereert dat een algehele verandering in de omstandigheden van de gelabelde organellen, in plaats van die van individuele eiwitten, optrad in dga1Δ lro1Δ cellen. De veranderingen in de morfologie van organellen gebeurden geleidelijk. Het tempo van deze veranderingen viel samen met het optreden van autofagie-remming, zoals aangegeven door de vermindering van het aantal GFP-Atg8-positieve autofagische structuren (Fig. 1a, d). Colocalisatie-analyse onthulde dat de bollen zowel ER- als Golgi-eiwitten bevatten (figuur 2a). Ze waren niet sterk gekleurd door BODIPY (Fig. 2b), wat aangeeft dat de bollen gescheiden zijn van lipidedruppeltjes, die ook vaak associëren met het ER. De grootte van de meeste bollen was zichtbaar groter dan die van reguliere autofagosomen. In live-cel-superresolutiemicroscopie konden we gemakkelijk een ringachtige structuur zien in wildtype cellen die GFP-Atg8 tot expressie brengen. Onder dezelfde voorwaarde, weinig ER-lampen in dga1Δ lro1Δ cellen vertoonden holle holtes (figuur 2c), wat impliceert dat de structuren membraaneiwitten en mogelijk membraanstructuren binnenin bevatten. We hebben de ER-lampen verder gekarakteriseerd door transmissie-elektronenmicroscopie (TEM). In die monsters werd ER gelabeld met een Apex2-chimeer en gekleurd met diaminobenzidine (DAB) [35]. In dga1Δ lro1Δ cellen, observeerden we membraanachtige elektronendichte structuren op of verbonden met de ER (figuur 2d). De elektronendichte structuren waren afwezig in wildtype cellen, wat impliceert dat ze overeenkomen met de bolvormige structuren die worden gezien onder lichtmicroscopie. Bij time-lapse-beeldvorming leken de bolvormige structuren uit de ER te komen (figuur 2e). Voor Golgi-eiwitten die teruggaan naar het ER, vond hun translocatie naar het reguliere ER-netwerk (zowel de nucleaire als de perifere pool) eerst plaats, in een tijdsperiode die overeenkomt met die van het verschijnen van de ER-bol (Fig. 2e). Het verschijnen van Golgi-eiwitten in de ER-bollen vond veel later plaats, bijna 1 uur na uithongering (Fig. 2e), wat impliceert dat de aanwezigheid van Golgi-eiwitten bij de bollen secundair is aan hun regressie in het ER. Deze resultaten tonen aan dat de impact van het blokkeren van TAG-synthese niet beperkt is tot de autofagieroute. Het leidde tot aanzienlijke verstoringen in het endomembraansysteem, waardoor de normale handel in ER-Golgi-eiwitten werd verstoord.

Blokkering in TAG-synthese verstoort het endomembraansysteem. een Uithongering veroorzaakt veranderingen in de ER-, Golgi- en mitochondriale morfologie in cellen die defect zijn in de TAG-synthese (dga1Δ lro1Δ). Cellen die aangegeven organelmarkers tot expressie brachten, werden overgebracht van rijk medium naar stikstofverhongeringsmedium. Organelmorfologie werd waargenomen door fluorescentiemicroscopie op de aangegeven tijdstippen. Representatieve beelden van drie onafhankelijke herhalingen worden getoond. DIC, differentieel interferentiecontrast Slice, een enkel schijfje in de fluorescentie z-stack Projection, maximale intensiteitsprojectie van de fluorescentie z-stack. Autofagosoom*, complete of onvolledige autofagosomale structuur. Pijlen, bolvormige structuren op de ER. Schaalbalk, 2 m. b–d Kwantificering van organeldefecten in een. B Aantal ER-lampen per cel. C Percentage cellen met abnormale organelmorfologie (ER-bolvorming, Golgi-verdwijning, mitochondriale fragmentatie). NS Progressie van autofagie-defect zoals aangegeven door de afname van het aantal GFP-Atg8-stippen. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3. e Remming van ER-uitgang leidt tot verdwijning van Golgi en verslechtering van de rekrutering van Atg-eiwit. sec16-ts cellen die aangegeven organelmarkers tot expressie brengen, werden eerst gekweekt tot mid-log-fase onder tolerante temperatuur, vervolgens overgebracht naar stikstofverhongeringsmedium en geïncubeerd onder ofwel tolerante temperatuur of niet-permissieve temperatuur gedurende 1 uur. Afbeeldingen gepresenteerd als in een. F Kwantificering van Golgi-defecten in e. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3. G Kwantificering van Atg1- en Atg8-rekruteringsdefecten in e. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3

