1

04.10.2007

METODY STOSOWANE W BIOLOGII KOMÓRKI

Biologia komórki:

 Jest jedną z najszybciej rozwijających i zaawansowanych dziedzin przyrody
 Współczesne badania koncentrują się na budowie, funkcji i zależnościami między

budową a funkcją

 Komórki są podstawowym elementem każdego organizmu
 Każda komórka otoczona jest błoną komórkową
 Cechą charakterystyczna komórki jest zdolność do tworzenia własnych kopii
 Ważnym wydarzeniem dla biologii komórki było wynalezienie mikroskopu

świetlnego w połowie XVII wieku; pozwoliło to odkryć komórkę

Przełomowe daty dla biologii komórki:
1655 – Robert Hook użył prymitywnego mikroskopu i jako pierwszy nazwał elementy korka
komórkami
1676 - Antonie van Leeuwenhoek przy użyciu mikroskopu odkrył pierwotniaki, a w 1685
odkrył bakterie
1833 - Brown obserwując storczyki opisał dokładnie jądro komórek roślinnych
1838 - Schwann i Schleiden ogłosili Teorię Komórkową - każdy organizm roślinny i
zwierzęcy składa się z komórek zawierających jądro komórkowe
1857 –

Kölliker opisał mitochondriom w komórkach mięśniowych

1873 - Golgi Camillo opracował metodę barwienia preparatów mikroskopowych solami
srebra, dzięki czemu zbadał budowę neuronu
1879 - Flemming opisał zachowanie się chromosomów mitotycznych w komórkach
zwierzęcych
1879 – Cayal opracował metody barwienia, które umożliwiły badania nad budową komórki
nerwowej
1898 - Golgi opisał poraz pierwszy struktury, które zostały nazwane od jego nazwiska
(aparaty Golgi'ego)
1902 - Theodor Boveri odkrył związek chromosomów z dziedzicznością
1952 - Pallad i inni rozwinęli metody mikroskopii elektronowej, pozwoliło to dostrzec
budowę cytoszkieletu i ultrastrukturę organelli
1957 - Robertson korzystając z mikroskopii elektronowej wykazał dwuwarstwowy charakter
błony komórkowej

STOSOWANE METODY BADAWCZE W BIOLOGII KOMÓRKI:

Badania mikroskopowe:

 obserwacje mikroskopowe umożliwiają zapoznanie się z budową i funkcją oraz

analizą procesów zachodzących w komórkach

 oglądać można komórki, organelle i cząsteczki
 przeciętna średnica komórek wynosi od 5 do 20 mikrometrów

Mikroskop świetlny:

 pozwala na powiększenie do 1000x i jest podstawowym narzędziem badawczym w

biologii komórki

 zdolność rozdzielcza 0,2 mikrometrów

2



zdolności rozdzielcza

- najmniejsza odległość między dwoma dostrzegalnymi

punktami

 aby oglądać komórki w mikroskopie świetlnym potrzeba 3 czynników:

 odpowiednio przygotowany preparat (cienki i często wybarwiony)


padające światło skupione przy pomocy soczewek w kondensatorze



aby ogniskować obraz w oku potrzeba systemu dobrze ustawionych soczewek

Odmiany mikroskopu świetlnego:

 kontrastowo-fazowy



kontrastuje struktury, które w normalnych mikroskopach są przejrzyste i słabo
widoczne



pozwala na przekształcenie przesunięć fali świetlnej,



zmiany jej amplitudy są lepiej widoczne przez oko ludzkie
(nie ma różnicy między nimi) - pozwala to na przesunięcie amplitudy
fali świetlnej, a obiekty stają się niewidoczne

 interferencyjny

 stwarza podobne możliwości – korzysta z interferencji (nakładania) - nakłada

wiązki świetlne na siebie

 nie jest konieczne barwienie


układ optyczny morawskiego

– powszechnie stosowany do obserwacji nie

barwionych komórek;

 fluorescencyjny



pozwala na uzyskanie informacji cytochemicznej, dzięki zastosowaniu UV
jako źródła światła, który wywołuje fluorescencję niektórych substancji
chemicznych

 fluorescencja

o pierwotna/naturalna (chlorofil świeci na czerwono; kutyna na żółto-

zielono; lignina na żółto-pomarańczowo-zielono)

o

wtórna (występuje w przypadku stosowania

fluorochromów

-

specjalnych barwników fluoryzujących; oranż akrydyny łączy się z
DNA i powoduje świecenie się na zielono, RNA na czerwono, błękit
alininowy wykazuje żółtą fluorescencję kalozy)

 konfokalny/współogniskowy



inne źródło światła - laser o zakresie fal bliskich UV

 skanuje badany preparat, co pozwala wyeliminować warstwy znajdujące się

powyżej i poniżej podmiotu badanego

 skanowany obraz jest zapisywany i wyświetlany

na ekranie monitora trójwymiarowej rekonstrukcji komórki

Mikroskopy elektronowe:

 do tworzenie obrazu wykorzystuje się strumień elektronów o niewielkiej długości fali
 umożliwia to milionkrotne powiększenie, przy rozdzielczości tysiąckrotnie mniejszej

niż w optycznym - 2nm

 umożliwia wgląd do organelli, a także pojedynczych cząstek
 ogólna budowa podobna do mikroskopu świetlnego:



działo elektronowe wytwarza strumień elektronów, przyspieszany w polu
elektromagnetycznym, naginany przez soczewki (wszystko w komorze
próżniowej)

3

 W badaniach komórek wyróżniamy dwa typy mikroskopu elektronowego:

 transmisyjny mikroskop elektronowy (TME)

o podobna zasada jak w mikroskopie świetlnym
o

przez preparat skontrastowany solami metali ciężkich przechodzi
strumień elektronów

o

obraz jest rzutowany na ekran, który jest pokryty warstwą substancji
fluoryzującej

o

pod wpływem bombardowania powstaje monochromatyczny obraz
utworzony przez jasne i ciemne kontury

o

rozdzielczość - 2nm;

 scanningowy mikroskop elektronowy (SME)

o

tworzy wyraziste obrazy trójwymiarowe o dużej (3-20nm)
rozdzielczości;

o

strumień elektronów skanuje powierzchnie preparatu pokrytą przez
warstwę złota lub platyny

o elektrony są odbijane i wychwytywane przez detektor umieszczony po

wyżej preparatu, ten przekształca je w impulsy elektryczne

o

trudne i pracochłonne przygotowanie preparatu

o

po zobrazowaniu kształtu małych jednostek stosuje się barwienie
negatywowe, substancja wypełnia przestrzenie "pomiędzy"- powstają
jasne struktury na ciemnym tle

o

cieniowanie

- cienka warstwa platyny "pod kątem" pozwala na

pokazanie różnicy grubości napylanych struktur

o

metoda mrożenia i łamania

- badanie błon biologicznych. zamraża się

ciekłym azotem i cieniuje platyną .

 Mikroskopia ta pozwala na zapoznanie się z morfologią lecz nie pozwala uzyskać

danych cytochemicznych

Badania cytochemiczne:

 pozwalają na odkrycie in situ konkretnych związków i substancji chemicznych

 reakcja PAZ (na wykrycie obojętnych wielocukrów)
 reakcja Folgena (wykrywa kwasy nukleinowe)

 reakcja FIF (fluorescencja indukowana formaldehydem, wykrywanie amin)

 Metody immunocytochemiczne



rozpoznaje białka



wykorzystują wysokie swoistości wiązania się antygenu z przeciwciałem



cząsteczka przeciwciała wiąże i rozpoznaje konkretny antygen poprzez
podawanie konkretnych przeciwciał

 Metoda hybrydocytochemiczna

 wykrywanie DNA i RNA


wykorzystują zjawisko hybrydyzacji kwasów nukleinowych



rozpoznają konkretne sekwencje nukleotydów - odcinki komplementarne łączą
się in situ (w miejscu)

 odpowiedni kwas musi mieć odpowiednią sekwencję


syntetyzuje się komplementarną strukturę - sondę, następnie znaczy się
fluorochromami, antygenami lub izotopami promieniotwórczymi



łączą się (hybrydyzują) i np. świecą - przy fluorochromie

 FISH (fluorescent in situ hybridization) - pozwala na zlokalizowanie i

identyfikację

4



pozwalają na zidentyfikowanie obcych kwasów nukleinowych; jeśli jest mało
kwasu DNA, należy namnożyć DNA oraz zastosować PCR in situ (techniką
reakcji łańcuchowej polimerazy) - następuje powielenie badanego odcinka

 Metoda autoradiografii

 pozwala na wykrycie izotopów promieniotwórczych


wykorzystując ich zdolność wybarwienie się emulsji światłoczułych
stosowanych w fotografii (na czarno)

 po wprowadzeniu substancji zawierającej izotopy, można śledzić procesy

metaboliczne(znakowanie substancji)

 pokrycie gotowego preparatu cienką warstwą substancji światłoczułej
 promieniowanie beta powoduje wytrącenie się z azotanu srebra - ziarna

srebra, które uwidocznione są na preparacie

 na preparacie w miejscu znaczenia występują stronty w miejscach określonych

syntez oraz można określić ich aktywność przez ilość strontów



służy do oznaczenia białek i kwasów nukleinowych

 Cytometria przepływowa

 metoda ta pozwala na ilościową ocenę właściwości fizycznych i

chemicznych pojedynczych komórek przepływających przez miejsce pomiaru
(tylko komórki w formie zawiesiny - m.in. w formie wyizolowanych jąder
<ploidalność, DNA>



odczyty z każdego pomiaru są zliczane, rejestrowane i statystycznie
analizowane przez komputer



nie należy do technik mikroskopowych, jednak przygotowanie obejmuje
metody cytochemiczne i izometryczne

 bardzo szerokie zastosowanie w medycynie i weterynarii


można badać kształt, rozmiar i zawartość DNA, ploidalność, obecność gazów,
białek, cukrowców, przepuszczalność błon, aktywność błon, wewnętrzne pH
komórki oraz stężenie jonów

 w praktyce klinicznej służy do diagnostyki chorób krwi, zaawansowania

chorób nowotworowych, zaburzeń układu immunologicznego

Badania biochemiczne i molekularne:

 mają na celu wyizolowanie z komórek, a następnie scharakteryzowanie określonych

substancji chemicznych w szczególności białek i kwasów nukleinowych (ex situ -
poza komórką)

 do rozdziału białek i kwasów nukleinowych służy

elektroforeza

 metoda ta wykorzystuje zdolność do poruszania się cząstek obdarzonych ładunkiem w

polu elektrycznym

 służy do rozdziału mieszanin białek i kwasów nukleinowych, które różnią się

ładunkami, więc i prędkością poruszania się jonów w polu elektrycznym

 po pewnym czasie elektroforezy następuje rozdział mieszanin wzdłuż linii pola

elektrycznego

 każdy ze składników znajduje się w innym miejscu podłoża stałego
 w ten sposób, wycinając odpowiedni fragment podłoża stałego można wyizolować

skład

 Podłoża:

5

 do kwasów nukleinowych – elektroforeza na żelach agarowych (kwasy

nukleinowe wcześniej pocięte na krótsze odcinki przy użyciu enzymów
restrykcyjnych, działających w odpowiednich miejscach)



do białek – elektroforeza na żelu poliakrylamidowym ( w obecności SDS -
dodecylosiarczanu sodu)

 Największą efektywność w rozdzielaniu białek wykazuje

elektroforeza

dwukierunkowa

(rozdział na dwukierunkowej płaszczyźnie). Pozwala na

wyodrębnienie 1000 białek z jednej próbki

 Do identyfikacji (sekwencjonowania) rozdzielonych białek i sekwencjonowania

kwasów nukleinowych najczęściej służy

blotting

(odciskanie, plamy na bibule):

 suthern blotting (południowy) – wykrywa pojedyncze, krótkie odcinki DNA

i RNA, stosowana jest sonda (komplementarna do odcinka kwasu
nukleinowego – DNA lub RNA)

 northern blotting (północny) - tylko RNA, też przy udziale sond
 western blotting (zachodni) - wykrywa białka przy użyciu odpowiednio

znakowanych przeciwciał

 Rozdzielane podczas elektroforezy substancje przenosi się z żelu na błonę

nitrocelulozową lub nylonową (polega na odciśnięciu w obecności roztworu
ekstrakcyjnego, z żelu na odpowiednią błonę)

 Zachowuje rozmieszczenie rozdzielonych elementów i sekwencjonowanie przy użyciu

metody hybrydyzacji przy pomocy sond lub przeciwciał znakowanych enzymami,
pierwiastkami promieniotwórczymi (izotopami)

 Są bardzo czułe - pozwalają na wykrycie już od 10 pikogramów substancji


PCR (Polymerase Chain Reaction)

- umożliwia wykrycie śladowych ilości kwasów

nukleinowych, polega na powieleniu cząsteczek kwasów nukleinowych

11.10.2007

BUDOWA I RÓŻNICOWANIE SIĘ KOMÓREK

 komórka roślinna i zwierzęca 5-20 mikrometrów
 wszystkie komórki powstały w toku ewolucji zjednej prakomórki wyjściowej (ok. 3

mld lat temu);

Podział:

 Prokaryota:

 komórki bez jądra komórkowego
 bez organelli
 bakterie i sinice (cyjanobakterie)


bardzo małe < 7 mikrometrów

 w większości jednokomórkowe, ale zorganizowane w grona, łańcuchy etc


nie posiadają błony, wyodrębnionego jądra ani organelli



występuje gruba ściana komórkowa (15-100 mikrometrów)



ściana komórkowa zbudowana z proteoglikanów; czasem pokryta otoczką
śluzową



u bakterii chorobotwórczych ściana komórkowa zbudowana z cząsteczek
glikoproteinowych



ściana komórkowa utrzymuje kształt i chroni przed rozerwaniem



właściwa błona pod ścianą jest kompleksem białkowo-lipidowym

6



tworzy liczne wypustki do wnętrza komórki, prawdopodobnie zwiększając
powierzchnię oddechową bakterii



zawiera również liczne receptory białkowe - w ten sposób może dostosować
się do warunków środowiska



chromosom jest kolistą dwuniciową cząsteczką DNA

 w cytoplazmie znajdują się mRNA, tRNA i rRNA
 rybosomy ze stałą sedymentacji 70s (biosynteza białka)


liczne pęcherzyki gazowe, krople lipidów, wielocukry, nieorganiczne
fosforany, zorganizowane w postaci ziaren sferycznych

 wiele bakterii posiada zdolność ruchu, zbudowane przez rzęski z flagelliny


elementy roślinneto gruba ściana komórkowa



elementy zwierzęce to rzęski zbudowane z flagelliny

 cyjanobakterie (sinice)

o

najprymitywniejsze autotrofy zawierające chlorofil

o

zamieszkują wszystkie nisze ekologiczne

o barwniki : chlorofil, karoten, ksantofil, fitocyjanina i tzw. skrobia

sinicowa

o

są one rozpuszczone w cytoplazmie lub wbudowane w błoniaste
struktury (nie posiadają chloroplastów)

o

bakterie i cyjanobakterie zawierają złożone układy, które umożliwiają
im syntezę wszystkich niezbędnych składników

o

potrafią wiązać N i C

o

stanowią główną masę biosfery

 Eukaryota:



posiadają komórki eukariotyczne z wyodrębnionym jądrem komórkowym oraz
organellami



występują zarówno jednokomórkowe (drożdże i pierwotniaki) jak i
wielokomórkowe (grzyby, rośliny i zwierzęta)



posiadają: mitochondria, chloroplasty, cytoszkielet, lizosomy, rybosomy,
aparat Golgiego



JĄDRO:

o

największa struktura, położona centralnie

o stanowi centrum informacji genetycznej
o chromatyna w chromosomach

 MITOCHONDRIA:

o

podwójna błona

o owalne
o

posiadają własne DNA

o

potrafią się dzielić

o magazynowana energia w postaci wysokoenergetycznych wiazań ATP

 CHLOROPLASTY:

o

występują u roślin

o

podwójna błona

o

własne DNA

o chlorofil potrzebny do fotosyntezy



BŁONY:

o

siateczka śródplazmatyczna - gładka lub szorstka

 LIZOSOMY :

o System GERLL

7

o

Enzymy proteolityczne, tworzące wewnątrzkomórkowe

 PEROKSYSOMY:

o

Środowisko do rozkładu nadtlenku wodoru

 CYTOZOL:

o

wewnątrzkomórkowa przestrzeń

o

wodny żel, w którym przebiegają reakcje chemiczne (synteza białek,
rozkład cząsteczek pokarmowych)

 CYTOSZKIELET:

o

system włókien - system włókien: filamenty i mikrotubule, które
rozciągają się przez całą komórkę

o

decyduje o wewnętrznej organizacji komórki

o

niezbędny w komórkach zwierzęcych i roślinnych

o system rurek i beleczek nadaje odporność mechaniczną
o

umożliwia ruch

o

warunkuje kształt

o bierze udział w podziałach komórkowych – organizacja wrzeciona

kariotycznego i cytokinetycznego

Jedność i różnorodność komórek:
Różnice:

 wszystkie komórki różnią się rozmiarem i kształtem
 bakteria bdellowibria ma kształt torpedy, która porusza się do przodu przez owiniętą

wić

 komórki:



zwierzęce - błona komórkowa



roślinne - ściana komórkowa

 tkanki kostne - otoczone twardą zmineralizowaną substancją

 również funkcje różnią komórki
 tkanka każdego narządu pełni inne funkcje
 komórki różnią się aktywnością
 niektóre pobierają tlen, dla innych jest on letalny
 produkują hormony, enzymy, skrobie, tłuszcz i barwniki
 kształt, wielkość, funkcje i wymagania różnią komórki
 wszystkie komórki podobne pod względem biochemicznym, mają podobną

ultrastrukturę

Podobieństwa:

 wszystkie składają się z genów zapisanych trójkowym kodem chemicznym
 replikują - synteza białek taka sama w każdej komórce
 białka składają się z takich samych (23) aminokwasów, które połączone są w różnych

sekwencjach

 Prakomórka powstała 3-3,8 mld lat temu - ulegała ewolucji na skutek mutacji

ORGANIZMY MODELOWE (RÓŻNICOWANIE OD KOMÓREK
PROKARIOTYCZNYCH DO EUKARIOTYCZNYCH)
BAKTERIE:

 najmniejsze i najprostsze prokatyota
 zróżnicowany kształt (kulisty, pałeczkowaty, śrubowaty)
 długość kilka mikrometrów
 gruba ściana komórkowa
 błona komórkowa

