Komórka eukariotyczna. Podziały komórkowe

(notatka ze slajdów)

Stosunek powierzchni do jej objętości limituje rozmiary komórki

Błona komórkowa

Skład błony komórkowej:

•

Lipidy (fosfolipidy, glikolipidy, cholesterol)

•

Białka (powierzchniowe i integralne

•

Właściwości:

•

dynamiczna struktura, której elementy (zarówno białka jak i lipidy) mogą

przemieszczać się (model płynnej mozaiki)

•

wykazuje asymetryczność i jest spolaryzowana

•

jest selektywnie przepuszczalna (półprzepuszczalna) dla niektórych cząsteczek

•

Funkcje błony komórkowej

•

otacza żywe komórki i separuje wnętrze komórki od środowiska

•

odpowiada za percepcję bodźców ze środowiska

•

umożliwia łączenie sąsiadujących komórek (desmosomy, złącza

szczelinowe, plasmodesmy)

•

pozwala na obustronną wymianę jonów i cząsteczek z otoczeniem

(transport)

Transport z udziałem błony komórkowej

•

dyfuzja prosta (transport zgodnie z gradientem stężenia substancji, bez błonowego

białkowego przenośnika i udziału energii).

Przez lipidową część błony swobodnie

dyfundują cząsteczki o charakterze niepolarnym np. O2, CO2 , małe polarne związki

np. H2O, mocznik;

•

dyfuzja wspomagana (jak wyżej, ale wymagana jest obecność bialkowego

przenośnika).np. transport fruktozy

•

transport aktywny – transport wymagający udziału energii i błonowego przenośnika.

Umożliwia transport wbrew gradientowi stężeń, np. pompa Na/K

Przez lipidową część błony swobodnie dyfundują (dyfuzja prosta):

•

cząsteczki o charakterze niepolarnym np. O2, CO2

•

małe polarne związki np. H2O, mocznik

Przez błonę komórkową nie przenikają:

•

jony

•

duże polarne cząsteczki, jak np. glukoza

(i te transportowane są na drodze transportu aktywnego lub dyfuzji ułatwionej)

•

makrocząsteczki (białka , kwasy nukleinowe

Transport makrocząsteczek

•

pinocytoza (pobieranie makrocząsteczek wraz z roztworem=środowiskiem)

•

fagocytoza (pobieranie dużych cząstek, np. komórek bakterii)

Retikulum endoplazmatyczne

- wewnątrzkomórkowy układ błon plazmatycznych charakteryzujący się dużą zawartością

białek, brakiem spolaryzowania i asymetrii

Funkcje:

•

system błon siateczki śródplazmatycznej tworzy rejony subkomórkowe (przedziały,

kompartmenty), które umożliwiają jednoczesne zachodzenie wielu procesów

biochemicznych

•

retikulum szorstkie uczestniczy w syntezie białek

•

retikulum gładkie bierze udział w syntezie lipidów oraz detoksyfikacji niektórych

substancji (np. leków, trucizn)

•

Gromadzenie i transport substancji, jonów (np. Ca2+)

•

Błony retikulum przechodzą w sposób ciągły w zewnętrzną błonę otoczki jądrowej

Rybosomy

- struktury zbudowane z dwóch pojednostek będące kompleksami rRNA oraz białek

przeprowadzające proces translacji.

Obecność jonów Mg2+ jest niezbędna do wzajemnego łączenia się obu podjednostek.

Obie podjednostki połączone są w sposób odwracalny.

Na rybosomach synteza białka odbywa się na podstawie sekwencji nukleotydów w mRNA.

Białka syntetyzowane przez wolne rybosomy (nie związane z ER), są znakowane i trafiają do

właściwych docelowych organelli np. jądra.

Na rybosomach siateczki śródplazmatycznej syntetyzowane są białka wydzielane poza

komórkę (sekrecyjne) oraz białka integracje błon biologicznych.

Każda komórka zawiera zmienną ilość rybosomów w zależności od jej aktywności

transkrypcyjnej (ale rybosomów brak w dojrzałych erytrocytach).