Karakterisering van defecten aan het endomembraansysteem in TAG-productiedefecte cellen. een De bolvormige ER-structuur bevat meerdere ER- en Golgi-eiwitten. Cellen die twee eiwitchimeren samen tot expressie brachten, zoals aangegeven, werden gedurende 1 uur uitgehongerd. Representatieve beeldsegmenten van afzonderlijke kanalen en samengevoegde kanalen worden weergegeven. Pijlen, bolvormige structuren op de ER. Schaalbalk, 2 m. B De bolvormige ER-structuren zijn geen lipidedruppeltjes. Cellen die Elo3-BFP tot expressie brengen, werden gedurende 1 uur uitgehongerd en gekleurd met BODIPY. Afbeeldingen gepresenteerd als in een. C De ER-bollen zijn geen holle blaasjes. Cellen werden gedurende 1 uur uitgehongerd. Autofagosomen en ER-lampen werden afgebeeld met behulp van de Super Resolution via Optical Re-assignment (SORA) -techniek. Schaalbalk, 2 m. NS Elektronenmicrofoto van gistcellen die de aangegeven genotypen dragen. Cellen die Emc1-GFP-Apex2 tot expressie brengen, werden 1 uur uitgehongerd en gekleurd met DAB. Representatieve transmissie-elektronenmicrofoto's van twee onafhankelijke herhalingen worden getoond. N, kern. V, vacuolen. Paarse pijlen, elektronendichte structuren verbonden met het ER. Invoegingen hieronder, vergrote weergave van afgebakend gebied erboven en drie extra gebieden van dga1Δ lro1Δ monsters, die de elektronendichte structuren tonen. Schaalbalk, 0,5 m. e Time-lapse beeldvorming van de endomembraan defecten. dga1Δ lro1Δ cellen werden overgebracht van rijk medium naar stikstofverhongeringsmedium. Representatieve beeldsegmenten (Emc1) of projecties (Sec7, Vrg4) op het aangegeven tijdstip worden weergegeven. Tijd 0 komt overeen met 20 min na de mediumoverdracht. Schaalbalk, 2 μm

We hebben eerder gemeld dat het autofagie-defect in dga1Δ lro1Δ cellen werd gekenmerkt door verminderde rekrutering van Atg8, Atg1 en Atg5, maar niet de scaffold-eiwitten, naar de fagofoorassemblageplaats (PAS) [26]. Om de relatie tussen endomembraanveranderingen en autofagie te onderzoeken, hebben we geëxperimenteerd met het blokkeren van ER-eiwitexport met behulp van een temperatuurgevoelige mutant van SEC16. Bij het overschakelen naar een niet-permissieve temperatuur, sec16-ts cellen verloren geleidelijk de punctaatverdeling van Golgi-markereiwitten (Fig. 1e, f), waardoor de endomembraanverandering die wordt gezien in gedeeltelijk wordt gereproduceerd dga1Δ lro1Δ cellen. Inactivering van Sec16 verminderde ook PAS-rekrutering van Atg8 en Atg1 (Fig. 1e, g). Dit resultaat komt overeen met het ER-Golgi-traffickingdefect dat een belangrijke bijdrage levert aan het autofagiedefect in dga1Δ lro1Δ cellen.