8

 w centrum pojedyncza lub podwójna cząsteczka DNA
 w mikroskopie elektronowym wnętrze nie zawiera zorganizowanej struktury i

organelli komórkowych

 rozmnażają się przez podział z częstotliwością co 20 min, także jedna bakteria może w

ciągu 11 h wytworzyć 15 mld komórek

 stąd też mogą szybko ewoluować, zdobywać nowe źródła pokarmu
 zdobywają odporność na antybiotyki
 wykorzystują ogromną rozpiętość środowiska - od wulkanów do wnętrza innych

komórek

 niektóre fotosyntetyzują, inne chemosyntetyzują
 pod względem ilościowym przewyższają inne organizmy
 modelowa bakteria - Escherichia coli – żyje w jelicie cienkim, posiada 4000 białek z

DNA; pierwsze eksperymenty na kwasach nukleinowych; replikacja i odczytywanie
przebiega jak u wyżej zorganizowanych organizmów

GIARDIA:

 prymitywny eukaryota
 pośredni etap w ewolucji
 jednokomórkowy organizm pasożytniczy
 posiada dwa wyodrębnione identyczne jądra
 nie posiada organelli ani struktur - poza cytoszkieletem
 pasożytuje w warunkach beztlenowych w jelicie cienkim

DROŻDZE PIEKARSKIE:

 typowe komórki eukariotyczne
 małe jednokomórkowe grzyby
 otoczone grubą ścianą komórkową (cecha charakterystyczna dla świata roślin)
 zawierają mitochondriom
 nie posiadają chloroplastów
 rozmnażanie przez podział tak szybko jak bakterie

PIERWOTNIAKI:

 jednokomórkowe, ale w wielu formach duże i złożone
 bardzo agresywne
 ruchliwe bądź osiadłe
 mięsożerne lub fotosyntetyzujące
 posiadają wyrostki czuciowe, fotoreceptory, rzęski, aparaty gębowe, wiązki kurczliwe

podobne do mięśni

DIDINUM:

 bardzo podobna budowa do organizmów wielokierunkowych
 duży
 mięsożerny
 do 150 mikrometrów
 kulisty kształt
 otoczony dwoma pasmami rzęsek
 uwypuklenie podobne do ryjka
 szybko pływa i odżywia się innymi pierwotniakami wyrzucając z ryjka paraliżujące

strzałki

9

OEGANIZMY WIELOKIERUNKOWE:

 grzyby
 rośliny
 zwierzęta
 Arabidopsis thaliana – rzodkiewnik pospolity – modelowa roślina spośród 300000

roślin

 niewiele DNA 3-4 razy więcej niż u drożdży
 z tej uwagi jest rośliną modelową w badaniach genetycznych i biochemicznyc

 Zwierzęta:

 muszka owocowa, nicień, mysz


spośród wielokomórkowych, większość stanowią owady (Drosophila
melanogaster)



modelowy nicień (Caenorhabditis elegans)

o jest mniejszy i prostszy niż Drosophila melanogaster
o

dokładnie poznano już rozwój od zapłodnionej komórki jajowej do
dojrzałej postaci

o

składa się z 959 komórek u dojrzałego osobnika

 Homo sapiens

o badane jedynie w hodowlach komórek z powodów etycznych
o

dokładnie poznane mutacje w tysiącach genów

o

znana kolejność nukleotydów i liczbą genów, ale nie znane dokładne
funkcjonowanie

o

duże zróżnicowanie komórek w tkanki, te z kolei zorganizowane w
narządy

o

komórki różnych tkanek są bardzo niepodobne (np. tłuszczowa i
kostna)

o

powstają w rozwoju embrionalnym z jednej zapłodnionej komórki
jajowej

o

wszystkie mają jednakowe DNA

o

różnicują się poprzez różne wykorzystywanie sekwencji

o

nie wszystkie geny są wykorzystywane we wszystkich komórkach

o

różna ekspresja genów w różnych komórkach

o

posiadają identyczne instrukcje genetyczne, ale w różny sposób
wykorzystywane, dlatego są tak zróżnicowane (nie całe DNA jest
wykorzystywane)

18.10.2007

BŁONY KOMÓRKOWE

 Podstawowy składnik każdej komórki
 Stanowią barierę oddzielającą zawartość komórki od środowiska i od siebie
 Umożliwiają wzrost i zmianę kształtu
 Selektywne bariery między przestrzeniami
 Bakterię mają pojedynczą błonę (oprócz błony, otoczone są cytolemmą, ale zawierają

stosunkowo dużo błon wewnętrznych – 95% - 98% wszystkich błon)

Wyróżniamy:

 Błonę jądrową (nukleolemmę)

10

 Błonę siateczki śródplazmatycznej (retikulum)
 Błonę układu Golgi’ego
 Błony lizosomalne
 Błony mitochondrialne
 Błony innych wewnątrzkomórkowych elementów obłonionych

Budowa:

 Wszystkie błony zbudowane są podobnie
 Białka błonowe nadają charakter błonom

Skład:

 Składają się z dwóch podstawowych elementów: białek i lipidów
 Niektóre posiadają jeszcze elementy węglowodanowe

Wspólny plan budowy – modele:

 Płynna mozaikowa budowa błon, zakłada że składają się z podwójnej warstwy

lipidowej, w której zanurzone są cząsteczki białka

 Podwójna błona, zbudowana z

hydrofilowych

cząsteczek znajdujących się na

zewnątrz oraz z nierozpuszczalnych

hydrofobowych

cząsteczek znajdujących się

wewnątrz

 Lipidy błonowe są

amfipatyczne

– mają hydrofilowe i hydrofobowe właściwości

 Posiada zdolność do tworzenia dwucząsteczkowej warstwy, w odpowiednich

warunkach

liposomów

– kulistych twórów

Właściwości:

 Względna ciągłość (posiada tylko warstwa lipidowa) – cząsteczki warstwy lipidowej

mogą się rozsuwać i obejmują agregaty lub cząsteczki białkowe (białka błon nie
stanowią fazy ciągłej)

 Białka błon posiadają

labilność

, co umożliwia zmianę ich lokalizacji i występowanie

w różnych miejscach błon, co z kolei prowadzi do lokalnej specjalizacji błony

11

 Lipidy i białka błon posiadają zdolność zmiany położenia wzdłuż płaszczyzn błon (z

jednej warstwy do drugiej –

ruchy flip-flop

) –

dyfuzja błon



Mozaikowość

– rozmieszczone białka i lipidy w podwójnej warstwie lipidowej jest

asymetryczne – brak powtarzających się jednostek (jedna strona błony różni się
składem chemicznym od drugiej)

Właściwości lipidów błonowych:

1. Fosfolipidy

 Aminowe – fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna
 Cholinowe – fosfatydylocholina, fosfatydyloinozytol, fosfatydylosfingozyna

2. Glikolipidy

 Glikosfingolipidy
 Gangliozydy
 galaktocerebriozy

3. Cholesterol

Lipidy błonowe:

 Tworzą w wodzie dwuwarstwy – uniwersalna podstawa budowy błon komórkowych

 Hydrofilowa główka z rozpuszczalną w wodzie grupą polarną
 Hydrofobowe ogonki z grupami nie polarnymi, tworzą wiązania z tłuszczami

 W wyniku tych sprzecznie działających sił tworzy się dwuwarstwa
 Dwuwarstwa lipidowa ma zdolność samozasklepiania się - w przypadku rozdarcia,

spontanicznie przegrupowuje się dwuwarstrwa w celu zasklepienia



Małe rozdarcie – reorganizacja prowadzi do naprawy

 Duże rozdarcie – warstwa rozpada się na samodzielne pęcherzyki

 Dwuwarstwa lipidowa jest dwuwymiarowym płynem
 Wodne środowisko uniemożliwia ucieczkę lipidów błonowych z dwuwarstwy, ale

mogą się przemieszczać (dlatego zachowuje się jak dwuwarstwowy płyn)

 Liposomy – (maja średnicę około 25 nanometrów do 1 milimetra)
 W normalnych warunkach dwuwarstwa jako dwuwymiarowy płyn, w którym

cząsteczki lipidowe maja swobodny ruch (obrotowe ruchy), mogą przeskakiwac z
jednej warstwy do drugiej (ruchy flip-flop)

Płynność błony:

 Umożliwia szybką dyfuzję białek błonowych w płaszczyźnie dwuwarstwy i wzajemne

oddziaływanie ważne w sygnalizacji komórkowej

 Umożliwia fuzję błon ze sobą i wymieszanie ich cząsteczek, ważne przy podziałach –

równomierne rozdzielenie pomiędzy komórkami potomnymi

 W komórkach zwierzęcych płynność jest zmieniana dzięki obecności steroidu –

cholesterolu

 Cholesterolu nie posiadają drożdże, rośliny i bakterie
 Cholesterol – krótkie, sztywne cząsteczki w dużych ilościach, w przestrzeniach

pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami fosfolipidów usztywniają dwuwarstwę i
zmniejszają ich przepuszczalność

 Dwuwarstwa lipidowa jest asymetryczna, a wynika to z:



Nierównomiernego położenia fosfolipidów po obu stronach



Nierównomiernego ułożenia glikolipidów (występują tylko po zewnętrznej
stronie)



Przewagi pewnej zawartości białek integralnych i powierzchniowych po
stronie wewnętrznej

 Selektywne przepuszczanie (dyfuzja)

12



Błony plazmatyczne przepuszczają pewien rodzaj cząsteczek, a inne
zatrzymują



Stanowią barierę ochronną



Główna rolę odgrywa hydrofobowe wnętrze – bariera zapobiegająca przejściu
większości cząsteczek hydrofilowych



Niektóre substancje przenikają przez

dyfuzję

(najszybciej, gdy są najmniejsze

i im łatwiej rozpuszczają się w olejach; są to małe i nie polarne cząsteczki –
tlen, dwutlenek węgla, benzen; szybko również przechodzą nierównomierne
cząsteczki – woda, etanol; wolniej przechodzi glicerol)



Błony są nie przepuszczalne dla jonów i substancji nierozpuszczalnych w
wodzie



Większe cząsteczki nie przechodzą na zasadzie dyfuzji – glukoza,
aminokwasy, nukleotydy

Białka błonowe:

 Większość funkcji jest pełniona przez konkretne białko
 Różnią się ciężarem cząsteczkowym, budową (od 1000 do kilku tysięcy daltonów)
 Związki białka stanowią 50% masy większości wszystkich błon
 Ze względu na lokalizacje wyróżniamy:



Białka strukturalne-integralne, związane z błoną



Białka powierzchniowe (peryferyczne) nie są bezpośrednio związane z błoną

 Ze względu na funkcję wyróżniamy:



Białka transportujące – pompa sodowo-potasowa (sód na zewnątrz, a potas do
wewnątrz



Białka wiążące – integryny wiążą wewnątrzkomórkowe filamenty aktyny z
białkiem substancji zewnątrzkomórkowych

 Receptory – receptor płytkopochodnego czynnika wzrostu, wiąże

zewnątrzkomórkowe PGDF i wytwarza wewnątrzkomórkowe sygnały
inicjujące wzrost komórki

 Enzymy – cykloza adenylanowa

Białka błonowe:

 Mogą być związane z dwuwarstwą lipidową:



Bezpośrednio – są to transbłonowe białka integralne

 Peryferycznie – poza obrębem dwuwarstwy, są tylko zakotwiczone grupami

lipidowymi

 Pośrednio (powierzchniowe) – po jednej lub po drugiej stronie związane za

pośrednictwem innego białka

 Łańcuch polipeptydowy zazwyczaj przechodzi przez dwuwarstwę jako alfa-helisa

(przechodzi tylko raz)

 Wiele białek błonowych jest receptorami sygnałów zewnątrzkomórkowych
 Białka tworzą

pory wodne

Jak można usunąć białka:

 Integralne związane z błoną mogą być uwolnione poprzez detergenty
 Luźno związane z błona można uwolnić w procesie ekstrakcji nie uszkadzając

dwuwarstwy lipidowej

Roślinne białka błonowe:

 Są mało poznane

13

 W szpinaku znajduje się około 100 odmiennych polipeptydów (80% to integralne, a

20% to powierzchniowe)

 Związane są z cytoplazmatyczna warstwą

Najlepiej poznane białka błonowe:

 Pompa protonowa i wapniowa
 Nośnik jonów fosforowych i azotanowych
 Nośniki sacharozy i auksyny
 Kanały potasowe i wodne (akwaporyny)
 Receptory etylenu i cytokininy
 Grupa kinaz białkowych

Związki białek błonowych (modelowy przykład – erytrocyty – białka erytrocytów):

1. Glikoforyna A

 Transblonowe
 Monotypowe
 Tworzą pojedyncze bloki
 Masa cząsteczkowa - 28 kilodaltonów
 Składają się z 131 reszt aminokwasowych silnie zglikolizowanych
 60% łańcucha związana jest ze 100 resztami cukrowymi (wystają ponad

warstwę lipidową

 Do głównych reszt cukrowych glikoforyny należy kwas sialowy
 W jednym erytrocycie glikoforyna występuje 6 * 10

5

kopii

 Erytrocyty bez tego białka nie wykazują zaburzeń fizjologicznych

2. Trzeciego szczytu elektroforetycznego B3SE

 B3SE występuje około 6 * 10

6

kopii



Politopowe

– tworzy wielokrotne bloki

 Masa cząsteczkowa wynosi 100 kilodaltonów
 Zbudowane z 929 reszt aminokwasowych
 Wielokrotnie przechodzi przez ciało grubości błony nawet do 10 razy
 Transbłonowe- reguluje transport aminokwasów podczas usuwania dwutlenku

węgla z erytrocytów

Białka dobrze poznane u bakterii:

 Bakteriorodopsyna – małe białko, zbudowane z 250 aminokwasów, występujące w

dużych ilościach w błonach bakterii słonolubnych

 Siedem razy przechodzi przez ciało długości politopowe
 Wchodzi w skład receptorów
 Retinol – nadaje ciemną fioletową barwę

Białka szkieletowe:

 Białka błonowe tworzące pod błoną włóknistą wyściółkę
 Kotwiczą się do niektórych transbłonowych
 Utrzymują kształt komórki
 Zapewniają elastyczność i wytrzymałość
 Wyróżniamy 11 rodzajów białek szkieletowych
 Spektryna



Składa się z dwóch monomerów alfa- i beta- helikalnie splecionych

 Masa cząsteczkowa alfa- wynosi 240 kilodaltonów, natomiast beta- 22o

kilodaltonów

14

 Oba dimery wiążą się ze sobą tworząc filamenty
 Długość 100 nanometrów
 Końce pozostałych tetramerów łączą się z filamentami cytoszkieletu (aktyna i

propomiozyna)

 Nadaje kształt erytrocytów jako dwuwklęsłych dysków
 Zaburzenia w ekspresji alfa- i beta-spektryny prowadzi do zaburzeń metabolicznych –

do zmiany kształtu i zaburzeń w transportowaniu

 Maja podłoże genetyczne

Funkcje białek błonowych:

 Przyczepiają filamenty cytoszkieletu do błony komórkowej
 Przyczepiają komórki do macierzy międzykomórkowej
 Przenoszą cząsteczki do komórki i z komórki
 Działają jako receptory dla sygnalizacji
 Wykazują swoistą aktywność enzymatyczną

Cukrowe składniki błon komórkowych:

 Węglowodany stanowią od 2% - 10% masy błon
 Występują jako cukrowce, związane końcami z białkami błon –

glikoproteiny

, z

końcami lipidów –

glikolipidy

 Długie łańcuchy polisacharydów –

proteoglikany

 Występują po zewnętrznej stronie błony
 Poznano około 100 monosacharydów

 Galaktoza
 Mamoza
 Glukoza
 Galaktozamina
 Glukozamina
 Kwas sialowy

 W polipeptydach kwasy połączone są luźno
 Cukry mogą się łączyć różnymi typami wiązań z różnymi aminokwasami tworząc

rozgałęzienia

 Tworzą

glikokaliks

związany na powierzchni komórek (zwłaszcza nabłonkowych)



Glikokaliks

występuje tylko w komórkach zwierzęcych

Glikokaliks:

 Zabezpiecza przed uszkodzeniem mechanicznym
 Silnie pochłania wodę (powierzchnia jest ślizka)
 Wiele komórek (erytrocyty) mogą się prześlizgiwać przez szczeliny ścian naczyń

włosowatych

 Zabezpiecza (zapobiega) zlepianiu się erytrocytów i przyczepianiu do ścian naczyć

krwionośnych

 Powoduje asymetrie błony, ponieważ występuje tylko po zewnętrznej stronie błony

U roślin znajduje się

celuloza

– zasadniczy element nadający kształt komórkom roślinnym

Węglowodany białkowe:

 Występowanie monosacharydów w końcach glikosacharydowych przyczynia się do

określenia grupy krwi

 Kwas sialowy odpowiedzialny jest za ujemny ładunek elektryczny

15

 Oligosacharydy pomagają w utrzymaniu pozycji glikoprotein i 4 rzędowe białka

globularnego

 Rozpoznanie i przyleganie do innych komórek
 Powstawanie odczynów zapalnych we wczesnych stadiach infekcji bakteryjnej
 Rozpoznawanie wzajemne komórek podczas kolejnych etapów rozwoju organizmu