Aparat Golgiego

-

złożony z błon retikulum gładkiego odpowiada za chemiczne modyfikacje substancji

zużywanych przez komórkę, bądź wydzielanych poza nią

Funkcje:

•

uczestniczy w aktywacji i modyfikacji białek (zachodzi w nim proces fosforylacji i

glikozylacji białek)

•

stanowi centrum sortujące białka do odpowiednich przedziałów komórkowych

•

bierze udział w egzocytozie

•

w komórkach roślinnych wytwarza wielocukry niezbędne do budowy ściany

komórkowej, w zwierzęcych mukopolisacharydy budujące np. substancje

pozakomórkowe w chrząstce

•

z odrywających się od aparatu pęcherzyków powstają lizosomy

Lizosomy

- pęcherzyki wypełnione enzymami hydrolitycznymi, które rozkładają substancje

wielkocząsteczkowe

Powstawanie:

- z pęcherzyków oddzielających się od aparatu Golgiego

Funkcje:

•

biorą udział w trawieniu wewnątrzkomórkowym substancji o zewnętrznym

pochodzeniu (heterofagia) lub własnych struktur komórkowych (autofagia)

•

zawartość lizosomów może być wydzielona poza komórkę, gdzie uczestniczy w

trawieniu pozakomórkowym

Środowisko lizosomu jest kwaśne, co jest wynikiem działania pompy H+.

Peroksysomy i glioksysomy

- małe organella otoczone pojedynczą błoną zawierające enzymy odpowiedzialne za

przeprowadzanie specyficznych procesów.

Peroksysomy

•

powszechne w komórkach roślin i zwierząt

•

biorą udział w procesach utleniania biologicznego (zawierają katalazę neutralizującą

nadtlenek wodoru)

•

neutralizują alkohol etylowy utleniając go do aldehydu octowego

•

zaangażowane są w metabolizm kwasów tłuszczowych i aminokwasów

•

u roślin uczestniczą w fotooddychaniu

Glioksysomy

•

występują wyłącznie w magazynujących lipidy komórkach nasion

•

zachodzi w nich cykl glioksalowy odpowiedzialny za przemianę lipidów w sacharozę

Mitochondria i chloroplasty

-

półautonomiczne organella przekształcające energię w komórce

PODOBIEŃSTWA W BUDOWIE ORAZ FUNKCJI

•

są jedynymi, poza jądrem, strukturami otocznymi dwiema błonami

•

zawierają własny materiał genetyczny (kolista cząsteczka DNA)

•

posiadają własne rybosomy (70S) (mniejsze od rybosomów cytoplazmatycznych)

•

wykazują pewien stopień autonomii wobec komórek w których się znajdują (część

własnych białek produkują same przy udziale własnego DNA i własnych rybosomów)

•

dzielą się niezależnie od komórki (jądra komórkowego)

•

w błony wewnętrzne tych organelli wbudowane są przenośniki elektronów i zachodzi

w nich synteza ATP

Dowody na prokariotyczne pochodzenie organelli półautonomicznych

•

Obecność nagiej kolistej cząsteczki DNA

•

Zawierają rybosomy 70S

•

Błona wewnętrzna mitochondrium tworzy wpuklenia przypominające mezosomy

bakterii tlenowych

•

Obecność chlorofilu w ciałkach chromatoforowych sinic i błonach tylakoidów

chloroplastów

•

Organella półautonomiczne otoczone są podwójna błoną (wewnętrzna jest dawną

błoną prokarionta, zewnętrzna błoną wakuoli trawiennej komórki eukariotycznej)

Wakuola

- przestrzeń komórki ograniczona błoną śródplazmatyczną (tonoplastem), zawierająca

sok wakuolarny

Powstawanie:

•

z pęcherzków (prawakuol) oddzielających się z retikulum endoplazmatycznego lub

aparatu Golgiego

Składniki soku wakuolarnego:

•

woda (90%)

•

sole mineralne

•

kwasy organiczne, aminokwasy, cukry

•

metabolity wtórne (glikozydy, alkaloidy, garbniki)

•

żywice

•

składniki zapasowe (białka, tłuszcze, polisacharydy)

Funkcje wakuoli:

•

utrzymywanie turgoru komórki

•

magazyn jonów i związków, które uczestniczą w metabolizmie komórki, oraz miejsce

stałego gromadzenia składników zapasowych i toksycznych

•

stanowi wewnętrzne środowisko komórki, zapewniające jej względny stan równowagi

fizjologiczno-biochemicznej przy niekorzystnych zmianach w środowisku

zewnętrznym

Ściana komórkowa

- sztywna i elastyczna struktura otaczająca protoplast komórki

- obecna w komórkach roślinnych, grzybów i niektórych protestów. W każdej z tych grup

organizmów jest ona zbudowana z innych substancji (głównie chityna, celuloza, lignina)

- nadaje komórce kształt, wzmacnia ją i chroni przed mikroorganizmami

Ściana komórkowa u roślin:

- tworzona jest pod koniec podziału komórki w wyniku aktywności aparatu Golgiego (tzw.