Endomembraandefecten in TAG-productiedefecte cellen worden veroorzaakt door de accumulatie van een intermediaire metaboliet

Ongeacht de complexiteit van potentiële stroomafwaartse signalering, komt het effect van het blokkeren van een biochemische reactie vaak voort uit veranderingen in de niveaus van de stroomopwaartse metabolieten, stroomafwaartse metabolieten of een combinatie daarvan. Hier hebben we een stapsgewijze benadering gevolgd om de kritische metaboliet te lokaliseren die de endomembraan- en autofagie-verstoringen veroorzaakt. Eerst analyseerden we mutanten zonder enzymen die mogelijk betrokken zijn bij TAG-hydrolyse of productgebruik [32] en vonden geen substantiële veranderingen in autofagische flux, zoals gemeten met de pho8Δ60-test en GFP-Atg8-verwerkingstest (aanvullend bestand 1: Fig. S1B-C) . Wij en anderen hebben eerder aangetoond dat de gevestigde TAG-lipasen, Tgl3 en Tgl4, niet essentieel zijn voor autofagie [26, 32]. Concluderend dat autofagie geen TAG-gebruik vereist, hebben we onze resterende analyse gericht op stroomopwaartse reacties die leiden tot of afwijken van TAG-synthese.

TAG en fosfolipiden zijn beide glycerolipiden en delen vroege stadia van hun biosynthese tot aan fosfatidinezuur (PA) en diacylglycerol (DAG) (aanvullend bestand 1: Fig. S1A). We vonden dat opregulatie van de fosfolipidesynthese, ofwel door de transcriptionele repressie van de enzymen te verlichten (opi1Δ) of door toevoeging van reactanten (inositol, choline en ethanolamine / ICE) [31], leidde tot herstel van de morfologie van Golgi en mitochondriën (Fig. 3a, b). De ER-morfologie werd grotendeels hersteld met slechts sporadische bolvormige structuren, maar met een zichtbare uitzetting van niet-nucleaire ER-membranen (Fig. 3a, b). Een dergelijke expansie is eerder in verband gebracht met opregulatie van de biosynthese van fosfolipiden [34, 36]. Van de geteste reactanten was choline alleen in staat om de defecten significant te verbeteren (gegevens niet getoond), maar de toevoeging van alle drie (ICE) leidde tot maximaal herstel. autofagie in dga1Δ lro1Δ werd ook teruggevonden door opi1Δ en ICE-suppletie, zoals aangegeven door de vorming van GFP-Atg8 puncta, GFP-Atg8-verwerking en pho8Δ60 enzymatische activering (Fig. 4a, b, e-g). Verder werd het karakteristieke Atg1- en Atg5-rekruteringsdefect teruggedraaid door de toevoeging van ICE (Fig. 4c, d).

Het opreguleren van fosfolipidesynthese of het beperken van de instroom van precursoren redt endomembraandefecten in TAG-productie-defecte cellen. een, B De productie van fosfolipiden werd opgereguleerd door (1) knock-out OPI1 of (2) het leveren van belangrijke reactanten (inositol, choline en ethanolamine/ICE). Precursor-instroom werd beperkt door (1) 100-voudige vermindering van glucosetoevoer (0,02% glucose), (2) chemische remming van vetzuursynthase (cerulenine), (3) eliminatie van belangrijke vetacyl-CoA-synthetasen (faa1Δfaa4Δ), of (4) eliminatie van een sleutel lysoPA acyltransferase (slc1Δ). een Representatieve afbeeldingen gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Schaalbalk, 2 m. B Kwantificering van cellen die organeldefecten vertonen. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3

Het opreguleren van fosfolipidesynthese of het beperken van de instroom van precursoren herstelt autofagie in TAG-productie-defecte cellen. Autofagie werd beoordeeld door vorming van GFP-Atg8 puncta (een, B), vorming van Atg1 en Atg5 puncta (C, NS), proteolytische verwerking van GFP-Atg8 (e), en pho8Δ60-assay (f–k). Inductie van fosfolipideproductie en vermindering van de instroom van precursoren werden bereikt zoals in Fig. 3. een, C Representatieve microscopiebeelden gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Cellen uitgehongerd gedurende 1 uur. B, NS Kwantificering van Atg8, Atg1 en Atg5 puncta per cel in een, C. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3. e Representatieve immunoblots van drie onafhankelijke herhalingen. Cellen uitgehongerd gedurende 2 uur. f–k pho8Δ60 enzymatische test. Cellen uitgehongerd gedurende 4 uur. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3