25.10.2007

TRANSPORT PRZEZ BŁONY

 Funkcjonowanie komórek jest uzależnione od wymiany materii
 Barierą ograniczającą jest otaczająca błona komórkowa


Dwukierunkowy transport

– błona komórkowa musi pobierać substancję potrzebne

do rozwoju jak i również usuwać produkty przemiany materii

Typy transportu:
Transport pojedynczych cząsteczek:

 Bierny



Wynika z różnicy gradientów stężeń po obu stronach błony i odbywa się
zgodnie z gradientem – od wyższego do niższego



Szybkość transportu nie naładowanych cząsteczek nie zależy od różnicy stężeń
cząsteczek obdarzonych ładunkiem, zależy od różnicy stężeń i od gradientu
elektrochemicznego



Przez błonę ujemnie naładowaną szybciej będą transportowane cząsteczki
naładowane dodatnio, a ujemnie najmniej

 Dyfuzja prosta

o Ze względu na hydrofobowy półprzepuszczalny charakter błony,

swobodnie przenikają do wnętrza w drodze dyfuzji prostej, związki
dobrze rozpuszczalne w lipidach oraz dwutlenek węgla, tlen i azot
(cząsteczki gazowe), mocznik, etanol, glicerol, woda

o

Transport ten odbywa się bez udziału przenośników

o Natomiast dyfuzja ułatwiona uzależniona jest od przenośników

(Białka transbłonowe, które stanowią przejśccia do poszczególnych
substancji)

o

Przez błonę przechodzą jony, drobnocząsteczkowe związki organiczne
takie jak glukoza

o

Zestaw białek transportujący w błonie komórki lub organelli
wewnątrzkomórkowych ściśle określa co może wejść lub wyjść



Każdy typ błony ma swój własny zestaw białek transportujących:

o

Białka nośnikowe



Przejściowo łączą jony lub cząsteczki transportowe w ten
sposób, ze zmieniają swoja konformację przenosząc je na
druga stronę błony



W ten sposób transportowane są małe cząsteczki organiczne i
nieorganiczne, jony



Każdy przenośnik transportuje jeden typ cząsteczek

o

Białka kanałowe



są najczęściej zamknięte



mogą otwierać się pod wpływem trzech elementów

1. zmiany ąłdunku elektrycznego błony

16

2. związanie z ligandem (informator I lub II rzędu)
3. pod wpływem czynników mechanicznych



tworzą hydrofilne pory przez które przechodzą substancje na
drodze dyfuzji



większość kanałów przepuszcza tylko jony nieorganiczne,
dlatego nazywane są

kanałami jonowymi

 Aktywny



Cząsteczki przechodzą przez błonę przeciwko gradientowi stężeń



Transport substancji odbywa się od mniejszego do większego stężenia

 Czynny transport, energochłonny, związany z określonymi procesami

chemicznymi, w których biorą udział białka wchodzące w budowę ATP-azy



Transportowane są jony sodu, potasu i wapnia, poprzez pompę sodowo-
potasową i pompę wapniową

Pompa sodowo-potasowa:

 Polega na transporcie jonów sodu na zewnątrz komórki, a jonów potasu do wnętrza

komórki

 Ma na celu utrzymanie różnic stężeń obu jonów występujących pomiędzy wnętrzem a

przestrzenią międzykomórkową

 Proces zachodzi przy udziale energii z hydrolizy ATP-azy
 Cząsteczka transbłonowej ATP-azy jest związana na wewnętrznej powierzchni błony
 Hydrolizuje ATP do ADP i ortofosforanów
 Ulega fosforylacji
 Jednocześnie wiąże się na swojej powierzchni jony sodu
 Fosforylacja zmienia konformację ATP-azy powodując jej otwarcie na zewnątrz

powierzchni błon

 Jon sodu jest uwalniany
 Z ATP wiąże się jon potasu
 Jednocześnie następuje defosforylacja
 Zmienia się konformacja
 W wyniku każdej zmiany na zewnątrz transportowane są trzy jony sodu, a do wnętrza

dwa jony potasu

 Występuje w błonie komórek nerwowych i jest podstawą depolaryzacji i

hiperpolaryzacji, a zatem i jej pobudzania i hamowania

 Działa w błonie komórek nabłonkowych, jelita, nerek, gruczołów śluzowych,

potowych, splotu naczyniowego

 Wiąże się z mechanizmem wydzielania i usuwania moczu, śliny, potu, płynu

mózgowo-rdzeniowego

 Kontroluje objętość komórki, bo podążająca za jonami sodu i chloru woda powoduje

hipotonię i pęcznienie komórki (zapobiega temu pompa sodowo-potasowa)

Pompa wapniowa:

 Transport wbrew gradientowi stężeń przez transbłonowe białko
 Umożliwia skurcz włókna mięśniowego
 Energię potrzebną do transportu czerpie z hydrolizy ATP wewnątrz włókna

mięśniowego

 Odbywa się tu transport oscylacyjny w dwóch kierunkach



Z siateczki śródplazmatycznej do sarkoplazmy –

skurcz

 Z sarkoplazmy do siateczki śródplazmatycznej –

rozkurcz

 Odpowiednie stężenie jonów wpływa na podziały komórkowe (mitoza)

17

 Apoptoza (śmierć komórkowa zaprogramowana)
 Wtórny przekaźnik informacji

Transport makrocząsteczek:

 Większe cząsteczki oraz bakterie, fragmenty komórek nie mogą być transportowane

na zasadzie wyżej wymienionych

 Ale mogą być wprowadzone poprzez wpuklenie –

endocytoza

Endocytoza:

 Transport makrocząsteczek w postaci obłonionych cząsteczek z zewnątrz do wnętrza

komórki

 Wpuklona błona tworzy w wyniku fuzji

endosom

, który stanowi zamknięte ciałko

otoczone błoną

 Po wprowadzeniu do pęcherzyka substancje mogą być przetwarzane w komórce

Egzocytoza:

 Przeciwny transport endocytozy
 Polega na transporcie obłonionych wakuoli w wnętrza komórki na zewnątrz do

przestrzeni międzykomórkowych

 Dochodzi do fuzji cząsteczek i wydalania zawartości poza komórkę
 Fuzja umożliwia budowanie nowej błony

Fagocytoza:

 Włączanie do komórek dużych stałych cząsteczek (bakterie, fragmenty rozpadłych

komórek) odbywa się poprzez otoczenie wypustkami cząsteczki zabsorbowanej
wcześniej na powierzchni komórki

 Tworzy się wakuola (której średnica wynosi powyżej 250 nanometrów), która zawiera

pobrana cząsteczkę

 Dołączają się lizosomy, tworząc

fagolizosomy

Pinocytoza:

 Transportowanie przez pęcherzyki pinocytarne substancji rozpuszczonych w płynie

otaczającym komórkę

 Pęcherzyku te są transportowane we wnętrzu komórki (ich średnica wynosi od 150 –

250 nanometrów)

Transcytoza:

 Transportowane są cząsteczki prze cytoplazmę z jednej powierzchni komórki na drugą

powierzchnię

 Połączenie endocytozy z egzocytozą


Endocytosomy

wprowadzają materiał do

endosomów wczesnych

, następnie do

endosomów późnych (lizosomalnych)

transportowanych za pośrednictwem

pęcherzyków transportujących

Fotocytoza:

 Transport małych cząsteczek przez wytwarzanie wgłówień (jamek/wpukleń) błony,

które zawierają receptory do transportowanych cząsteczek

Endocytoza adsorpcyjna:

 Odmiana endocytozy

18

 Dwuetapowa
 Substancje włączane do komórki są adsorbowane na wewnętrzną powierzchnię

komówki

 Tworzy się dołek pokryty

klatryną

(białko)

 Dołek się pogłębia i traci klatrynę
 Wytworzony pęcherzyk zlewa się z endosomem wczesnym


Heterofagosom

- transportowany materiał zawiera obce bakterie



Autofagosom

– transportowane są zuzyte struktury, własne elementy



Heterofagosomy

i

autofagosomy

mogą się zlewać z lizosomami tworząc

heterofagolizosomy

i

autofagolizosomy

POŁĄCZENIA MIĘDZYKOMÓRKOWE

 Funkcjonowanie całych organów możliwe jest dzięki funkcjonowaniu narządów, a te z

kolei dzięki funkcjonowaniu tkanek, a te dzięki funkcjonowaniu komórek

 Współpracujące komórki ściśle do siebie przylegają
 W miejscach tworzą się specjalne struktury, łączące je ze sobą połączeniami

międzykomórkowymi

 Umożliwiają rozpoznanie i przyleganie komórek do siebie i do błony podstawowej
 Umożliwiają wzajemną komunikację

Podział:

1. Połączenia zamykające/ścisłe typu

occludens

 Bardzo szczelne
 Nazywa się je nieprzepuszczalnymi
 Reprezentowane przez obwódkę zamykającą

zonula occludens

 Szczelne połączenia pomiędzy sąsiednimi komórkami nabłonkowymi, które

biegną wzdłuż obwodu komórki

 Nieprzepuszczalne dla jonów i cząsteczek
 Ich szczelność wynika z częściowej fuzji błon komórek sąsiednich,

wspomaganą przez białka błonowe (integralne), które tworzą rodzaj sznurów
równoległych do powierzchni nabłonków

 Znajdują się w wierzchołkowych częściach komórek nabłonkowych i biegna

wzdłuż bocznych ścian komórki

 Oddzielają środowisko zewnętrzne związane ze szczytową częścią komórki od

przestrzeni międzykomórkowej bocznej i podstawy

 Są rozwinięte w nabłonkach jelita cienkiego
 Zapobiegają przenikaniu enzymów trawiennych ze światła jelita do przestrzeni

międzykomórkowych (dyfuzja wsteczna)

 Ograniczają wyspecjalizowany w wchłanianiu obszar nabłonków
 Znajdują się w szczelnych połączeniach pęcherza moczowego
 Zapobiegają ucieczce wody

2. Połączenia zbierające/przylegania typu

adherens

 Zapewniają mechaniczną wytrzymałość
 Odporne na rozrywanie
 Powstają wskutek połączeń cytoszkieletów sąsiadujących komórek
 Tworzą się pomiędzy szkieletami a błoną podstawną
 Występują w trzech postaciach:



Obwódka zbierająca

(zanula adherentes)

19

o

Zespala sieć filamentów aktywnych z kadhedrynami błony (cząsteczki
glikoprotein) dwóch sąsiadujących ze sobą komórek nabłonka

o

Znajdują się wdłuż bocznych powierzchni części wierzchołkowych, ale
poniżej połączeń zamykających

 Desmosomy (plamki przylegania)

o

Błony przylegających komórek łączą się na ograniczonych
powierzchniach odgrywających rolę nitów

o

W przestrzeni między błonami znajduje się

desmogleina

, która łączy

błony przylegających komórek przy pomocy

krążka

zbudowanego z

desmoplakinowego białka

o

Do niego przylegają

tonofilamenty

(pośrednie elementy

cytoszkieletu)

o

Biegną przez cytoplazmę ku

desmosomom

przeciwległych ścian

komórkowych i wspólnie z

desmogleiną

tworzą pasmo włókienkowe,

które wzmacniają

 Hemidesmosomy

o

Łączą komórki nabłonkowe z blaszką podstawną przylegających
komórek

o

Składają się z krążka zagęszczonej cytoplazmy i przy pomocy sieci
filamentów pośrednich łączą się z filamentami z wnętrzem komórki

o

Występują w komórkach wyściełających jelito cienkie, gdzie tworzą
pasmo kwasochłonne

o

Występują w nabłonkach poddawanych dużej sile mechanicznej
(naskórek, nabłonek pochwy, szyjki macicy)

o

Występuje pomiędzy komórkami mięśnia sercowego

3. Połączenia komunikacyjne/jonowo-metaboliczne typu

neksus



Najczęściej występujące połączenia występujące pomiędzy komórkami



Przenikają przez nie jony lub związki drobnocząsteczkowe, mające masę
cząsteczkową do 1500 i rozpuszczalne w wodzie



Służą do komunikowania się między cząsteczkami



Mają kształt pasm biegnących wzdłuż bocznych ścian komórkowych



Każde połączenie przypomina wysepkę poprzebijaną otworkami –

koneksonami



Każdy

konekson

zbudowany jest z sześciu podjednostek białka

transbłonowego –

koneksyny

, leżącego błonach komórek sąsiadujących



W środkowej części

koneksyny

znajduje się kanał o średnicy 1.5 nanometra,

który może się zamykać i otwierać w wyniku zmiany konformacji cząsteczki

koneksyny



W mikroskopie elektronowym widoczne są jako płaski obszar bliskiego
kontaktu, gdzie

koneksony

występują jako ciemne kropeczki



Transport przez ten typ połączeń wymaga energii w postaci ATP i zależy od
stężenia jonu wapnia i wodoru w cytozolu (wzrost ich stężenia hamuje
transport



Występują w komórkach aktywnych elektrycznie (komórki nerwowe; tworzą
synapsę), warunkując przepływ impulsów elektrycznych



Występują również w komórkach mięśniowych i gruczołowych, komórkach
mięśnia sercowego, gdzie synchronizują skurcz i biorą udział ze wzbudzaniu
automatycznych skurczach serca

08.11.2007

20

Specjalizacja powierzchni komórek nabłonkowych

 Powierzchnia komórek nabłonkowych jest przystosowana do wielu funkcji –

wchłanianie, transport, oddzielanie od siebie różnych środowisk, a odbywa się to
wszystko dzięki wyspecjalizowanym strukturą na powierzchni komórki

Mikrokosmki:

 Są to palczaste wypustki szczytowych części cytoplazmy komórek nabłonków

absorpcyjnych, gdzie tworzą

rąbek szczoteczkowy

(np. w nabłonkach kanalików

nerkowych) lub

rąbek wchłaniający

(np. w komórkach nabłonka jelita cienkiego)

 Długość waha się w granicy około 0.5 – 1 mikrometra
 Szerokość około 0.1 mikrometra
 Na powierzchni jednej komórki może znajdować się do 3000 mikrokosmków
 Zwiększają powierzchnię wchłaniania
 Pojedynczy mikrokosmek otoczony jest przez błonę komórek jego rdzeni
 Zbudowane z 30 równoległych do siebie i do długości osi mikrofilamentów

aktynowych

 Na szczycie znajduję się cienka warstwa glikokaliksu
 Mogą wykonywać ograniczone ruchy zgodnie z ruchem ślizgowym

Stereocylia:

 Długie mikrokosmki
 Występują na powierzchniach komórek nabłonka wyścielającego przewód najądrzy

oraz komórek zmysłowych przedsionka i ślimaka (ucho wewnętrzne)

Rzęski i wici:

 Mają do siebie podobna budowę
 Rzęski występują w dużych ilościach
 Nitki występują pojedynczo
 Rzęski



Ruchome, nitkowate wypustki, niektórych komórek nabłonkowych (jajowód,
tchawica)



Powodują przesuwanie substancji



Umożliwiają ruch



Ich długość wynosi około 5 – 10 mikrometrów



Szerokość wynosi około 0 – 0.2 mikrometrów



U człowieka ogólna powierzchnia urzęsienia wynosi 0.6 m

2

 Witki



Długość około 80 mikrometrów

 Występują w plemnikach – nadając ruch


Ich budowa jest podobna w przekroju poprzecznym do budowy rzęsek



Składają się z

aksonemy

, które łączą się z cytoplazmą za pomocą

kinetosomu

(ciałko podstawowe)



Aksonema

zbudowana jest z 9 par częściowo połączonych

mikrotobuli

zlokalizowanych na obwodzie



Składają się promieniście tworząc walec, w środku którego znajdują się 2
niepołączone



Całość tworzy układ 9+2

21



Witki obwodowe połączone są

neksyną

– białko (połączone każda para ze

sobą)



Każda para ma

ramiona dyneinowe

(

dyneina

ma aktywność białka ATP-azy)



Aksonema

zagłębia się kinetosomem w cytpolaźmie, mającym trójkę

mikrotobul (9+3)

 Ruch



Odbywa się według mechanizmu ślizgowego



Dyneina

(białko motorowe) ślizga się wzdłuż sąsiednich par mikrotubul



Sąsiednie pary są powiązane

neksyną

, a podstawa jest w ciałku

podstawowym



Ruch ślizgowy powoduje zginanie się rzęski lub witki



20 ruchów na minutę z prędkością 50 mikrometrów/sekundę



Ruch dwufazowy

– niesymetryczny ruch, dwuetapowy

o 1 etap – faza zginania (efektywna)
o 2 etap – faza prostowania (powrotna)



Wici mają ruch śrubowy

Występowanie rzęsek:

 Wyraźne w nabłonku dróg oddechowych, gdy przesuwają się po powierzchni komórek
 W komórkach nabłonka jajowodu, gdy przemieszczają komórkę uwodnioną w

kierunku macicy

Funkcje barierowe nabłonków:

 Tworzą barierę, co wiąże się ze specjalizacja strukturalną
 Połączenia zamykające zapobiegają dyfuzji cząsteczek pomiędzy komórkami

(szczytową a podstawową powierzchnią komórki)

 Zapobiegają dyfuzji wstecznej
 Błona komórkowa u szczytowej części komórki
 W drogach moczowych jest duży procent sfingolipidów, które zapobiegają

przechodzeniu płynów – elektrolitów

 Desmosomalne i hemidesmosomalne komórki zapewniają mocne mechaniczne

połączenia pomiędzy komórkami i w błonie podstawowej, co zapobiega rozdzielaniu
tych warstw –

bariera mechaniczna

Jądro komórkowe – budowa i funkcje

 Jest największym obronionym organellom
 Zawiera około 99 % materiału genetycznego
 Zostało odkryte pod koniec XVII wieku – 1831 Robert Brown nazwał jądro

nucleusem

 Znajduje się tylko u Eukariontów

Funkcje:

 Replikacja (powielanie DNA)
 Transkrypcja (synteza RNA)