ściana pierwotna)

- składnikiem szkieletowym jest celuloza, natomiast „wypełnienie” tworzą woda, pektyny,

hemiceluloza i białka

- znajdująca się między dwiema ścianami blaszka środkowa umożliwia zespolenie

sąsiadujących komórek

- jamki w ścianach umożliwiają kontakt protoplastów sąsiadujących komórek (plazmodesmy)

- często ulega modyfikacjom, np. inkrustracji ligniną lub adkrustacji kutyną lub suberyną

(ściana wtórna)

Cytoszkielet komórkowy

Rodzaje filamentów białkowych tworzących cytoszkielet

Mikrofilamenty:

•

Zbudowane ze splecionych łańcuchów aktyny

•

Odpowiadają za zmianę kształtu i ruch pełzakowaty komórki

•

Poprzez interakcje z miozyną tworzą kurczliwe układy odpowiedzialne za skurcz

mięśni

•

Tworzą pierścień zaciskowy umożliwiający cytokinezę komórek zwierzęcych

Filamenty pośrednie:

•

Zbudowane z różnych białek (np. laminy, keratyny) głównie zapewniają wytrzymałość

mechaniczną komórkom

Mikrotubule:

•

Kształt pustego cylindra zbudowanego z białka tubuliny (układ 9x2+2)

•

W komórkach zwierzęcych i grzybów zakotwiczone w centrosomie zawierającym 2

centriole (układ 9x3)

•

Formują rzęski i wici umożliwiając komórkom poruszanie się (uwaga!odmienna

budowa rzęski bakteryjnej – cylinder pusty w środku zbudowany z flageliny

zakotwiczony w osłonie bakteryjnej)

•

Utrzymują poszczególne organelle w odpowiednim położeniu w komórce

•

Stanowią szlaki transportowe komórki, po których poruszają się organella

komórkowe

•

Tworzą wrzeciono podziałowe umożliwiając precyzyjny rozdział chromosomów do

komórek potomnych

Jądro komórkowe

- największa organella, oddziela od cytoplazmy główny zasób informacji

genetycznej komórki

- jego obecność lub brak w komórkach stanowi podstawę podziału świata istot żywych na

organizmy bezjądrowe (prokarionty) i jądrowe (eukarionty).

- obecne w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem tych najbardziej

wyspecjalizowanych, jak członach rurek sitowych i erytrocytach ssaków.

- zwykle jedno w komórce, ale komórki mogą też posiadać dwa jądra (grzyby, orzęski) lub

więcej (komórki wielojądrowe – plazmodia i syncytia)

Skład chemiczny i funkcje chromatyny

Funkcje jądra komórkowego

•

Do głównych zadań jądra komórkowego należy:

•

Powielanie zawartego w nim materiału genetycznego i

przekazywanie go do komórek potomnych;

•

Przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na

pokolenie dzięki udziałowi w tworzeniu komórek

płciowych;

•

Sterowanie podstawowymi procesami życiowymi

komórki poprzez regulację dwóch ważnych procesów:

odczytywania informacji ukrytych w cząsteczkach DNA i

dostosowania instrukcji w postaci RNA do biosyntezy

białek.

Część II. Podziały komórki

Cykl komórkowy

-obejmuje okres między końcem jednego i końcem następnego podziału komórkowego

Interfaza – okres między dwoma podziałami komórki. Składa się z :

•

Fazy G1 – bezpośrednio po podziale, poprzedza syntezę DNA. W fazie tej następuje

wzmożona synteza białek, organelli i wzrost komórki.

•

Fazy S – faza replikacji DNA (ilość cząsteczek DNA – „c” ulega podwojeniu) i syntezy

histonów, białkowych składników chromosomów.

•

Fazy G2 – obejmującej okres po syntezie DNA do rozpoczęcia mitozy.

Faza M – obejmuje podział komórki (najczęściej mitozę). Składa się z dwóch etapów:

kariokinezy (podział jądra) oraz cytokinezy (podział cytoplazmy).

Zdarza się, że komórka z fazy G1 wchodzi w fazę G0, która jest stanem spoczynkowym

komórki. W fazie tej komórki tracą zdolność dzielenia się.