Vervolgens hebben we verschillende benaderingen gevolgd om de koolstofinstroom naar de synthese van glycerolipiden te verminderen, waaronder (1) 100-voudige vermindering van de glucosetoevoer (0,02% glucose), (2) chemische remming van vetzuursynthase (cerulenine), (3) eliminatie van belangrijke vetacyl-CoA-synthetasen (faa1Δfaa4Δ), en (4) eliminatie van een van de twee belangrijkste lysoPA-acyltransferasen (slc1Δ) [31, 37]. Met de eerste twee benaderingen zijn de morfologieën van ER, Golgi en mitochondriën in dga1Δ lro1Δ cellen bleven normaal na uithongering (Fig. 3a, b). Voor faa1Δfaa4Δ, was het herstel van de ER-morfologie gedeeltelijk, mogelijk omdat de recycling van vrije vetzuren door acyl-CoA-synthetasen slechts een deel van de instroom van lipide-precursoren vertegenwoordigt. Het gedeeltelijke effect veroorzaakt door: slc1Δ is ook consistent met de aanwezigheid van resterende lysoPA-acyltransferasen. De absolute niveaus van autofagie werden lager met minder glucose (Fig. 4a, b, h), mogelijk als gevolg van de afhankelijkheid van autofagie van energieproductie. Cerulenine verminderde bovendien ook de totale autofagische flux (Fig. 4e, i). Niettemin zorgden zowel lage glucose als cerulenine ervoor dat de niveaus van autofagie vergelijkbaar werden tussen dga1Δ lro1Δ en wild-type controles. De PAS-rekrutering van Atg1 en Atg5 was moeilijk te beoordelen in een lage glucoseconditie vanwege een zwak signaal (gegevens niet getoond). De rekrutering van deze twee Atg-eiwitten werd normaal met behandeling met cerulenine (figuur 4c, d). Voor faa1Δfaa4Δ, autofagie werd volledig hersteld, zoals aangegeven door alle drie de tests (Fig. 4a, b, e, j). Voor slc1Δ, hoewel het aantal GFP-Atg8 werd teruggevonden (Fig. 4a, b), was de uiteindelijke autofagische flux zoals aangegeven door GFP-Atg8-verwerking en pho8Δ60 nog steeds gedeeltelijk aangetast (Fig. 4e, j).

De benaderingen die we hebben gevolgd om de synthese van glycerolipiden te verminderen, interfereerden met respectievelijk de stappen van glucoseconsumptie, vetzuursynthese, gebruik van vrije vetzuren en lyso-PA naar PA-conversie. Omdat alle vier de benaderingen effectief zijn in het redden van de fenotypes, wijzen deze gegevens gezamenlijk op metabolieten stroomafwaarts van PA-synthese als de endomembraanverstoorder. Gecombineerd met het feit dat het omleiden van PA en DAG naar de synthese van fosfolipiden ook leidt tot redding van het fenotype, impliceren deze gegevens dat de defecten in het endomembraansysteem en autofagie in dga1Δ lro1Δ cellen worden veroorzaakt door de accumulatie van een intermediaire metaboliet, waarbij PA en DAG de belangrijkste verdachten zijn.

Honger roept complexe veranderingen op in het signaleringsnetwerk. Om te onderzoeken of het onderzochte verband tussen lipiden en het endomembraansysteem afhangt van uithongering, hebben we de synthese van glycerolipiden in cellen onder voedingsrijke toestand verhoogd door het groeimedium aan te vullen met oliezuur (OA). Terwijl wildtype cellen tolerant waren voor OA, dga1Δ lro1Δ cellen leden aan verstoring in het endomembraansysteem (aanvullend bestand 1: Fig. S3A-B). De reacties waren over het algemeen vergelijkbaar met die onder verhongering, zij het met een meer prominente herverdeling van ER-markeringen naar de bollen, waardoor het reguliere ER-netwerk vaag zichtbaar bleef (aanvullend bestand 1: Fig. S3A). Mogelijk vanwege deze sterkere ER-respons, werd het ER-herstel veroorzaakt door opi1Δ was slechts gedeeltelijk. Omdat acyl-CoA-synthetasen essentieel zijn bij de assimilatie van exogene vetzuren, werden OA-geïnduceerde verstoringen volledig voorkomen door faa1Δfaa4Δ. Voor slc1Δ, was het herstel van de organelmorfologie opnieuw gedeeltelijk. Deze gegevens impliceren dat met of zonder honger, dezelfde lipiden de verstorende effecten veroorzaken.