Wielkość i kształt:

 Zależy od stanu czynnościowego komórki i typu komórki
 Młode komórki intensywnie dzielące się o dużej aktywności metabolicznej

22



Duże jądra



Wyraźne jąderko

 Rozproszona chromatyna

 Dojrzałe komórki



mniej regularny kształt

 Stare komórki



mała aktywność metaboliczna, stosunek powierzchni jądra jest mniejszy do
cytoplazmy

 Degenerujące komórki



jądro komórkowe ulega fragmentacji

 W fazie G1 są niewielkich rozmiarów
 W fazie G2 zwiększają swoje rozmiary
 Średnia wynosi około 5 mikrometrów (plemniki) do 40 mikrometrów (w komórkach

jajowych)

 Występują u wszystkich eukariontów z wyjątkiem u dojrzałych erytrocytów (kształt

dwuwklęsłego biszkoptu) i w komórkach warstwy rogowej naskórka

Liczba jąder:

 Najczęściej występuje jedno jądro
 Dwa jądra – hepatocyty (komórki wątroby, nadnercza, komórki gruczołowe żołądka,

pęcherza moczowego)

 Wiele jąder – osteoklasty (komórki kostne), chondrocyty (komórki chrzęstne),

komórki mięśni szkieletowych

Lokalizacja:

 Najczęściej znajdują się w centrum
 Ekscentryczne – przy biegunie
 Boczne – pod plazmolemmą (komórki żółte, tłuszczowe, mięśniowe)
 Podczas procesów zachodzących w komórce, lokalizacja może ulec zmianie

Składniki jądra:

 Otoczka jądrowa
 Macierz jądrowa
 Chromatyna (skondensowana – heterochromatyna, luźna – euchromatyna)
 Jąderko
 Perychromatyna
 Interchromatyna
 Ciałka jądrowe (wtręty jądrowe)

Otoczka jądrowa:

 Dynamiczna i asymetryczna struktura
 Oddziela zawartość nukleoplazmy jądra od zawartości cytoplazmy komórki
 Transport i wymiany zachodzą w ściśle określonych miejscach, przez pory
 Wyróżniamy w jej obrębie



Zewnętrzną błonę jądrową (cytoplazmatyczną)



Wewnętrzna błonę jądrową



Przestrzeń perynuklearną (pomiędzy błonami)



Pory jądrowe

 blaszka jądrowa (

lamina

), przylegająca do wewnętrznej powierzchni błony

 Każda z tych błon jest asymetryczna czynnościowo i strukturalnie

23

 Na błonie zewnętrznej znajdują się rybosomy, łączące się z siateczką

śródplazmatyczną

 Wyróżniamy różnorodny skład białkowy tych błon
 Każda ma typową budowę z dwiema warstwami
 Grubość wynosi około 5-8 nanometrów
 Szerokość perynuklearnej przestrzeni wynosi około 30 nanometrów
 Nie ma ciągłej struktury, ale zawiera liczne otwory (pory)
 Bariera między jadrem a cytoplazmą
 Aktywnie uczestniczy w transporcie RNA do cytoplazmy
 Transportuje z cytoplazmy do jądra białka strukturalne i enzymatyczne

Pory – jądrowy kompleks porowy:

 Średnica około 120-150 nanometrów
 Ich liczba jest różna i zależy od wieku, aktywności i typu komórki
 Przeciętnie bywa około 10-20 porów na mm

3

 Budowa:



Jest to złożona cylindryczna struktura białkowa o kształcie oktagonalnym (8
boków złożonych)



Posiada 3 współosiowo ułożone pierścienie (od blaszki zewnętrzny pierścień
cytoplazmatyczny, drugi od strony nukleoplazmy)

 3 pierścienie - kompleks 8 wpuklających się promieniście kanałów cytoplazmy

 Zlokalizowano tu ponad 100 białek


Nukleoporyny

– rola w transporcie

Blaszka jądrowa (lamina)

 Średnia grubość wynosi około 10-100 nanometrów
 Przylega do nukleoplazmatycznej powierzchni otoczki jądrowej
 Zbudowana jest z sieci włókienek białkowych (laminy) (stanowią 20-25 % wszystkich

białek)

 Do wewnętrznej błony otoczki przylegają białka globularne
 Funkcje:



Wewnętrzna powierzchnia stabilizuje włókienka chromatyny (łączy się z
fragmentami interfazowych chromosomów)



Laminy biorą udział w procesie fragmentezy i odbudowaniu otoczki podczas
podziałów



Pory w otoczce umożliwiają transport



Każda otoczka składa się z dwóch błon oddzielonych przestrzenią – dyfuzja
jest tu utrudniona



Istnieją jednak pory pomiędzy karioplazmą a cytoplazmą



Małe cząsteczki o masie cząsteczkowej do 40 tysięcy są transportowane bez
trudu



Większe cząsteczki o masie cząsteczkowej ponad 60 tysięcy są transportowane
z trudem, odkształcają się



Cząsteczki są transportowane w obu kierunkach, takie jak białka histonowe,
kompleksy enzymatyczne, duże cząsteczki i podjednostki rybosomów

Chromatyna:

 Wybarwia się barwnikami zasadowymi
 Zbudowana jest z czterech elementów



Dwóch rodzajów kwasów nukleinowych (DNA i RNA)

24



Białek histonowych



Białek niehistonowych

 Białka histonowe

 Zasadowe


Maja niską masę cząsteczkową – 10-23 kilodaltonów



Zawierają dużo aminokwasów zasadowych takich jak lizyna, arginina



Jest 5 klas histonów

o H

2

A

o H

2

B rdzenne

o H

3

histony

o H

4

o H

1

łącznik pomiędzy nukleosomami



Nie wykazują swoistości gatunkowej ani tkankowej



Najłatwiej można wyizolować H

1

co świadczy o jego innej funkcji

 Interfazowa chromatyna:

 Euchromatyna – rozproszona, luźna, w mikroskopie elektronowym tworzy

elektronowo przejrzysty obraz, aktywna transkrypcyjnie

 Heterochromatyna – zbita, w mikroskopie elektronowym tworzy gęste

obrazy, często przylega do błony, forma skondensowana, nieaktywna
transkrypcyjnie

 Cząsteczki DNA w jednym diploidalnym jądrze osiągają 2 metry długości
 Po syntezie jest podwojona ilość – 4 metry
 Liczba nukleotydów w chromatynie 2n wynosi 10

9

-10

10

par nukleotydów

 Długośc nici DNA po replikacji wynosi 4 metry, więc musi być silnie upakowana, co

jest możliwe Dzięki za wszystko białkom pistonowym

 Budowa interfazowej chromatyny:

 Nukleonom – 10/6 nanometra


Średnio jest 1,5 * 10

7

nukleosomów w jednym jądrze



Nukleonom składa się z rdzenia – dwa tetrametry białek pistonowych:

o H

2

A

o H

2

B

o H

3

o H

4



140 par zasad jest nawiniętych na każdy rdzeń

Pakowanie:

 1 etap upakowania



Tworzenie się nukleofilamentu (z nukleosomów)



Następuje siedmiokrotne skrócenie



Rozluźnianie i zagęszczanie odbywa się Dzięki za wszystko H

1

(struktury

nukleofilamentów)

 2 etap upakowania



Dalsze skrócenie odbywa się za pomocą solenoidów – spiralnie zwinięty
nukleofilament

 3 etap upakowania



Solenoid tworzy wybrzuszenia w każdej pętli



Długość każdej pętli wynosi 70 mikrometrów

 Najwyższy stopień upakowania wynosi 1:10 tysięcy w chromosomach mitotycznych
 Dzięki takiemu upakowaniu możliwe jest przekazywanie materiału genetycznego

25

Chromatyna plemników:

 Bardzo zbita
 Nie ma nukleosomów ani nukleofilamentów
 Zginają się, układają koło siebie i łączą za pomocą białek

Chromosomy mitotyczne:

 Skondensowana postać chromatyny przygotowana do rozdzielenia i rozdzielenia

komórkom potomnym

 Nie ulega transkrypcji i translacji
 Kondensacja następuje podczas metafazy, a mniej skondensowana podczas profazy

Liczba i rodzaje ludzkich chromosomów:

 Diploidalne jądra komórki somatycznej – 46 chromosomów mitotycznych, które

występują w parach jako chromosomy homologiczne (jeden od ojca, drugi od matki)

 Haploidalne – 23 chromosomy
 Zestaw chromosomów – 22 par chromosomów (

autosomów

) i jednej pary

heterosomów (chromosomów płciowych)

 Poliploidy – wielokrotność haploidów

 Tetra- 4*
 Penta- 5*
 Heksa- 6*

 Aneplaudia – liczba różniąca się od wielokrotności liczb haploidalnych

Kształt i budowa chromosomów mitotycznych:

 Zbudowane z takich samych składników jak chromatyna
 Kilka włókienek spiralnie zwiniętych tworzy chromatynę
 Dwie chromatydy połączone w miejscu zwanym przewężeniem pierwotnym

(centromerem)

 Zewnętrzną część centromeru otacza kinetochor
 Przewężenie dzieli chromosom na dwie półowki

26

 Metacentryczne – obie połówki są równe
 Submetacentryczne – górna połówka jest dłuższa, dolna krótsza
 Akrocentryczne – dolna połówka jest dłuższa, górna krótsza

 W pobliżu niektórych końców znajduje się wtórne przewężenie (na 13, 14, 15, 21, 22

chromosomie) – organizuje jąderko

 Powyżej wtórnego przewężenia znajduje się satelita (trabant)
 Na końcach znajdują się telomery – małe końcowe fragmenty chromosomów,

składające się z DNA nie zawierającego nukleotydów (sekwencja TTAGGG)

 Końce telomerów umożliwiają stabilizację struktury
 Podczas replikacji zapobiegają przecinaniu przez nukleazy
 Telomeraza – wydłużone i nieaktywne u ludzi, po każdym podziale się skraca – jedna

z przyczyn starzenia się komórek

 Znajdują się komórki gdzie telomeraza jest aktywna – komórki nowotworowe (powód

nieograniczonego podziału – nieśmiertelne)

15.11.2007

 Najsilniej skondensowana chromatyna jest w postaci chromosomów mitotycznych
 Materiałem wyjściowym jest włókno chromatynowe wielkości 30 nanometrów
 Najbardziej skondensowane są chromosomy metafazowe



Składają się z dwóch ściśle zespolonych chromatyd



Dwa ramiona różnej długości połączone są centromerem – organizator
jąderkowy



Powyżej znajduje się satelita



A na końcu chromatydy znajdują się telomery

Centromer:

27

 Jest miejscem, do którego dołączają białka kinetochoru łączące mikrotubule

wrzeciona podziałowego

 Kontrolują segregację chromatydy podczas mitozy i mejozy
 Molekularna budowa jest różna
 Najmniej skomplikowaną budowę mają drożdże



Zbudowany z około 160-220 par zasad

 U Drosophila zbudowany jest z około 400 par zasad
 U ssaków zbudowany z 4 milionów par zasad
 Rejon centromeru łatwo dostrzegalny w mikroskopie elektronowym, gdyż w tym

miejscu ramiona chromosomu są znacznie przewężone oraz dlatego że nie barwi się
barwnikami zasadowymi (jaśniejsze miejsce chromosomu)

 W rejonie centromeru organizacja chromatyny jest inna niż w pozostałych odcinkach
 Osłonięty specjalnymi białkami, które zabezpieczają na pewnej długości 200-250 par

zasad

 Miejsce specyficzne

Kinetochor:

 Usytuowany na poziomie przewężenia pierwotnego
 Należy do dwóch siostrzanych chromatyd
 Kontroluje segregacje chromatyd i depolaryzacje mikrotubul podczas profazy
 Inicjuje polimeryzacje i depolaryzacje mikrotubul wrzeciona – warunek ruchu

wrzeciona kariotycznego i segregacji materiału biologicznego

 Zakotwiczony do włokien wrzeciona, które skąłda się z 15 mikrotubul
 Są strukturami odpowiedzialnymi za ruch chromosomów do przeciwległych biegunów

oraz za precyzyjną orientację chromosomów podczas metafazy w płaszczyźnie na
płytce metafazowej

 Budowa:



Składa się z 3 płytek



Zewnętrzna zbudowana z luźnej sieci włókien i filamentów – korona
kinetochoru



Do niej przyczepiają się mikrotobule wrzeciona podziałowego



Środkowa płytka ma włóknistą budowę



Wewnętrzna płytka przylega bezpośrednio do centromerowego rejonu

 Ziarnista budowa

Telomery:

 Wyspecjalizowane odcinki nici matrycowej DNA, zlokalizowane na każdym z dwóch

końców chromosomów

 Składa się z krótkich powtarzających się sekwencji para zasadowych bogatych w

guaninę i tyminę

 Przy końcach cząsteczki 3

’

 TTAGGG – są n razy powtórzone
 Są rozpoznawalne prze telomerazę – enzym komplementarny do sekwencji

telomerowych, służy do syntezy

 Odgrywają kluczową role w stabilizacji chromosomów
 Są odpowiedzialne za replikację części chromosomów
 Chromatydy pozbawione telomerów są niestabilne, łatwo pękają, zlepiają się końcami

z innymi chromatydami

 W komórkach rozrodczych i nowotworowych telomeraza jest czynna, więc nie

dochodzi do skracania telomerów, czyli nie dochodzi do śmierci komórki

28

Chromosomy nietypowe/olbrzymie

 Duże rozmiary dochodzące do długości 1mm np. w oocytach płazów
 W 1889 roku Balbini opisał je w gruczołach ścianach larw owadów
 Dzielimy je na dwie kategorie

 Poligeniczne – wielowiciowe

o

Występują w gruczołach ślinowych larw owadów

o

Powstają w wyniku wielu endoreplikacji chromatyd, po których nie następuje
podział mitotyczny

o W pojedynczym chromosomie liczba chromatyd zależy od liczby

endoreplikacji

o

W komórkach gruczołów ślinowych zachodzi nawet do 10 endoreplikacji –
DNA jest syntetyzowane, ale nie zachodzi rozdział (1024 chromatyd w jednym
chromosomie)

o

Grubość chromosomów – chromosomy homologiczne są połączone i tworzą
diplosomy, co sprawia wrażenie, że komórki gruczołu ślinowego są
haploidalne (jeden zespół chromosomów)

o

Cechuje je prążkowana struktura i występowanie jednego lub kilku
pierścieniowatych zgrubień –

pierścienie Balbiniego

o

Pierścienie Balbiniego – są to uaktywnione prążki powstałe w wyniku
regularnego ułożenia obok siebie chromomerów (w normalnych
chromosomach występują obok siebie w postaci pojedynczych ziaren) (w
przypadku 1000 ziaren przybierają postać prążków)

o

Każdy z pierścieni składa się od 5-10 prążków

o

W obrębie pierścienia następuje dekondensacje pojedynczych chromatyd
wystających w kształcie pętli poza chromosom

o

Na pętlach zachodzi transkrypcja mRNA, tRNA, rRNA

o

Układ i liczba pierścieni zmienia się regularnie z rozwojem larwy

o

Podczas rozwoju organizmu niektóre geny są zakodowane, a niektóre ulegają
aktywacji

o

Prążki są poprzedzielane fragmentami nie barwiącymi – rejony między
prążkowe składają się z odcinków chromatyny, które uległy kondensacji, mogą
reprezentować sekwencję regulatorową

 Szczoteczkowe

o

Przypominają szczotki do czyszczenia butelek od mleka i lamp naftowych

o

Zostały opisane pod koniec XIX wieku – 1882 roku przez Ruckert’a i 1907
przez Marshal’a

o

Występują w oocytach prawie wszystkich kręgowców, w ściśle określonych
stadiach – I profaza mejotyczna - diploten

o

W stadium diplotenu dochodzi do przejściowej dekondensacji chromosomu i
wytworzenia pętli chromatynowych – rozciągają się na błonie chromosomu
przybierając kształt szczoteczek

o Czyli dochodzi do uaktywnienia genów w białkach rybosomalnych, histonów

i żółtkach

o

Jest w nich aktywne 2% DNA potrzebne do rozwoju przyszłego zarodka

o

Stadium diplotenu może trwać bardzo długo

o

Pierwsze zahamowanie w rozwoju mejotycznym powoduje, że kobiety
decydujące się na późną ciąże mogą mieć pewne komplikacje

o

U płazów może trwać nawet rok

o

U człowieka ponad 50 lat

29

o

Rozwija się w piątym miesiącu życia płodowego i jest zahamowany przez
okres dzieciństwa i dojrzewania, aż do pierwszego miesiączkowania

Chromatyna płciowa:

 Silnie zasadochłonna grudka chromatyny
 Ma średnice około 1 mikrometra
 Leży blisko otoczki jąder interfazowych
 Silnie skondensowana
 Nieczynny jeden z dwóch chromosomów X chromatydy kobiety
 Aby nastąpiła kondensacja chromosomu X, musi być drugi chromosom X, którego

chromatyna uległa rozproszeniu

 W interfazowych komórkach męskich XY nie ma chromatyny płciowej
 Unieczynienie jednego chromosomu kobiety zachodzi podczas rozwoju zaradka
 Organizm kobiety składa się z mozaikowato ułożonej grupy komórek zawierający

nieczynny jedne z dwóch chromosomów i chromatynę płciową

 W praktyce obserwuje się je w 90% komórek somatycznych kobiety
 Podobne grudki można zaobserwować w 30% komórek męskich, przypominających

chromatynę płciową

Kariotyp:

 Umożliwia organizowanie liczby i struktury chromosomów mitotycznych
 Zespół chromosomów jednej komórki somatycznej uszeregowanych wedle długości i

położenia chromosomów

Kariogram:

 Graficzny obraz kariotypu
 Analiza jest wykorzystywana w badaniach genetycznych
 Badaniach zaburzeń w liczbie i budowie chromosomów
 Badania nad przyczyna chorób genetycznych i niepłodności
 Analiza zajmuje się szukaniem intensywnie dzielących się komórek
 Stosuje się do analizy limfocytów krwi obwodowych – pobudza się do podziału

fitochemagutyniną Pcha

 Płytki te hoduje się w komórkach metafazowych in vitro
 Fotografuje się je, wycina i układa kariotyp
 W celu odróżnienia chromosomów za pomocą barwienia, które uwidacznia prażki

chromosomów, najczęściej wybarwia się prążki G (identyfikuje się nagromadzenie
zasad adeniny i tyminy) i R (identyfikuje się nagromadzenie zasad guaniny i
cytozyny)

 Każdy chromosom ma inne geny – poszczególne chromosomy będą się różniły

lokalizacja prążków – identyfikacja poszczególnych prążków chromosomów i zmiana
w ich budowie

Macierz jądrowa:

 Struktura poza chromatynowa
 Powstaje po trawieniu jadra komórkowego buforami, detergentami i nukleazami
 Inne nazwy:



Matriks jądrowa

 Nukleoszkielet


Szkielet jądrowy

 Jest to rodzaj zrębu podtrzymującego składniki jądra

30

 Jego rolą jest regulacja syntezy i transkrypcji DNA
 Geny są czynne w pętlach chromatyny w pobliżu miejsca nazywanego macierzą DNA
 Nieczynne są w odległych miejscach pętli
 Zbudowane z filamentów i ziaren zanurzonych w kariolimfie (sok jądrowy)
 Filamenty maja średnicę około 3-5 nanometrów
 Ziarna maja średnicę około 15-30 nanometrów
 Z filamentami połączone są kompleksy –

replisomy

(replikacja DNA)

 Te kompleksy białkowe (spliceosomy) biorą udział w transkrypcji
 Reguluje transkrypcję genów odpowiedzialnych za swoistość tkankową różnych

białek

 W jej skład wchodzi 23 rodzaje białek



Białka strukturalne – tworzą filamenty



Białka funkcjonalne – enzymy katalizujące syntezę i transkrypcję DNA,
obróbkę heterogennego DNA



8 rodzajów to

matryny



5 rodzajów to

laminy

 Filamenty zbudowane sa z matryn
 Ziarna zbudowane są z rybonuleny

Perychromatyna:

 Poza chromatynowy składnik jadra
 Składa się z włókien i ziaren ryboprotein
 Małe wysepki w pobliżu otoczki jądrowej
 Włókna są różnej długości, średnio mają około 40 nanometrów
 Włókna tworzą grupy heterogenne RNA otoczone przez cząsteczki białek
 Ziarna są to kompleksy matrycowego RNA, białka, heterogennego i matrycowego

RNA

 Miejsce przejściowego przechowywania i obróbki heterogennego DNA

Interchroamtyna:

 Występuje w postaci wysepki w różnych częściach jądra
 Składa się z cienkich włokien o średnicy 2 nanometrów oraz z ziaren o średnicy 20

nanometrów

 Włókna i ziarna zbudowane są z rybonukleoprotein
 Odpowiada za zgrupowanie podjednostek rybosomów – przechowywane i

transportowane przez transporter do cytoplazmy

Ciałka jądrowe – wtręty jądrowe:

 Znajdują się w wielu rodzajach komórek
 Maja średnico około 1000 nanometrów
 Kształt owalny
 Składają się z dwóch części:



Otoczki (zewnętrzna część)



Rdzenia zbudowanego z różnej wielkości ziaren znajdującego się w centrum

 Mogą powstawać w wyniku reorganizacji jąderek
 Znaczenie i funkcje są nieznane
 Ich liczba zwiększa się w komórkach intensywnie syntetyzujących białka, w

pobudzonych limfocytach B, w komórkach wątroby starszych ludzi

31

22.11.2007

Jąderko:

 Nucleus
 Nie obłoniona struktura (jedyne organellom)
 Kształt sferyczny – okrągły
 Brak błony pozwala na duży dynamizm – zmienia się w cyklu komórki
 Zanika z profazie (w miejscu organizatora jąderkowego – przewężenie wtórne north),

odtwarza się z telofazie

 Liczba obszarów jąderkowych i miejsce występowania są charakterystyczne
 U człowieka znajduje się pięć takich miejsc – na chromosomach 13, 14, 15, 21, 22

(akrocentrycznie)

 Składniki:



Chromatyna jąderkowa

o

Zbudowana z elementów włóknistych

o

Zdekondensowana postać tych pięciu chromosomów

o

Końcowe fragmenty pętli wytwarzają obszar jąderkowy – jąderko

o

Chromosomy jąderkotwórcze zawierają north, czyli końcowy fragment
pętli

o Chromatyna zawiera geny do syntezy rRNA, sRNA, tRNA, 5sRNA
o

Geny te istnieją w wielu kopiach, a w chromosomach mitotycznych SA
w satelitach przewężeniach wtórnych

o

Dwa rodzaje białek związane są z włókienkami chromatyny –

nukleolina

,

fibrylaryna



Białka

o

Znajduje się tu wiele rodzajów białek
1. nukleolina – fosforylacja nukleiliny – powoduje zmianę

konformacji, dezintegruje i rozprasza składniki jąderka, w interfazie
nukleolina reguluje transkrypcje poprzez zmianę upakowania
chromatyny

2. białko B23 – bierze udział w transporcie prekursorów rybosomów

do cytoplazmy

3. białko Ag-Nor
4. fibrylaryna – obróbka heterogennego RNA (hnRNA)
5. polimeraza RNA

o nukleolina, białko B23 i fibrylaryna mają 19 aminokwasowe

fragmenty, dzięki którym zakotwiczają się w jąderko, biorą udział w
transporcie prekursorów rybosomów do cytoplazmy

 Wyróżniamy również w postaci ziaren o średnicy około 15 nanometrów,

równomiernie rozrzucone lub tworzące zgrubienia grudki, zbudowane z

rybonukleoprotein,

są prekursorami podjednostek rybosomów

 Rozmiary jąderek zależą od aktywności biosyntezy białka
 Wyróżniamy kilka typów jąderek

 W komórkach zwierzęcych:

1. jąderko uformowane w nukleolemmę – gąbczaste



aktywne transkrypcyjnie, których struktury nukleoproteidowe tworzą
luźną gąbczastą strukturę



występuję w większości komórek syntetyzujących jąderkowe RNA

2. jąderko zwarte

32

 ciasne


złożone z włókien i ziaren jąderkowych

 aktywne transkrypcyjnie


można je zaobserwować w szybko rosnących komórkach

3. jąderko pierścieniowate



ma obwodowe rozmieszczenie składników rybonukleoprotein (RNP)



wykazuje zahamowanie syntezy RNA, ale jest to proces odwracalny (są
też aktywne)

4. jąderko zwarte z segregacją składników



poszczególne składniki RNP tworzą oddzielone od siebie strefy

 nieaktywne transkrypcyjnie

5. mikrojąderka – jąderka resztkowe

 nieaktywne transkrypcyjnie


najczęściej występuje w starych komórkach

 Funkcje:



Wytwarzanie składników rybosomów 40S i 60S

o Najpierw geny chromatyny jąderkowej występują dla podjednostek

rybosomów 18S, 5,8S, 28S i odrębnie dla 5S

o

Każdy gen za pomocą polimerazy RNA wytwarza pierwotny transkrypt
RNA (45SRNA)

o

Składają się z około 13 tysięcy nukleotydów

o

Transkrypt ten jest cięty przez nukleazy na te trzy elementy (28S, 18S,
5,8S), które są podjednostkami rybosomów

o

Te podjednostki w jądrze ulegają dalszej reorganizacji i za pomocą

nukleoliny

i

białka B23

są transportowane do cytoplazmy, gdzie są

składane w małe podjednostki 40S i duże 60S i są nalizane na mRNA



Przejściowe gromadzenie matrycowego RNA i syntetyzowanego wzorca DNA



Biosynteza białek

 Typy morfologiczne jąderek w komórkach roślinnych:

1. zwarte

o

przewaga składnika ziarnistego na obwodzie, a włóknistego w centrum

o

występuje w większości komórkach roślinnych

2. pierścieniowate

o

oba składniki są zepchnięte do obwodowej części jąderka – powstaje
pierścień

o

występują w komórkach o zahamowanej aktywności syntetycznej np. w
komórkach tkankowych (w hodowlach in vitro), w komórkach
glodzonych

 poszczególny typ związany jest ze zmianami sezonowymi
 poza tym w profazie mejotycznej (w zygotenie, pachytenie) występuje jeszcze

jeden typ:

3. soczewkowate

o

przylegają do otoczki jądrowej

o

wyraźna segregacja materiału włóknistego i ziarnistego

Nukleogeneza – proces tworzenia jąderka w nowopowstałych komórkach potomnych

1. pierwszy etap

 okres ten poprzedzony jest dezorganizacją jąderka macierzystego
 w szybko dzielących się komórkach merystematycznych i inicjalnych czapeczki

korzenia już przed profaza zachodzi dezintegracja

33

 w wolno dzielących się komórkach zanika pod koniec profazy (w telofazie)

2. drugi etap

 odtwarzanie jąderek w merystemie korzeniowym w większości roślin następuje w

późnej telofazie lub na początku interfazy (wczesna faza G

1

)

U roślin istnieją 4 wzorce zachowania się jąderek w mitozie:

1. autonomiczny

 jąderko dzieli się z jądrem na dwie połówki

2. persistent

 jąderko rozpada się ba nitkowate struktury, które na biegunach komórki tworzą

jąderka potomne

3. semipersistent

 jąderko częściowo się zachowuje, a częściowo ulega eliminacji

4. rozproszenie

 charakterystyczne dla roślin wyższych
 w miarę tworzenia się profazy zachodzi segregacja materiału jąderkowego
 glanulazy zanikają
 fibrylaza wędruje wraz z chromosomami

Funkcje jądra komórkowego i ich regulacja:

1. replikacja

 replikacja DNA całego genomu prowadzi do podwojenia ilości DNA z 2c DNA do

4c DNA i chromosomów z 2n do 4n



proces semikonserwatywny

– zostaje skopiowany każdy z dwóch

komplementarnych łańcuchów cząsteczek macierzystych, w rezultacie czego
powstają dwie nowe cząsteczki identyczne z macierzystymi

 zachodzi w fazie S cyklu komórkowego przy udziale kompleksu enzymatycznego

– aparat replikacyjny

 skład aparatu replikacyjnego:



enzymy rozplątujące helisę DNA



białko stabilizujące pojedyncze jednoniciowe DNA

 polimerazy DNA

 poza cyklem komórkowym, może się również odbywać endoreplikacja – prowadzi

do przekształcenia 2C do 4C, zachodzi w chromosomach poligenicznych

 etapy replikacji:



początek replikacji

o

rozpoczyna się z udziałem helikaz DNA – białka inicjujące
rozpoczęcie replikacji w określonym miejscu – miejsce inicjacji
„ori”

o

określone sekwencje nukleotydów są rozpoznawane przez helikazy,
które inicjują i oddzielają oba łańcuchy podwójnej helisy DNA

o

stabilizacja pojedynczych łańcuchów DNA

 drugi etap replikacji

o

białka wiążące jednoniciowe DNA, tworzą w mikroskopie widełki
replikacyjne

5’ syntetyzowany łańcuch
„ori”

34

3’ widełki replikacyjne

o

Każda z pojedynczych nici służy jako matryca wzdłuż której
przesuwa się aparat replikacyjny

o

Widełki replikacyjne przyjmują kształt litery Y

o

W strefie widełek proces replikacji odbywa się dwukierunkowo
przy pomocy polimeraz DNA od końca 3’

o

Nowy łańcuch syntetyzowany jest od końca 5’

o

Kolejność polimeryzacji wyznacza sekwencję nukleotydów

 Przebieg replikacji

o

Do rozpoczęcia syntezy potrzebna jest

prymaza

(enzymsyntetyzujący 9-10 nukleotydowy fragment RNA, służący
jako starter)

o Do otworzenia startera polimeraza DNA, zgodnie z zasada

komplementarności zasad, przyłącza nukleotydy w kierunku 5’ do
3’ w przeciwległych łańcuchach widełek DNA

o

Synteza odbywa się na łańcuchu matrycowym w sposób ciagły

o

A łańcuch wiodący nosi nazwę

nici wiodącej

o

Druga nić nazywa się

nicią opóźnioną

o

Obie są syntetyzowane w oddzielny sposób co wpływa na
asymetrię widełek

o

Polimeraza

DNA łączy poszczególne nukleotydy

o Natomiast

ligaza

łaczy poszczególne fragmenty DNA

o

Wydłużanie łańcucha potomnego odbywa się poprzez przesuwanie
się aparatu replikacyjnego wzdłuż nici DNA

2. transkrypcja

 proces enzymatycznej syntezy RNA, odbywającej się na matrycy DNA

(mRNA<<DNA)

 zachodzi na terenie jądra komórkowego i podlega na przepisaniu sekwencji DNA

na informacyjny mRNA

 enzymy czyli polimerazy RNA to na przykład Pol I, Pol II, Pol III i wiele białek

pomocniczych

 w wyniku transkrypcji powstają

transkrypty

(długie łańcuchy), które ulegają

modyfikacji w

procesie dojrzewania

 etapy transkrypcji:



wiązanie polimerazy przez matryce przy pomocy dodatkowych białek –
czynniki transkrypcyjne



inicjacja startu transkrypcji przylegającej do promotora (obszar startu)



składa się z kilkudziesięciu – 200 nukleotydów o charakterystycznej
sekwencji TATA



w regulacji szybkości biorą udział geny wzmacniające – wzmacniacze, lub
osłabiające – wyciszacze

 elongacja – wydłużanie łańcucha, podczas której powstają kolejne

wiązania fosfodiestrowe



zakończenie transkrypcji objawia się sygnałem, w postaci
charakterystycznej sekwencji AAUAAA



łańcuch nowo syntetyzowanego RNA zawierające heterogenne hnRNA
musi ulec obróbce

35



następuje dojrzewanie i

spilcing

, żeby przekształcić hnRNA w matrycowe

RNA

 w dojrzewaniu hnRNA, z

pierwotnego transkryptu

usuwane są

entrony

,

a łączone

egzony



same egzony tworzą matrycowe RNA



modyfikacje posttranskrypcyjne umożliwiają wędrowanie RNA z jądra do
cytoplazmy i odczytanie na rybosomach



transkrypt traci albo zwiększa liczbę nukleotydów



proces zachodzi od końca 3’ do 5’



mogą powstawać nowe trójki kodujące inne aminokwasy



uczestniczą tutaj korygujące sekwencję DNA



jest to jeden z mechanizmów replikacji i ekspresji genów

Naprawa DNA:

 u organizmów wyższych utworzyło się wiele systemów naprawy DNA, które mają

zapewnić stabilność i integralność genomów

 zabezpieczają również bierność replikacji na poziomie jednego błędu na 10

7

par zasad

 enzymatyczne mechanizmy korygują uszkodzenie DNA, powstając spontanicznie

przez czynniki endo- i egzogenne

 działają podczas replikacji i w procesach między podziałami komórki
 błędy są przyjmowane i korygowane przez różne systemy
 jak nie są usunięte błędy, wtedy następują utrwalone zmiany struktury DNA i mutacje
 mechanizmy naprawy DNA:

1. przez rewersję bezpośredniego uszkodzenia uszkodzenia w jednej
2. wycinanie zasad azotowych nici DNA
3. wycinanie nukleotydów
4. naprawy błędnie sparowanych zasad azotowych
5. rekombinacja – zachodzi kiedy uszkodzenia następują w dwóch niciach,

zachodzi w obecności nieuszkodzonych homologicznych chromosomów,
wycięcie uszkodzonego odcinka i zsyntetyzowanie nowego odcinka,
wymiana całego dwuniciowego odcinka DNA

29.11.2007

Transport jonowo-cytoplazmatyczny

 Informacja genetyczna zawarta jest w jądrze i stąd kieruje cytoplazmą
 Regulacja aktywności genetycznej odbywa się przy pomocy białek, które wędrują z

cytoplazmy do jądra

 Produkty aktywności genów – kwasy rybonukleinowe, są transportowane z jądra do

cytoplazmy

 Wymiana pomiędzy jądrem a cytoplazmą i cytoplazmą a jądrem, jest kontrolowana
 Czynnikiem ograniczającym jest rozmiar migrujących cząstek
 Wyróżniamy 4 rodzaje transportu:

1. aktywny transport - zachodzi, gdy transportowane są jony i małe cząsteczki,

łatwo przenikając przez otoczkę

2. zachodzi, gdy duże cząsteczki przenikają przez pory jądrowe w otoczce i do

tych cząsteczek zaliczamy

albuminy

i

klobuminy

(są to białka);

36

małe cząsteczki takie jak białka o średnicy 5 nanometrów łatwo przenikają,
natomiast duże przenikają wolniej; cząsteczki powyżej 7 nanometrów nie
przedostają się do jądra przez pory

3. w warunkach in vivo istnieje konieczność transportowania dużych białek

endogennych lub hormonów steroidowych i wirusów(powyżej średnicy 7
nanometrów) i dzieje się to w wyniku endocytozy

4. duże cząsteczki (np. resztki jąderek wyrzuconych z jąder komórek

gruczołowych) przedostają się do cytoplazmy wraz z obiema błonami
jądrowymi, które tworzą otoczkę; błony które są przerwane, łączą się, co
prowadzi do zamknięcia otoczki jądrowej i otoczki wewnątrz pęcherzyk
otoczonego błonami

Totipotencja jądra:

 Jądro zapłodnionej komórki jajowej ma pełna informację genetyczną determinującą

rozwój całego organizmu (na tym polega totipotencja)

 U roślin i zwierząt w wyniku totipotencji dochodzi do odróżnicowania komórek –

podział, a następnie stopniowego różnicowania oraz do regeneracji całych
organizmów