Cykl komórkowy może być przerwany kiedy komórka wejdzie w stan apoptozy, czyli

zaprogramowaną genetycznie śmierć . Komórka wtedy rozpada się na tzw, ciałka

apoptotyczne, które usuwane są przez komórki odpornościowe. Proces apoptozy komórek

ma ważne znaczenie w prawidłowym rozwoju i życiu organizmów. W przeciwieńastie do

apoptozy nekroza jest zjawiskiem nagłym i spowodowana jest np, mechanicznym

zniszczeniem komórki. Dochodzi do uwolnienia zawartości komórki do tkanki i utworzenia

procesu zapalnego.

Mitoza

- profaza – kondensacja chromatyny (zanik jąderka, wyodrębniają się chromosomy, każdy

zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych), następuje rozpad otoczki jądrowej,

centrosomy rozchodzą się do przeciwnych biegunów komórki

- metafaza – chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej komórki, włókna

wrzeciona przyłączają się do centromerów chromosomów

- anafaza – włókna wrzeciona skracają się, centromery w chromosomach pękają a do

biegunów komórki przyciągane są połówki chromosomów – chromatydy

- telofaza – jest odwróceniem profazy, odtwarzana jest otoczka, następuje de kondensacja

chromatyny, pojawia się jąderko

Znaczenie mitozy

•

Komórki potomne powstałe w wyniku mitotycznego podziału jądra komórkowego nie

różnią się pod względem genetycznym od komórki macierzystej. Mitoza służy zatem

namnażaniu się komórek, niezbędnemu do wzrostu.

•

Niezmienność informacji przekazywanej z komórki do komórki zapewnia możliwość

regeneracji zużytych lub uszkodzonych komórek – dzięki mitozie zostają one

zastąpione przez swoje własne kopie.

•

Mitoza umożliwia bezpłciowe rozmnażanie wielu organizmom. Potomstwo powstałe

tą drogą jest dokładnie takie samo jak organizm rodzicielski, ponieważ ma takie same

geny. Jest nazywane klonem.

•

Poprzedza powstawanie gamet u roślin.

Cytokineza – podział cytoplazmy

W komórkach zwierzęcych w poprzek płaszczyzny równikowej tworzy się bruzda podziałowa.

Jest ona efektem zaciskania się pierścienia zbudowanego z mikrofilamentów aktynowych

W komórkach roślinnych dochodzi do wytworzenia przegrody pierwotnej (fragmoplastu).

Następnie na jej obszarze powstaje pektynowa blaszka środkowa, a po obu jej stronach

celulozowe ściany pierwotne. W procesach tych uczestniczy aparat Golgiego.

Mejoza

Składa się z dwóch podziałów:

•

Redukcyjnego – dochodzi w nim do zmniejszenia materiału genetycznego w dzielącej

sie komórce o połowę (z 2n do n). Składa się z :

Profazy I – w fazie tej zanika otoczka,

wyodrębniają się chromosomy, chromosomy

homologiczne tworzą pary (biwalenty), dochodzi

do wymiany odcinków chromatyd

niesiostrzanych (crossing-over)

Metafazy I – w płaszczyźnie równikowej komórki

układają sie pary chromosomów

Anafazy I – w wyniku skracania włókien

wrzeciona do biegunów komórki rozchodzą sie

pojedyńcze chromosomy

Telofaza I – dekondensacja chromatyny i

odtworzenie jądra

•

Zachowawczego – ma przebieg analogiczny do mitozy (profaza II, metafaza II, anafaza

II, telofaza II)

Znaczenie mejozy

•

Prowadzi do powstania komórek (gamet, zarodników) o zmniejszonej o połowę

liczbie chromosomów i zapobiega zwielokrotnianiu się liczby chromosomów w

kolejnych pokoleniach organizmów rozmnażających się płciowo.

•

Jest źródłem zróżnicowanego genetycznie potomstwa. Powodami tego zróżnicowania

jest:

częściowa, mająca również przypadkowy charakter, wymiana

fragmentów chromosomów pochodzących od ojca i od matki

(crossing- over w profazie I mejozy)

losowe rozchodzenie się chromosomów do jąder potomnych gamet (w

czasie anafazy I mejozy);

Zarówno mitoza, jak i mejoza to pośrednie podziały jądra komórkowego, natomiast amitoza

jest bezpośrednim podziałem jądra (przebiega bez powstawania chromosomów i polega na

przewężeniu jądra i utworzeniu dwóch jąder potomnych. Ma miejsce w makronukleusie

orzęsek lub w komórkach nowotworowych.