Blokkering in TAG-synthese leidt tot concentratie van DAG op de ER

Vervolgens onderzochten we de subcellulaire lokalisatie en de totale hoeveelheid DAG. In zowel wildtype als dga1Δ lro1Δ cellen onder groeiconditie, was DAG voornamelijk aanwezig op de volgende plaatsen: ontluikende knoppen, vacuolair membraan, late endosomen en late Golgi/vroege endosomen, zoals aangegeven door het signaal van een fluorescente eiwitprobe op basis van PKCδ C1-domein (GFP-PKCδ) (Fig. 5a, b) [38]. Het signaal op de knoppen was het helderst. Er was geen signaal waarneembaar op de vroege Golgi (gegevens niet getoond). Er was slechts een heel zwak signaal van de sonde op de spoedeisende hulp. Uithongering veranderde de algehele verdeling van DAG in wildtype cellen niet, behalve het verminderen van het aantal ontluikende knoppen (Fig. 6a). In tegenstelling tot, dga1Δ lro1Δ cellen vertoonden een dramatische verschuiving van de sonde van de bovengenoemde plaatsen naar de ER (Fig. 5a, b). Het signaal van de sonde was geconcentreerd op de bolvormige structuren, colokaliserend met daarin ER-eiwitten. We onderzochten ook de distributie van DAG met een tweede sonde op basis van PKCβ C1-domein (GFP-PKCβ), die vergelijkbare verplaatsing vertoonde naar ER-lampen in dga1Δ lro1Δ cellen (Fig. 5a). De verandering in subcellulaire DAG-distributie ging gepaard met een ongeveer drievoudige toename van het totale DAG-niveau, zoals onthuld door lipidomische kwantificering (Fig. 5c) en dunnelaagchromatografie (TLC) (Fig. 5d). Bovendien is de mate van DAG-accumulatie in dga1Δ lro1Δ cellen kunnen gedeeltelijk worden verzacht door ofwel een verhoogd verbruik (opi1Δ) of verminderde aanvoer van precursoren (faa1Δfaa4Δ, of slc1Δ). Consequent, manipulaties op intermediair verbruik en aanbod van precursoren ook volledig (opi1Δ, ICE, 0,02% glucose, of faa1Δfaa4Δ) of gedeeltelijk (slc1Δ) elimineerde de verplaatsing van de DAG-sonde naar de ER (figuur 5e).