 U zwierząt w dojrzałych tkankach następuje zablokowanie totipotencji jądra
 Jądra dorosłych tkanek już nie posiadają takiej zdolności totipotencji
 U roślin to zablokowanie określonych systemów jest odwracalne
 Warunkiem uaktywnienia całego genomu komórki, jest jej wycięcie spod kontroli

czynników regulujących rozwój całego organizmu

 Ma to miejsce w przypadku możliwości regeneracji odciętych organów (rozmnażanie

wegetatywne), wyizolowanych tkanek pojedynczych komórek bądź protoplastów

 U roślin determinuje się fakt ujawnienia pełnej potencji komórek, nawet

haploidalnych (komórki generatywne >> ziarno pyłku, haploidalna komórka woreczka
zalążkowego)

 U zwierząt totipotencje odznaczają się zapłodnieniem jądra – wczesny etap rozwoju,

ale istnieją komórki macierzyste o totipotencjalnych możliwościach różnicowania się
w inne tkanki

 Znajdują się w komórkach embrionalnych i we krwi pępowinowej, tkance mięśniowej

(komórki satelitarne), w wątrobie i trzustce, służąc do wytwarzania dojrzałych
komórek

 We wczesnym stadium rozwoju zarodka, nazywane są zarodkowymi komórkami

macierzystymi

Współzależność jądra i cytoplazmy:

 Czynniki zawarte w cytoplazmie mogą indukować aktywność jądra, które

charakteryzuje się większym stopniem represji (zahamowania) aparatu genetycznego

 W warunkach laboratoryjnych powstałych w wyniku fuzji w heterokarionach

(komórki w których we wspólnej cytoplazmie istnieją dwa gatunkowo odmienne
jądra

 Występuje zawsze indukcja pozytywna pojawienia się takich właściwości w jadrze,

które charakteryzują jądro drugiego składnika heterokarionu np. indukcja replikacji
DNA lub synteza RNA

 Jedno jądro stymuluje, pobudza drugie

37

 Fuzje komórek w różnych fazach cuklu mitotycznego np. w komórkach w fazie S z

komórkami w fazie G

1

(faza S jest bardziej zaawansowana), powoduje przyspieszenie

replikacji DNA w komórkach będącej w fazie G

1

 Natomiast fuzja komórek w fazie G

2

z komórkami w fazie S, nie następuje replikacja

w jadrze w fazie G

2

, co świadczy o braku kompetencji chromatyny w fazie G

2

wobec

induktorów syntezy w fazie S

 Czas trwania fazy G

2

przedłuża się o okres niezbędny do zakończenia replikacji w

jądrze w fazie S

 Fuzja komórek w mitozie z komórkami w interfazie (będące w różnym stanie)

prowadzi do przedwczesnej kondensacji chromosomu indukowanej przez komórki
będące w mitozie

 Podobnie jak w przypadku indukcji syntezy DNA lub RNA czynniki indukujące

przedwczesną kondensacje chromosomów nie SA specyficzne dla gatunku

 Taka zdolność do indukcji replikacji DNA w komórkach nie dzielących się w wyniku

fuzji z dzielącymi się zostało wykorzystane do otrzymywania przeciwciał
monoklinalnych

 Trwałą zdolność do

proliferacji

(dzielenia się) wykazują komórki nowotworowe,

które mogą przekazywać to komórkom prawidłowym w wyniku fuzji z prawidłowymi

 Sygnały emitowane są przez obcą cytoplazmę i przenikający do jądra drugiego skłąd

heterokarionu (zlane jądro z dwóch różnych komórek) są przypuszczanie białkami
regulatorowymi, które posiadają zdolność derepresji (odblokowywania) określonych
obszarów chromatyn

Mitochondria:

 Są obecne we wszystkich komórkach Eukariotycznych poza wyjątkami

 Erytrocyty
 Ameby patogenne

 Stanowią odrębny od cytoplazmy przedział metaboliczny oraz z chloroplastami są

miejscem pozajądrowego genomu (posiadają DNA) i mają zdolność do jego ekspresji
(ujawniania)

 Większość białek importuje z cytoplazmy mitochondrialne DNA (mtDNA) i stanowi

0.2 % całkowitego DNA

 Otoczone podwójną błoną zewnętrzna i wewnętrzną
 Mają kształt walca lub soczewki
 Błony maja typową budowę dwuwarstwy białkowo-lipidowej
 Błona wewnętrzna jest wpuklina i pofałdowana, tworzy grzebienie różnego kształtu

 Blaszkowaty
 Rurkowaty

 Pomiędzy błonami znajduje się przestrzeń międzybłonowa
 Błona wewnętrzna otacza przestrzeń zwaną matriks mitochondrialne
 Liczebność i struktura jest różna w poszczególnych typach komórek



W komórkach roślinnych jest małą liczba mitochondriów np. w komórkach
epidermy korzenia są nieliczne, a w komórkach aktywnych metabolicznie
stanowią aż 20% objętości cytoplazmy



W komórkach zwierzęcych w szczególności u kręgowców każda komórka
zawiera kilkaset mitochondriów (komórki wątroby mogą mieć ich nawet do
kilku tysięcy)



Liczba mitochondriów jest precyzowana do intensywności metabolizmu
tlenowego i zapotrzebowania komórki na energię

 Stanowią centra energetyczne, elektrownie komórkowe

38

 Wielkość jest zróżnicowana
 Długość stanowi około 0.5 – 2 mikrometrów
 Szerokość stanowi około 0.2 – 0.8 mikrometrów
 Wielkość i kształt zmieniają się i zależą o stadium rozwojowego komórki oraz

aktywności metabolicznej

 Mitochondria mogą się łączyć (fuzja) lub mogą się rozpadać na mniejsze jednostki
 Fuzja występuje u roślin, a rozpad u drożdży
 Lokalizacja:



Nie mają stałego miejsca w cytoplazmie



Ich występowanie może mieć związek z zapotrzebowaniem energetycznym



W nabłonkach komórek rzęskowych znajdują się w części podstawnej błony,
przez którą zachodzi transport



W błonie wewnętrznej są trzy rodzaje białek

o

Białka uczestniczące w transporcie metabolitów do i z mitochondriów

o

Białka enzymatyczne łańcucha oddechowego biorące udział w
oksydacji związków

o

Białka kompleksu enzymatycznego zawierające syntetazę ATP w
postaci grzybków 0 nazwane cząsteczkami transportu elektronów



Błona zewnętrzna:

o

Transbłonowe kompleksy białek, uczestniczące w transporcie różnych
związków

o

Białka enzymatyczne do transformacji lipidów oraz monooksygenazy
P-450

 W macierzy mitochondrialnej znajduje się:



Wiele enzymów katalizujących reakcję przemian kwasów tłuszczowych i
kwasu pirogronowego (wytwarzany acetylo-CoA utlenia go w cyklu Krebsa w
CO

2

i NADH)



Wolne rybosomy (biosynteza białka)

 DNA mitochondrialne
 Jony wapnia


Enzymy fosforyzujące nukleotydy

 Mitochondria połączone są z cytoszkieletem komórki za pomocą mostków – białko

MAP

2

 W błonach mitochondriów znajdują się kanały wapniowe



Kanał porynowy



Kanał potasowy



Kanał chlorkowy

 Funkcje:



Następuje w nich uwalnianie i magazynowanie energii w postaci ATP
(„elektrownie”)



W wyniku przemian kwasów tłuszczowych i kwasu pirogronowego z
wytworzeniem acetylo-CoA

Mitoplasty

– mitochondria pozbawione błony zewnętrznej

Submitochondria (SMP

) – powstają po użyciu ultradźwięków, które niszczą rozrywając obie

błony, zewnętrzną niszczą i po jej samozasklepieniu powstają pęcherzyki otaczające błonę
wewnętrzną

Mitochondria jako organelle wytwarzające ATP:

39

 ATP służy jako najlepszy pośrednik pomiędzy reakcjami wyzwalającymi a

pochłaniającymi energię - uniwersalny przenośnik energii swobodnej

 Podczas hydratazy ATP powstaje dużo energii i ADP, który wykorzystywany jest do

syntezy ATP

 Oprócz tego tworzy się ortofosforan P

1

ATP ADP + P

1

+ energia

 Ortofosforan w połączeniu z nieaktywna cząsteczką, energetyzuje ją przy pomocy

przechwyconej energii hydrolizy ATP

 W ten sposób energia wiązań chemicznych ATP jest wykorzystywana do różnego

rodzaju pracy

 Reakcja odwrotna

ADP + P

1

ATP

 Może być zredukowana w wyniku fosforylacji oksydacyjnej , które zachodzi w

wewnętrznej błonie mitochondrialnej

 Elektrony przenoszone przez łańcuch oddechowy pochodzą z NADH i FADH

2

,

tworzących podczas glikolizy cyklu kwasu cytrynowego i utleniania kwasów
tłuszczowych

Mutacje genomu mitochondrialnego:
 Mitochondrialne DNA zbudowane jest z podwójnej kolistej nici pozbawionej

intronów i białek pistonowych

 Na przykład u człowieka genom mitochondrialny zawiera 16569 par nukleotydów i

koduje dwa rodzaje rRNA, 22 rodzaje tRNA, 13 polipeptydów, które budują
kompleksy łańcucha oddechowego i synteza ATP

 Mutacje mogą być

1. punktowe
2. delecje (ubytki)



prowadzą do zaburzeń syntezy białek mitochondrialnych, transportu jonów
wzdłuż łańcucha oddechowego, upośledzeniem fosforylacji oksydacyjnej i
funkcji energetycznej



w komórkach istnieje tysiąc zmutowanych kopii modna



o wiele mniej kopii zawierających patogenne mutacje



kliniczna ekspresja zaburzeń (choroba mitochondria) zależy od stosunku
mitochondrialnego do prawidłowego DNA – dziecko dziedziczy chorobę tylko
po matce

Powstanie mitochondriów:

 Mitochondria powstają w komórkach de novo (od nowa) z podstawowych związków

organicznych

 Powstają z różnych innych organelli komórkowych
 Wyjścia na drodze podziału istniejących komórek mitochondrialnych

06.12.2007

Chloroplasty jako transformatory energii:

40

 Występują w komórkach roślinnych
 Zaliczamy je do dużej rodziny plastydów
 Występują wyłącznie w komórkach Eukariontów
 Mają zdolność samopowielania
 Do plastydów zaliczamy 4 grupy:

 Proplastydy – grupa wyjściowa
 Chloroplasty – umożliwiają fotosynteze, zapewniają samożywność
 Chromoplasty
 Leukoplasty

 Podstawowym produktem fotosyntezy jest glukoza
 Chloroplasty znajdują się tuż pod błoną
 W jednej komórce ich liczba wynosi od około 20-40
 Pod względem wielkości i kształtu najbardziej zróżnicowane są w glonach
 Otoczone są podwójną błoną białkowo lipidową
 System błon tworzą płaskie woreczki – tylakoidy

Budowa błon chloroplastów:

 Błony są typowymi białkowo-lipidowymi błonami
 Proporcje lipidów bo białek są różne
 Błona wewnętrzna jest przepuszczalna dla jonów i związków drobnocząsteczkowych
 Błona zewnętrzna jest wybiórczo przepuszczalna
 Lipidy tylakoidów stanowią 35-40 % błon
 W tych 35-40 % znajduje się 15 % fosfatydyloglicerol
 Błona tylakoidów w miejscach gdzie zachodzi faza świetlna fotosyntezy, zbudowana

jest głównie z galaktolipidów, które stanowią do 75% lipidów

 W błonach tylakoidów znajduje się zielony barwnik – chlorofil, jak i również

występują karotenoidy (karoten - barwa pomarańczowa, ksantofil – barwa żółta) oraz
fikogliny (fikoerytryna i fikocyjanina)

 Stroma zawiera oprócz ziaren skrobi, plastoglobule, a zwłaszcza chinony, DNA,

rybosomy, enzymy białkowe związane z replikacją DNA, transkrypcją i biosyntezą
białek

 Chloroplastowy DNA jest trudno dostrzegalny nawet w mikroskopie elektronowym, a

rybosomy są mniejsze od cytoplazmatycznych

Peroksysomy jako pierwotne utleniacze:

 Zwane inaczej

mikrociałami

 Występują nielicznie we wszystkich komórkach Eukariotycznych
 Są to małe pęcherzyki o średnicy 0.5 – 1.5 mikrona
 Otoczone są pojedynczą błoną
 Pełnią rolę organelli utleniających, ale nie syntetyzują ATP
 Głównym układem enzymatycznym jest system oksydoreduktaz flawinowych i

katalazy, które utleniają substraty, produkują H

2

O

2

(nadtlenek wodoru) i rozkładają go

do wody i ½ O

2

 Rozkład H

2

O

2

odbywa się dwoma sposobami

1. z udziałem katalazy
2. z udziałem peroksydazy

 Zawierają około 50 rodzajów enzymów

 Oksydoreduktazy – metabolizujące nadtlenek wodoru


Enzymy katalizujące rozkład puryn



Enzymy cyklu glioksanolowego (tylko u roślin w glioksysomach)

41

Budowa i funkcje peroksysomów w komórkach zwierzęcych:

 Zawierają rdzeń – nukleoid, który jest od zewnątrz otoczony macierzą, która jest

pojedynczą błoną zawierającą około 10 białek

 Krystaliczny rdzeń składa się z wielu rurek, które gdy posiadają kilka warstw, tworzą

sześcian, a jeżeli tworzą dwuwarstwe wtedy jest to typ blaszkowy

 Peroksysomy zużywają około 20% tlenu (uwolnionego podczas rozkładu nadtlenku

wodoru) do bezpośredniego utleniania różnych związków

 Podczas utleniania powstaje energia wydzielana w postaci ciepła
 Bierze udział w pomocniczej roli w komórkach wątroby w utlenianiu alkoholu

etylowego

 W komórkach mięśnia sercowego odbywa główna rolę w utlenianiu alkoholu

etylowego

 Przeprowadzają częściową

β-oksydację

kwasów tłuszczowych – zainicjowaną przez

oksydazę acetyloCoA, a nie jak w przypadku mitochondriów przez dehydrogenazę

 Produktem ubocznym jest nadtlenek wodoru

Peroksysomy roślinne:

 Nazywane są

glioksysomami

 Opisane zostały po raz pierwszy w 1967
 Zawierają

liazę izocytrynianową i syntetazę jabłczanową, izocytrynianową,

dehydrogenazę jabłczanową, akonitrazę

 Peroksysomy liści współdziałają z chloroplastami i mitochondriami w procesie

oddychania

System GERL:

 System błon wewnętrznych, w którego skład wchodzą aparat Golgi’ego,

endoplazmatyczne retikulum, lizosomy i wakuole

 Po raz pierwszy został opisany w 1974 roku
 System ten obejmuje błony, które wchodzą w skład różnych szlaków transportu

komórek Eukariotycznych

 Pomiędzy aparatem Golgi’ego, endoplazmatycznym retikulum, lizosomami i

wakuolami odbywa się proces przepływu przez błony, sukcesywnie tworzących się
pęcherzyków w obrębie jednej struktury, transportowanych i łączenia się z drugą
strukturą w wyniku fuzji

 Przykładem mogą być białka sekrecyjne (wydzielające), które zamykają szlak w

retikulum endoplazmatycznym, transportowane są do aparatu Golgi’ego, aż w końcu
znajdują się w wakuolach lub na powierzchni komórki

 System bierze udział w powstawaniu organelli – odgrywa kluczową rolę w

gromadzeniu różnych substancji, biosyntezie i transporcie materiałów prowadzonych
do pozaplazmatycznych obszarów komórki

 Transportujące pęcherzyki przenoszą białka, lipidy, polisacharydy pomiędzy

organellami do ściany lub błony komórkowej

 Poszczególne organelle wyposażone są zestaw błonowych rozpuszczalnych białek,

które są syntetyzowane na szorstkim retikulum endoplazmatycznym i pełnią wiele
funkcji związanych z metabolizmem komórki

Retikulum endoplazmatyczne ER:

 Jego ilość i budowa zależy od typu komórek, od stanu fizjologicznego i etapu

rozwojowego komórek

42

 Ich duża różnorodność spowodowana jest wielością funkcji jakie spełniają w komórce
 Funkcje:



Biosynteza białek i lipidów



Transport białek i błon w obrębie komórek i pomiędzy komórkami



Regulacja warunków jonowych, a zwłaszcza poziomu jonów wapnia i
protonów w cytoplazmie



Gromadzenie białek zapasowych i lipidów

 Budowa:



Błony retikulum endoplazmatycznego w komórkach roślinnych tworzą sieć
utworzoną z

tubul

(rurek) – wtedy jest to gładkie retikulum

endoplazmatyczne, jak i

cystern

– wtedy jest to szorstkie retikulum

endoplazmatyczne

 W komórkach zwierzęcych jest zbiorem kanałów i cystern zamkniętych błoną

Ziarniste retikulum endoplazmatyczne RER:

 Tworzy długie błoniaste kanaliki – cysterny, które od zewnątrz pokryte są ziarnami

rybosomów (nie są stale nimi pokryte, tylko wtedy gdy zachodzi synteza białek –
translacja, natomiast po translacji rybosomy odłączają się od cystern, proces zachodzi
cyklicznie z krótkimi przerwami)

 Światło kanalików RER jest miejscem, w którym zachodzą procesy po translacyjne i

przygotowanie białek do dalszej drogi np. do wydzielania z komórek lub wbudowanie
w inne układy

 Błona budująca cysterny RER oddziela ich treść od cytoplazmy i łączy się z

zewnętrzną błoną osłonki jądrowej

 W wielu typach komórek, gdzie RER jest słabo rozwinięte lub nie ma go wcale, to

jego rolę przejmuje otoczka jądrowa

 Dwuwarstwa lipidowa jest bardziej płynna niż błony komórkowej, ponieważ

fosfolipidy

mają duży stopień nasycenia kwasów tłuszczowych, poza tym zawierają

więcej

fosfatydylocholiny

a mniej

cholesterolu

 Poza tym warstwy błony mają podobny skład i nie ma asymetrii
 Białkowy składnik błony tworzą:



Specyficzne białka integralne – odpowiedzialne za modyfikacje
postranslacyjne i eksport białek



Białka enzymatyczne

o

Związane z potranslacyjną modyfikacją białek eksportowych

o

Związane z syntezą lipidów

o

Związane z utlenianiem i redukcją lipidów

o

Związane z transportem substancji do wnętrza cystern siateczki RER

 W błonach RER znajdują się enzymy katalizujące procesy glikolizacji białek i

lipidów, czyli transferazy glikozydowi

 Białka transportują cząstki lipidów do błon innych organelli
 Są miejscem enzymów utlenionych lipidów
 RER jest obecna we wszystkich komórkach Eukariontów, z wyjątkiem erytrocytów i

plemników

 Najliczniej występują w komórkach wyspecjalizowanych w biosyntezie białek

eksportowych np. w komórkach pęcherzykowych trzustki (syntetyzują enzymy
trawienne), w plazmocytach (syntetyzują gammaglobuline), w fibroblastach (komórki

43

tkanki łącznej, syntetyzują kolagen), w komórkach wątroby (w zespołach cystern
ułożonych równolegle lub owiniętych wokół mitochondium)

 W komórkach roślin wyższych RER występują pod postacią pojedynczych kanalików

lub w zespołach cystern

 Może się komunikować przez plazmodesmy (połączenia międzykomórkowe), tworząc

jeden wspólny ciąg (system kanałów RER)

 Udział RER w procesie syntezy białek:



Do białek syntezy w błonach na rybosomach RER zaliczamy

1. białka integralne
2. białka lizosomalne
3. białka sekrecyjne/eksportowe/wydzielnicze



Mogą przejść przez kilka barier błon hydrofobowych (błony RER, aparatu
Golgi’ego, błony komórkowe), aby syntetyzowany łańcuch mógł pokonać
barierę RER



Jego pewny odcinek musi być uporządkowany w odpowiednie białka
odpowiedniej sekwencji – sygnał

Gładkie retikulum endoplazmatyczne SER:

 Sieć rozgałęzionych kanalików
 Występuje we wszystkich komórkach Eukariotycznych z wyjątkiem erytrocytów

ssaków

 Odgrywa ważną role w procesie neutralizacji leków i trucizn
 Bierze również udział w hydrolizie glikogenu i jednocześnie podnoszenia stężenia

glukozy we krwi

 Bierze również udział w syntezie lipidów – trójgliceryny, cholesterolu, steroidów,

fosfolipidów

 Enzymy są zlokalizowane w błonach SER komórek gruczołów dokrewnych

produkujących hormony steroidowe (testosteron) i komórkach syntetyzujących
komórki nadnerczy (SER występuje w dużych ilościach)

Odmiana siateczki śródplazmatycznej:

 Sarkoplazmatyczna siateczka



Występuje w komórkach mięśni (prążkowanych poprzecznie)



Jest wyspecjalizowaną siateczką gładką



Jej zadaniem jest magazynowanie jonów wapnia, co umożliwia cykliczne
uwalnianie i rozdział jonów wapnia do sarkoplazmy (rozkurcz i skurcz
włókien mięśniowych)

Funkcje retikulum endoplazmatycznego:

 W przedziale jądra stanowi przegrody pierwotnej ściany komórkowej
 Bierze udział w organizacji wrzeciona kariokinetycznego
 Może być źródłem błon do odtwarzania otoczki jądrowej
 Kontrolują stężenie jonów wapnia w obrebie strefy podziałowej
 Miejsce zakotwiczenia elementów cytoszkieletu
 Podczas podziału cytoplazmy wychwytuje i utrzymuje w rejonie tworzenia przegrody

pierwotnej pęcherzyki z diktiosomów aparatu Golgi’ego i umożliwia ich zlewanie i
zapewnia właściwą płaszczyznę przegrody pierwotnej

 Bierze udział w tworzeniu się

kalazowych

zgrubień ściany komórkowej

Aparat Golgi’ego:

44

 Należy do układu wakuolarnego cytoplazmy z retikulum endoplazatycznym, osłonką

jądrową i z systemem endosomowolizosomalnym

 Składa się z wielu płaskich błoniastych cystern (od 6 – 20) ułożonych w stos (jedna

nad drugą) i poza tym rozdętych pęcherzyków na końcach (diktiosomy)

 Otaczają go z wszystkich stron pęcherzyki
 Występują we wszystkich komórkach Eukariotycznych z wyjątkiem erytrocytów
 Jest zlokalizowany w pobliżu jądra i cystern szorstkiej siateczki śródplazmatycznej
 Wyróżnia się dwa bieguny bądź sieci:

1. biegun/sieć syntezy cis



Występuje w pobliżu jądra



Znajdują się tu zbiorniki zbudowane z błony z rybosomami

2. biegun/sieć syntezy trans



Występuje w pobliżu błony komórkowej bądź ściany komórkowej



Błony są gładkie

o

Transport z sieci cis do sieci trans odbywa się przy pomocy pęcherzyków
fuzujących z innymi

 Wyróżnia się dwie formy aparatu Golgi’ego:

1. siateczkowa – występuje w komórkach kręgowców (wyjątek stanowią oocyty i

plemniki)

2. diktiosomalna – występuje w komórkach roślinnych i u bezkręgowców

 Funkcje:



Modyfikowanie struktury makrocząsteczek



Segregacja (grupowanie według budowy chemicznej) makrocząsteczek



Kierowanie transportem makrocząsteczek



Makrocząsteczki białek przechodzą przez aparat Golgi’ego i ulegają w nim
zmianom kowalencyjnym – polegają na modyfikowaniu oligosacharydów oraz
dodawania do cząsteczek białkowych grup siarczanowych i kwasów
tłuszczowych



Zachodzi tu glikolizacja białek i lipidów, proteogliaknów, które powstaja w
kanalikach RER



Zmodyfikowane cząsteczki są grupowane według budowy chemicznej i są
otoczone błoną w sieci trans



A pęcherzyki, które powstają w sieci trans mogą być transportowane w dwóch
kierunkach

1. ku endosomom późnym ,a następnie lizosomom (ulegają strawieniu)
2. ku błonie komórkowej (są na ogół pęcherzykami wydzielniczymi –

typowa egzocytoza)

Rodzaje transportu pęcherzyków wydzielniczych:

1. konstruktywny

 Pęcherzyki są wytwarzane przez pączkowanie i transportowane w sposób

ciągły, od sieci trans do błony bez udziału sygnałów z zewnątrz

 W ten sposób białka i lipidy dostarczają nowe składniki błonie, a zawartość

pęcherzyki wydzielają na zewnątrz

2. wybiórczy

 Regulowany jest przez sygnały z zewnątrz np. wydzielanie hormonów

następuje pod wpływem gruczołów przysadki tarczycy

 Bierze tu udział

klatryna

(białko), które wiąże się z powierzchnią błony,

powodując jej wybrzuszenie i powstanie pęcherzyka

45

13.12.2007

Recyrkulacja błony:

 W wyniku fuzji pęcherzyków egzocytarnych z błoną, zachodzi wydzielanie zawartości

i wbudowanie w błonę komórki

 Te fragmenty błony są dalej wykorzystywane do tworzenia pęcherzyków

endocytarnych

 Oba procesy są w równowadze dynamicznej
 Takie krążenie elementów błon podczas endocytozy, egzocytozy i pączkowania to

recyrkulacja błony

 Roślinny aparat Golgi’ego jest odpowiedzialny za syntezę polisacharydów

wchodzących w skład ściany komórkowej

 A zwierzęcy aparat Golgi’ego jest odpowiedzialny za syntezę glikolipidów

tworzących błony komórkowe

Endosomy:

 Błoniaste struktury cytoplazmy, wstępujące w postaci zbiorników, cewek i

pęcherzyków

 Biorą udział w endocytozie – transporcie cząsteczek przez błony
 Endosomy wczesne

 Endocytowany materiał pojawia się po kilku minutach
 Zlokalizowane są w pobliżu błon komórkowych

 Endosomy późne



Materiał endocytów pojawia się po około 20 minutach



Znajdują się dalej od błony komórkowej, w pobliżu jądra

 Zawartość endosomów wczesnych i białka błonowego jest przenoszona do

endosomów późnych przy pomocy pęcherzyków transportujących

 A z endosomów późnych powstają lizosomy (na skutek przekształcenia)
 Lizosomy mogą też powstawać w sieci trans aparatu Golgi’ego

Lizosomy:

 Średnica 1 mikrometr
 Wnętrze lizosomów ma odczyn kwaśny
 Zawiera wiele enzymów hydrolitycznych

 Proteazy
 Lipazy
 Nukleazy
 Fosfatazy
 Sulfatazy
 Glikozydazy

 Enzymy hydrolityczne są syntetyzowane w RER, skąd są transportowane do aparatu

Golgi’ego, gdzie ulegają modyfikacji

Funkcje lizosomów i endosomów:

 Endocytowany materiał przechodzi do pęcherzyków transportujących a z nich do

endosomów późnych, lub pęcherzyki transportujące przenoszą materiał do
przeciwległej błony komórkowej, gdzie uwalniają swoją zawartość – tzw.

transcytoza

(z jednego końca komórki do drugiego)

46

 Biorą udział w trawieniu wewnątrzkomórkowym – cząsteczki lub makrocząsteczki

dostające się do komórek przez fuzję i endocytozę są trawione przez hydrolazy w
endosomach późnych przekształconych w lizosomy

(koniec informacji dotyczących aparatu Golgi’ego)

System GERL
Wakuole:

 Występują tylko w komórkach roślinnych
 Ich liczba i wymiary zależą i różnią się od rodzaju tkanki i stadium rozwojowego
 Komórki merystematyczne mają małe i liczne wakuole (średnica 1 mikrometra)
 Komórki dojrzałe, zróżnicowane np. komórki mezofilu mają jedna dużą wakuolę

zajmująca nawet 90% objętości komórki

 Komórka może zwierać kilka takich samych wakuoli, lub mogą występować

funkcjonalnie różne wakuole

 Wyróżnia się co najmniej dwa typy wakuoli:

1. LV – wakuole lityczne
2. PSV – wakuole gromadzące białka zapasowe

 W większości typów komórek oba te typy łączą się ze sobą, ale nie wiele wiadomo o

dalszych etapach rozwoju tych wakuol, a zwłaszcza wakuol LV

 Są to najbardziej funkcjonalne organelle w komórce
 Pełnią funkcje statyczne – zwiększają powierzchnię w stosunku to objętości
 Pełnią funkcje dynamiczne – są zdolne do akumulacji białek, związków chemicznych

i jonów

 Pełnią funkcje obronne i wabiące
 Błona otaczająca wakuole –

tonoplast

– wyposażony jest w kompleksy białkowe i

kanały jonowe, wodorowe, przenośniki cukrów i innych związków, dzięki za
wszystko czemu jest możliwy transport tych związków do wakuoli

 W tonoplaście znajdują się dwie pompy protonowe:

 H

+

ATP-aza dostarczają energie do różnych

 H

+

pirofosfataza procesów transportu wakuolarnego

 Funkcje wakuoli:

 Gromadzenie substancji np. barwniki kwiatowe – antocyjaniny, flawonoidy,

czerwone betalainy ( w korzeniach buraka)

 Zdolne do przeprowadzenia hydrolizy – zawierają hydrolazy,esterazy,

nukleazy, peroksydazy



Utrzymywanie odpowiedniej wartości turgoru – wnętrze zawiera związki
mineralne, wysokie stężenie jonów nieorganicznych i duże ilości cukrów,
kwasów organicznych, aminokwasów – ujemny potencjał roztworu uzyskuje
wysoką wartość i reguluje turgor komórki

 Wakuola – „śmietnik komórki” – ma znaczenie w utrzymywaniu wewnętrznej

homeostazy

 Funkcje obronne:



Do pełnienia tych funkcji służą

białka toksyczne

, które są gromadzone w

wakuolach wielu nasion, są to tzw. pektyny, poza tym inhibitory proteaz i inne
toksoalbuminy, które pełnią dwie funkcje:

o

Oprócz roli obronnej stanowią także zapas azotu



Po zranieniu komórki rośliny lub infekcji, ulega nasileniu synteza białek
ochronnych, takich jak hitynaza, inhibitor proteaz, które są przetransportowane
do wakuoli

47



Gromadzone są też morfiny i berberyny w wakuolach, które są toksyczne dla
roślin



Substancje te (wtórne metabolity) uzupełniają funkcje obronne roślin



Niektóre związki są kierowane przeciw jednemu organizmowi, lub wielu
przeciwnikom



Ale związki te mogą zwiększać atrakcyjność dla zwierząt rozsiewających
nasiona i zapylających kwiaty



Np. antocyjaniny są związkami szkodliwymi, ale jednocześnie zwiększają
atrakcyjność i są antybiotykami

 Mechanizmy umożliwiające gromadzenie substancji w wakuolach:

 Pobieranie substancji przez tonoplast (błona ta nie różni się pod względem

budowy od błony komórkowej) – transport na drodze dyfuzji, przez
przenośniki, kanały i pompy

 Transport aktywny – wbrew gradientowi stężenia
 Mechanizmy wychwytywania – przyłączanie wtórnych metabolitów do białek,

np. krystalizacja, bądź tworzenie kompleksów alkaloidów z kwasem
mekonowym

Cytoszkielet:

 Cytoplazma wszystkich Eukariontów zawiera trójwymiarową sieć włókien

białkowych, łączących składniki cytoplazmy ze sobą i z plazmolemmą (błoną)

 Jest t zespół włókien białkowych, decydujący o kształcie komórek i jej wewnętrznej

organizacji

 Odpowiada za transport i rozmieszczenie organelli komórkowych oraz za skurcz

komórki

 Trzy elementy cytoszkieletu

1. mikrotubule – największa śrenidca
2. filamenty pośrednie
3. mikrofilamenty – najmniejsza średnica

Mikrotubule:

 Rurki o średnicy około 20 nanometrów, puste w środku
 Grubość ściany około 5 nanometrów
 Występują w cytoplazmie pojedynczo lub tworzą układy, np. wrzeciono

kariokinetyczne lub rzęski

 Złożone są dwóch białek

1. tubulina α – tworzy biegun „-

„

2. tubulina β – tworzy biegun „+”


Obie tubuliny tworzą heterodimer



W niektórych komórkach znajduje się też tubulina γ, nie wchodząca w skład
mikrotubul, ale tworząca kompleksy z białkami inicjującymi polimeryzację
mikrotubul, które występują w centrosferze wokół centrioli (w komórkach
zwierzęcych są to tzw. centra polimeryzacji mikrotubul)



γ tubulina znajduje się w cytoplazmie w komórkach roślinnych



Dimery tubuliny α i β łatwo polimeryzują tworząc

protofilamenty

 Grupa 13 protofilamentów łączy się wzdłuż długiej osi tworząc ścianę jednej

mikrotubuli

 Polimeryzacja i depolimeryzacja mikrotubul jest spontaniczna i zachodzi bardzo

szybko

48

 Do przeprowadzenia polimeraz potrzebne jest GTP i jony Ca

2+

 Hydroliza GTP jest potrzebna do odkształcenia cząsteczki mikrotubuli, a nie od

przeprowadzenia polimeryzacji

 Ruch mikrotubul, a wraz z nim przemieszczanie się organelli, powoduje

polimeryzacja, która zaczyna się na biegunie „+” i depolimeryzacja na biegunie „-„
(zachodzą one jednocześnie)

 Polimeryzacja rozpoczyna się w pobliżu centrioli w cytoplazmie
 Niektóre alkaloidy, takie jak

kolchicyna,

hamują polimeryzację mikrotubul, co

przyczynia się do zatrzymania mitozy z metafazie

 Związki te to są tzw. antymitotyki
 Mikrotubule występują we wszystkich komórkach, tworzą rzęski (9+2), witki,

wrzeciono podziałowe i centriole

 Poza tym mikrotubule występują jako proste, niezaginające się struktury decydujące o

kształcie komórki

 Mikrotubule mogą wiązać się z białkami MAP
 Białka te wpływają na polimeryzację i depolimeryzację mikrotubul, i należą do nich:

 MAP – 2 i białko tan (z grupy MAP), które zapobiegają depolimeryzacji,

zapewniając stabilizację równoległych mikrotubul w dendrytach i aksonach.
Nadmierna depolimeryzacja białek tan doprowadza do bezładnego ułożenia
mikrotubul, uniemożliwiając transport wzdłuż aksonu



Białka motorowe (z grupy MAP), takie jak inozyna, dyneina. Cząsteczki tych
białek mają podobną budowę do miozyny. Jednym końcem wiążą się z
transportowaną strukturą, a drugim oddziaływają z mikrotubulą. Mają
zdolność ATP-azy. Pod wpływem ATP mogą zmieniać kąt ułożenia cząsteczek
względem mikrotubuli wywołując ruch rzęsek i witek

 Miejsce powstawania mikrotubul:



Brak jest wyraźnych organizatorów w komórkach roślin wyższych (brak
centrioli, ciałek podstawowych), jednakże podczas cyklu życiowego komórek
roślinnych, mikrotubule polimeryzują w stałych miejscach, tzw. centrach
nukelacji mikrotubul (MTOC)



W interfazie cyklu życiowego komórek, MTOC można wykrywać metodami
immunocytochemicznymi i stwierdzono, że występują na powierzchni jądra
komórkowego, na błonie, plastydach



Największą rolę w polimeryzacji mikrotubul pełni otoczka jądrowa –
mikrotubule tu wytwarzane rosną do cytoplazmy, a nawet do błony
komórkowej