Accumulatie van DAG op de ER in TAG-productie defecte cellen. een Honger veroorzaakt intracellulaire DAG-accumulatie in dga1Δ lro1Δ cellen. Cellen van het aangegeven genotype dat DAG-probes tot expressie brengt (GFP-PKCδ en GFP-PKCβ) werden gekweekt tot de mid-log-fase en vervolgens gedurende 1 uur uitgehongerd. Afbeeldingen gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Gele pijlen, concentratie van DAG bij de knoppen in normale cellen. Paarse pijlen, ophoping van DAG bij intracellulaire bollen. Schaalbalk, 2 m. B Uithongering veroorzaakt DAG-accumulatie bij de ER in dga1Δ lro1Δ cellen. Cellen behandeld als in een, behalve dat aanvullende organelmarkers (ER, vacuole, late Golgi en late endosoom) samen tot expressie werden gebracht. Afbeelding gepresenteerd zoals in Fig. 2a. Pijlen, incidenties van GFP-PKCδ-colokalisatie met organelmarkers. Schaalbalk, 2 m. C, NS Totale cellulaire DAG. Cellen van het aangegeven genotype werden tot mid-log-fase gekweekt en vervolgens gedurende 1 uur uitgehongerd. Lipiden werden geëxtraheerd en geanalyseerd door massaspectrometrie-geassisteerde kwantificering (C) of dunnelaagchromatografie (TLC) (NS). C Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3. NS Representatief beeld van drie onafhankelijke herhalingen. e Manipulatie van de syntheseroute van glycerolipiden verandert de DAG-lokalisatie. De productie van fosfolipiden werd opgereguleerd door (1) knock-out OPI1 of (2) het leveren van belangrijke reactanten (inositol, choline en ethanolamine/ICE). De instroom van voorlopers werd beperkt door (1) 100-voudige vermindering van de glucosetoevoer (0,02% glucose), (2) chemische remming van vetzuursynthase (cerulenine) of (3) eliminatie van een belangrijk lysoPA-acyltransferase (slc1Δ). Cellen werden gedurende 1 uur uitgehongerd. Afbeeldingen gepresenteerd als in een. Schaalbalk, 2 m. F Exogene DAG induceert endomembraandefecten. 1,2-Dioctanoyl-sn-glycerol met de aangegeven concentraties werd toegevoegd aan verhongeringsmedium dat 0,02% glucose bevatte. Cellen werden gedurende 1 uur uitgehongerd. Afbeeldingen gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Schaalbalk, 2 μm

Overtollig DAG, maar niet PA, is de oorzaak van endomembraan- en autofagiedefecten in TAG-productiedefecte cellen. a–c Bewusteloos slaan DGK1 verergert endomembraandefecten in dga1Δ lro1Δ cellen. een Representatieve afbeeldingen gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Gele pijlen, concentratie van DAG bij de knoppen in normale cellen. Paarse pijlen, ER-lampen. Schaalbalk, 2 m. B Aantal ER-lampen per cel. C Percentage cellen met abnormale organelmorfologie (ER-bolvorming, Golgi-verdwijning, mitochondriale fragmentatie). Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3. NS, e Bewusteloos slaan DGK1 verergert autofagie defect in dga1Δ lro1Δ cellen. Autofagische flux werd gemeten door NS proteolytische verwerking van GFP-Atg8, en e pho8Δ60-test. Resultaten gepresenteerd zoals in Fig. 4e, f. FH Overexpressie van DGK1 en PAH1 produceert tegengestelde effecten op de vorming van de ER-bol in dga1Δ lro1Δ cellen. F Representatieve afbeeldingen gepresenteerd zoals in Fig. 1a. Schaalbalk, 2 m. G Aantal ER-lampen per cel. H Percentage cellen met ER-lampen. Foutbalk, standaarddeviatie, N = 3

Overmatige DAG, niet PA, veroorzaakt endomembraandefecten in TAG-productie defecte cellen

In overeenstemming met het feit dat DAG-accumulatie een kandidaat-oorzakelijke factor is voor de verstoringen, ontdekten we dat de toevoeging van 1,2-dioctanoyl-sn-glycerol (een celpermeabele DAG-analoog) leidde tot ER-bolvorming, mitochondria-fragmentatie en autofagie-remming in dga1Δ lro1Δ cellen geïncubeerd in uithongeringsmedium dat 0, 02% glucose bevat (figuur 5f).

De onderlinge omzetting tussen PA en DAG wordt voornamelijk gemedieerd door twee enzymen, Pah1 (PA-fosfatase) en Dgk1 (DAG-kinase) (Aanvullend bestand 1: Fig. S1A) [31, 39, 40]. Verwijdering van PAH1 veroorzaakte ook pleiotrope verstoringen in het endomembraansysteem (Aanvullend bestand 1: Fig. S4A). De nucleaire ER/nucleaire envelop was aanzienlijk vergroot in pah1Δ cellen [41]. Er waren echter geen bolvormige structuren aanwezig. Zowel vroege Golgi als late Golgi/vroege endosoom bleven zichtbaar als meerdere puncta, behalve dat een fractie van vroege Golgi-eiwitten ook op grote plaatachtige structuren verscheen. Vacuolen raakten gefragmenteerd, zoals eerder gemeld [42]. In plaats van te fragmenteren in meerdere sferen zoals in dga1Δ lro1Δ cellen, mitochondriën in pah1Δ cellen werden enigszins geclusterd en de resterende buisvormige structuren waren korter en minder onderling verbonden. Behalve vacuolaire fragmentatie waren alle hierboven beschreven veranderingen al aanwezig in pah1Δ cellen onder groeiconditie (aanvullend bestand 1: Fig. S4A). De veranderingen werden ernstiger naarmate pah1Δ cellen verhongerden. Merk op dat autofagie ook werd geremd in pah1Δ cellen, maar toch OPI1 knock-out heeft de remming niet opgeheven (aanvullend bestand 1: Fig. S4B). Aangezien de veranderingen van het endomembraansysteem in pah1Δ cellen waren drastisch anders dan die in dga1Δ lro1Δ cellen, zijn de onderliggende oorzaken van hun autofagieremming waarschijnlijk verschillend. Bij de novo glycerolipidesynthese wordt PA-naar-DAG-conversie direct stroomopwaarts van DAG-naar-TAG-conversie gepositioneerd [31]. Dienovereenkomstig, het elimineren van enzymen in beide stappen (pah1Δ lro1Δ PGAL-DGA1 in glucosebevattende media) produceerde een fenotype dat leek op dat van pah1Δ (Aanvullend bestand 1: Fig. S4C).

Verwijdering van DGK1 alleen leverde geen duidelijk fenotype op. Aan de andere kant, verwijdering van DGK1 in de dga1Δ lro1Δ achtergrond overdreef de morfologische veranderingen, waarbij ER-bolvorming, Golgi-verdwijning en mitochondriënfragmentatie allemaal ernstiger waren dan dga1Δ lro1Δ alleen (Fig. 6a-c). Deze defecten kwamen ook eerder naar voren in de triple knockout-cellen (gegevens niet getoond). De niveaus van DAG in dgk1Δ dga1Δ lro1Δ cellen waren iets hoger dan die in dga1Δ lro1Δ cellen, hoewel de verschillen niet statistisch significant waren (figuur 5c). Autofagische flux in dgk1Δ dga1Δ lro1Δ cellen was lager dan die in dga1Δ lro1Δ cellen, een effect dat kan worden aangevuld door herexpressie van DGK1 (Fig. 6d, e). In tegenstelling, knock-out DGK1 licht verbeterde autofagie in pah1Δ cellen (Fig. 6e). Deze gegevens ondersteunen een hypothese dat defecten in dga1Δ lro1Δ cellen en pah1Δ cellen worden elk veroorzaakt door de ophoping van DAG en PA, die dgk1Δ verergert respectievelijk verlicht.

In overeenstemming met het feit dat een teveel aan DAG de endomembraanverstoorder is, is overexpressie van DGK1 leidde tot gedeeltelijk herstel van de ER-morfologie, terwijl overexpressie van PAH1 leidde tot een lichte verbetering van de vorming van de ER-bol in dga1Δ lro1Δ cellen (Fig. 6f-h). Een robuuster herstel werd waargenomen met CDS1-overexpressie, die de syntheseroute van glycerolipiden naar fosfolipiden omleidt.

ER-pool van DAG verschilt van die gegenereerd op het Golgi in sfingolipidesynthese

Gezien het drastische effect van DAG op het onderhoud van de Golgi, hebben we onderzocht of de Golgi-pool van DAG kan bijdragen aan de verstoring van het endomembraan in cellen. Deze pool van DAG wordt gegenereerd uit de biosynthese van sfingolipiden [43, 44] en er is voorgesteld om vesiculaire handel uit de Golgi [45] te bevorderen.

Het patroon van ER-markerdistributie in dga1Δ lro1Δ cellen werd niet beïnvloed door de uitputting van Aur1, het eerste enzym in deze reeks reacties (Aanvullend bestand 1: Fig. S5A) [46]. Toevoeging van een Aur1-remmer, aureobasidine A (AbA), tot dodelijke doses tot dga1Δ lro1Δ cellen hadden geen invloed op hun respectieve ER-morfologieën (aanvullend bestand 1: Fig. S5B). Myriocine, een remmer van serine-palmitoyltransferase (SPT) die verantwoordelijk is voor de eerste stap in de synthese van sfingolipiden, verhinderde evenmin de vorming van de ER-bol (aanvullend bestand 1: Fig. S5B). Deze gegevens geven aan dat DAG gegenereerd uit het metabolisme van sfingolipiden geen substantiële rol speelt bij de verstoring van het endomembraansysteem in dga1Δ lro1Δ cellen. We vermoeden dat de hoeveelheid DAG uit deze bron onbeduidend is of dat er een transportbarrière is waardoor het niet in de ER-pool kan komen.

Effecten van intracellulaire DAG zijn niet afhankelijk van Pkc1 of de ongevouwen eiwitrespons

Een potentieel stroomafwaarts doelwit van DAG zijn C1-domeinbevattende eiwitten, waaronder leden van de proteïnekinase C (PKC) -familie [47, 48]. Pkc1 is zowel het enige PKC- als het enige C1-domein dat eiwit in gist bevat. Of Pkc1 wordt gereguleerd door DAG is controversieel in de bestaande literatuur. We ontdekten dat de subcellulaire lokalisatie van Pkc1 verschilde van die van GFP-PKCδ. Zoals gemeld [49], was Pkc1 voornamelijk geconcentreerd op de ontluikende knoppen en knophalzen (aanvullend bestand 1: Fig. S6A). Het patroon van Pkc1 lokalisatie in dga1Δ lro1Δ cellen was vergelijkbaar met die in wildtype cellen onder zowel groei- als verhongeringsomstandigheden (aanvullend bestand 1: Fig. S6A). Bovendien hebben we genen verwijderd die Pkc1 stroomafwaartse signalering mediëren (BCK1, SLT2, MKK1, en MKK2) in dga1Δ lro1Δ cellen en observeerden geen waarneembaar effect op de mate van ER-bolvorming en mitochondria-fragmentatie (aanvullend bestand 1: Fig. S6B) [50]. We hebben ook de mogelijke betrokkenheid van de ongevouwen eiwitrespons (UPR) onderzocht. Het behandelen van wildtype cellen met dithiothreitol (DTT) of tunicamycine veroorzaakte de UPR, zoals blijkt uit de verschuiving in Ire1-subcellulaire distributie van diffuus naar punctaat (Aanvullend bestand 1: Fig. S6C) [51]. Dezelfde verandering deed zich ook voor in dga1Δ lro1Δ cellen bij uithongering (aanvullend bestand 1: Fig. S6C), wat wijst op de aanwezigheid van ER-stress. DTT en tunicamycine waren echter niet in staat om ER-bolvorming te induceren (aanvullend bestand 1: Fig. S6D). ER-bollen in cellen zonder Dga1 en Lro1 werden niet verminderd door uit te schakelen IRE1 (Aanvullend bestand 1: Fig. S6E), wat aangeeft dat de UPR-route niet essentieel is voor hun vorming. Deze gegevens suggereren dat het effect van intracellulaire DAG onafhankelijk is van Pkc1-signalering en de UPR en mogelijk wordt gemedieerd door nieuwe factoren zonder typische C1-domeinen.


DANKBETUIGING

De auteur is vroegere en huidige leden van zijn laboratorium en collega's elders dankbaar voor hun bijdragen aan het werk dat in deze recensie wordt besproken. Het laboratorium van de auteur wordt ondersteund door subsidies van het Ministère de l'Education Nationale, de la Recherche et de la Technologie (UPR ES 469), het Centre National de la Recherche Scientifique (Département des Sciences de la Vie), de Conseil Régional de Bourgogne , en de Délégation Régionale à la Recherche et à la Technologie.


Bekijk de video: lysosomen (Januari- 2022).