Centrosfera i centriole

 Występują u zwierząt
 Są to struktury cytoplazmatyczne o kształcie walcowatym
 Każda

centrofera

składa się z centrioli i otaczającej ją cytoplazmy

 W cytoplazmie dookoła centrioli znajdują się kompleksy tubuliny γ i innych białek,

które są ośrodkami polimeryzacji mikrotubul

 Każda centriola zbudowana jest z 9 trójek mikrotubul ułożonych koncentrycznie
 W środku znajduje się filament i niewielkie ilości DNA
 Poszczególne trójki mikrotubul łączą się ze sobą za pomocą

białka fibrylarnego

 W komórkach niedzielących się, znajdują się dwie centriole, których długie osie są w

stosunku do siebie pod kątem prostym

 Przed podziałem komórki, w fazie S, zachodzi replikacja centrioli i ich DNA

49

 Powstają w ten sposób dwie pary centrioli, które wędrują do dwóch różnych biegunów

komórki

 Centrosfera i znajdujące się w niej centriole, biorą udział w organizacji biegunowej

struktury wrzeciona kariokinetycznego oraz biorą udział w polimeryzacji mikrotubul
tego wrzeciona

 Występują też jako kinetosom, biorący udział w strukturze mikrotubularnej i

synchronizowaniu ruchu rzęsek

Filamenty pośrednie:

 Mają średnice około 10 nanometrów (8-11 nanometrów)
 Są rozmieszczone w całej cytoplazmie komórki
 Występuja pojedynczo lub tworzą siei, albo pęczki
 Filamenty są bardzo stabilne i wytrzymałe na rozciąganie i bardzo odporne na

działanie związków chemicznych

 Nadają one komórkom i tkankom dużą odporność mechaniczną
 Są splecionymi włóknistymi polipeptydami, składającymi się z polipeptydów

fibrylarnych połączonych ze sobą powierzchniami bocznymi

 Wielkość tych polipeptydów jest różna
 Ich masa cząsteczkowa wynosi około 40 – 200000 i zależy od rodzaju filamentu i

rodzaju komórki

 Na ogół jedna komórka ma jeden typ filamentów pośrednich
 Mamy 6 typów filamentów pośrednich:

1. filamenty cytokeratynowe kwaśne

 inaczej tonofilamenty/tonofibryle

2. filamenty cytokeratynowe zasadowe



ze względu na dużą ilość białek je budujących, są najbardziej różnorodną klasą
pośród filamentów pośrednich



występują głównie w komórkach nabłonkowych, szczególnie obficie w
narażonych na działanie mechaniczne (komórki naskórka)

3. filamenty wimentynowe, desminowe, glejowe



występują w komórkach tkanki łącznej

4. filamenty neurokeratynowe (neurofilamenty)



występują w większości w komórkach nerwowych

5. filamenty laminowe blaszki jądrowej



laminy jądrowe tworzą sieć gęstych filamentów pośrednich znajdujących się
tuż pod osłonką jądrową

6. filamenty festynowe w rozwijających się neuronach



budują filamenty pośrednie w neuronach zarodków i w mięśniach

o

Są charakterystyczne dla poszczególnej tkanki

o

Wykorzystywane są w badaniach immunocytochemicznych przez histologów do
rozpoznawania rodzajów tkanek

17.01.2008

Regulacje cyklu komórkowego

G0 – komórki mogą wyjść z fazy G1, odbywa się różnicowanie

cykl komórkowy – cykl mitotyczny lub cykl podziałowy – szereg kolejno następujących po
sobie zmian chemicznych, fizycznych i strukturalnych komórki prowadzący do podwojenia

50

materiału genetycznego i precyzyjnego rozdziału między dwie potomne komórki. Składa się z
interfazy: G1, S, G2 oraz fazy H

Synteza DNA – podwajanie jądrowego DNA w fazie S cyklu trwa 6-8 godzin. Reperacja
(=synteza uszkodzonego fragmentu) odbywa się w całej interfazie. Nie zachodzi ponowna
replikacja DNA w tej samej fazie S. Synteza mitochondrianlnego DNA odbywa się także
poza fazą S.

Mitoza (faza M) = kariokineza + cytokineza

- Kariokineza (P, M, A, T) Kondensacja chromatyny -> rozejście się siostrzanych
chromatyd na bieguny komórek, wytworzenie i rozpad wrzeciona podziałowego,
fragmentacja oraz odbudowa otoczki jądrowej i jąderka.
- Wrzeciono podziałowe – dwubiegunowa struktura zbudowana z mikrotubuli
kinetochorowych, ramiennych, biegunowych i astralnych oraz białek. Wrzeciono
tworzą centrosomy z centromerami oraz specjalne białko mikrotubuli i cytoplazmy.
Odpowiada za ułożenie chromosomów w płaszczyżnie równikowej komórki oraz za
odprowadzanie ku centromerom. Wpływa też na wielkość komórek potomnych oraz
ich zróżnicowanie.

Autonomiczna regulacja cyklu komórkowego – ma charakter kaskadowy

i jest regulowany

wieloma genami wytwarzającymi określone białka. Poszczególne fazy są ułożone w stałej
kolejności – następna faza rozpoczyna się po pomyślnym zakończeniu poprzedniej:

- geny kodujące białka pobudzające cykl to protonkogeny

- geny kodujące białka hamujące cykl to geny supresorowe.

Kliniczną rolę odgrywają kinazy zależne od cyklin CDK (8), które są aktywowane przyz
cykliny (14) kwasy

zależne od cyklu

Stężenie CDK w komórkach jest stałe, cykliny zmieniają

się w różnych fazach, co powoduje

zmianę aktywności różnych CDK w czasie cyklu -> zakończenie jednej fazy przyczyniło się
do zakończenia drugiej.
Obok CDK istnieją również inhibitory cyklu CKI = hamujące cykl komórkowy.
Należą do

rodziny białek p21, INK4, RB i p53

Punkty kontrolne cyklu komórkowego – regulują przejścia do następnej fazy. Są to:
1. punkt kontrolny późnej fazy G1 (punkt restrykcyjny) – decyduje o wejściu komórki do
cyklu komórkowego (interfaza)
2. punkt kontrolny późnej fazy G2 – decyduje o wejściu komórki w mitozę (po usunięciu
detektorów DNA) (inetrfaza)
3. punkt kontrolny wrzeciona podziałowego – decyduje o związaniu kinetochorów
wszystkich chromosomów z mikrotubulami wrzeciona, zapobiega powstaniu aneuploidów
(anafaza)


Regulacja cyklu komórkowego z zewnątrz:
- Czynniki zewnętrzne działają zarówno na komórkę w cyklu komórkowym i w fazie G0 (w
stanie spoczynku)
- Wpływają na rozpoczęcie i czas trwania cyklu

51

Są to cytokininy, które wiążą się z receptorami błonowymi ->

uaktywowanie

białek

RAS -> uaktywnienie kinazy

MAPERK -> fosforylacja białek -> synteza nukleotydów

-> ekspresja protoonkogenów

-> wejście komórki do cyklu.

Choroby proliferacyjne:

- choroby nowotworowe (nadmierna ekspresja protoonkogenów)
- choroby sensowo-naczyniowe (miażdżyca, nadmierna proliferacja miocytów naczyń
krwionośnych
- choroby wirusowe

Opis cyklu komórkowego:
czas trwania:

 8 min komórki larw owadów
 30 min – u bakterii
 4 – 12 godz – wczesne stadia rozwoju ssaków
 24 godz – większość komórek ssaków
 ponad rok – komórki trzustki

- Faza G1 – trwa krótko- kilkanaście godzin = synteza DNA, białek strukturalnych,
regulatorowych i enzymatycznych.
Pod koniec fazy G1 – punkt restrykcyjny (kontrolny)

 czyli zgromadzenie zestawu odpowiednich białek regulatorowych i enzymatycznych

potrzebnych do rozpoczęcia fazy S.

 unieczynnienie białek hamujących przejście przez ten punkt.

Niekiedy z fazy G1 komórka przechodzi z cyklu komórkowego w stan spoczynku - G0.

- Faza S – synteza DNA rozpoczyna się w punktach startowych replikacji DNA (w kilkunastu
tożsamych miejscach)

 euchromatyna wcześniej, a heterochromatyna później
 dwukierunkowo z prędkością 10-100 nukleotydów/s (1,8 m DNA jest zreplikowane w

ciągu 6-8 godzin)

 helikaza rozczepia podwójną nić DNA - powstają widełki replikacyjne
 polimeraza –> synteza DNA

Replikacja DNA w tym samym cyklu komórkowym zachodzi tylko 1 raz.

- Faza G2 – ok. 2–4 godz.

 Synteza RNA, białek regulatorowych i enzymatycznych potrzebnych do wejścia

komórki w mitozę

 Dodatkowo jest syntetyzowana nowa błona komórkowa potrzebna do zużywania w

czasie cytokinezy(λ

nowe komórki potomne mają większą

powierzchnię).

Komórki wychodzące z tej fazy muszą sforsować punkt kontrolny G2 – uszkodzenia genomu
muszą być naprawione.


Mechanizmy naprawy:

1. rozpoznanie uszkodzonego fragmentu DNA i wycięcie przez nukleazy
2. uzupełnienie tego fragmentu przez polimerazę DNA (na podstawie komplementarnej

nieuszkodzonej nici)

3. wbudowanie przez ligazę nowego fragmentu do naprawionej nici.

52

Mitoza (=faza M) u ssaków trwa 30-180 min.
Kariokineza:
- Profaza – kondensacja chromatyny w wyniku fosforylacji histonu H1 przez kinazy fazy M
oraz defosforylacji histonów H3.

 Powstanie wrzeciona podziałowego (mikrotubule kinetochorowe, ramienne,

biegunowe, astralne)

 Za utrzymanie kształtu wrzeciona oraz ruchy chromosomów odpowiadają białka

motorowe: kinezyna i dyneina cytoplazmatyczna

 Wytworzenie wrzeciona podziałowego poprzedza podział centrioli i centrosomów
 Fragmentacja otoczki jądrowej i jąderka (zanik obu) (Udział kinazy białkowej

fosforylującej białka otoczki jądrowej i jąderka)

-Metafaza – chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, chromatydy są
położone w 1 punkcie w centromerach -> przemieszczanie składników cytoplazmy do
biegunów

-Anafaza – rozdział chromatyd i ich rozsunięcie do biegunów komórki w skutek
uaktywniania sekuryny przez kompleks anafazowy APC. Ruch chromatyd następuje za
pomocą kilku mechanizmów:

 Ślizgania się względem siebie mikrotubul biegunowych (udział kinezyn), mikrotubul

astralnych (udział dyneiny), mikrotubul ramiennych (udział chromokinezyn),

kinetochorów (kinezyny i dyneina cytoplazmatyczna)

 Depolimeryzacja mikrotubul kinetochorowych na końcach komórki

- Telofaza – dekondensacja chromosomów w wyniku defosforylacji histonu H1

 Rozpoczęcie transkrypcji DNA -> synteza mRNA
 Odtworzenie jąderka i otoczki jądrowej wskutek defosforylacji lamin
 Zanik wrzeciona podziałowego (polimeryzacja mikrotubul przez tubulinę)

Cytokineza - podział cytoplazmy wskutek wytworzenia pierścienia kurczliwego z filamentów
aktynowych i miozynowych i jego skurczu

............

GTP-azy oraz fosfataza łańcuchów

lekkich miozyn

Mechanizm skurczu:

1. z udziałem Ca2+
2. depolimeryzacja i polimeryzacja filamentów

Mitoza asymetryczna – powstałe 2 komórki potomne różnią się między sobą – jedna jest
identyczna jak matka, a druga różnicuje się.
Mechanizm może podlegać:

 niesymetrycznej lokalizacji białek NUMB i PROSPERO (występują tylko na jednym

biegunie)

 niesymetrycznie rozmieszczenie mRNA dla tych białek

Sposoby badania cyklu:

1. Metoda statmokinezy ( hamowanie mitoz w metafazie np. przy pomocy kolchicyny) –

określanie odsetka komórek mitotycznych w stosunku do interfazowych

2. Metoda autoradiografii – podawanie znakowanych nukleotydów, które w fazie S są

wbudowywane do jąder

53

3. Cytometria przepływowa – znakowanie DNA jądrowego fluorochromem -> rozkład

DNA w poszczególnych komórkach – określenie czasu trwania fazy G1+S; G2-M

Regulacja cyklu komórkowego:

1. Znaczenie kinazy białkowej.
Prowadzony cykl komórkowy jest regulowany przez fosforylację białek enzymatycznych,
które je uaktywnia. Fosforylację przeprowadzają enzymy CDK – kinazy zależne od cyklin
(fosforyluje grupy serynowe i treoninowe białek)
W różnych fazach cyklu są różne CDK i są aktywowane przez rodzine białek nazywanych
cyklinami.
-stężenie CDK jest stałe, a stezenie cyklin zmienia się cyklicznie
-aktywacja CDK polega na tworzeniu kompleksu z odpowiednią cykliną
-dotychczas poznano 8 rodzajów CDK (CDK- 1-8) .

...

cyklu oznaczamy literami A-J

2. Naturalne inhibitory cyklu.
W komórkach istnieja specjalne punkty kontrolne cyklu, w których przechodzenie przez
cykl może być hamowane na pewien czas lub trwale ( wejście w stan spoczynkowy G0).
Hamowanie cyklu umożliwia usunięcie zaburzeń lub uśmiercenie komórki wadliwej przez
apoptozę.
Są to inhibitory CDK, CDI – uniemożliwiają wiązanie się cyklin z kinazami lub blokują
wiązanie kompleksu cyklin (CDK z substratami)
Istnieją 4 rodziny CDI:

 Białko 21 (+p27 i p57)
 Rodzina białek INK4

(+ białka p15, p16, p17, p19)

 Rodzina białek RB – białka te są produktem genu rb, który zatrzymuje

komórki w fazie G1, hamuje transkrypcję odpowiednich genów, których białka
są potrzebne do przejścia z G1 do S. Jest nazywane wrotami cyklu
komórkowego -> jego fosforylacja (inaktywacja pozwala na wejście do cyklu)

 Rodzina białek p53 – białko p53jest czynnikiem transkrypcyji, hamuje

komórki w fazie G1, pozwala na naprawę DNA bądź na apoptozę. Nazywane
jest strażnikiem genomu.

Cykl autonomiczny – występuje we wczesnych stadiach rozwoju zarodkowego, trwa od 8
min do 12 godzin
-cykliczne zmiany stężenia cyklin
-brak czynników zewnętrznych
-nie ma wzrostu komórki, fazy: G1 i G2 są krótkie lub nie ma ich w ogóle

Przejście G1 -> S regulują kinazy CDK4 i CDK6, które są aktywowane przez cykliny D1,
D2, D3.

 Przejście przez punkt restrykcyjny fazy G1 umożliwia aktywność kompleksu cykliny

CDK przy niskim stężeniu CKI – p27 oraz nieczynnym białku RB

 Czynniki fazy S (SPF) i kompleks cyklina E/CDK2 i cyklina A/CDK2, umożliwiają

rozpoczęcie i zakończenie syntezy DNA i wejście do kolejnego etapu interfazy G2.

Przejście G2 -> M
Rozpoczęcie mitozy zależy od kompleksu cyklin B1, B2/CDK1, które są nazywane MPF. Do
tego jest potrzebna podwójna fosforylacja i defosforylacja CDK1, która w kompleksie z

54

cyklinami B1 i B2 są w pełni aktywne i fosforylują wiele białek

jądrowych – kondensacja

chromatyny, zanik jąderka i otoczki jądrowej.

Wyjście komórki z mitozy – regulowane jest przez zestaw białek wyjścia z mitozy – MEN
powodujących inaktywację kompleksu cyklina B/CDK1. Białka te zapobiegają wchodzeniu
do fazy G1 komórek z defektami.

Czynniki zewnętrzne
Mogą zmieniać czas cyklu lub zmuszać koórkę do wejścia do cyklu. Są to peptydowe
czynniki wzrostu różnicowania, czyli cytokiny. Jest ich ponad 1000, najlepiej poznano PDGF,
FGF, TGF, NGE, TNF oraz ponad 20 interlenkin. Cytokiny łączą się z białkowymi kinazami
MAPERK.

Kinazy MAPERK:
-pobudzają syntezę

nukleotydów (do syntezy DNA)

-pobudzają transkrypcję protoonkogenów
-ułatwiają tworzenie się kompleksów cyklin D1 (CDK4, który unieczynnia

białko RB) ->

aktywacja transkrypcji kilku protoonkogenów.
-fosforylacja histonu 3, który rozluźnia chromatynę i umożliwia transkrypcję.

Cytokiny zmuszają komórkę z fazy G0 do wejścia w cykl komórkowy.

Wpływ podłoża i adhezji komórek
Adhezja komórek do podłoża wielu komórek jest niezbędnym warunkiem do rozpoczęcia i
kontynuacji cyklu komórkowego - > hamuje aktywność inhibitorów CKI, a szczególnie

białko p21, p27 oraz unieczynnia białko RB (hamuje cykl komórkowy).

Choroby proliferacyjne:
1.Choroby nowotworowe – wskutek niekontrolowanej proliferacji.
Defekt polega na łatwym przechodzeniu przez punt restrykcyjny fazy G1. 50% przypadków
to skutek nadmiaru cykliny D1, która może pobudzać transformację nowotworową nabłonka
sutka

2.Choroby sercowo-naczyniowe – nadmierna proliferacja komórek mięśni gładkich –
powstanie w nich guzków oraz ich degeneracja i wapnienie. Jest to wpływ cytokin PDGF.
Choroby wirusowe- niektóre nowotwory współistnieją z zakażeniami wirusowymi komórek,
np. wirusem ludzkich

brodawczaków (HPF). Wirusy hamują CKI – białko p21 i p27,

prowadzi również do rozkładu białko p53 oraz niskie położenie między białkiem RB, a
czynnikiem transkrypcji E2F, co pobudza cykl komórkowy. Dodatkowo wirusy uczynniają
geny kodując cykliny A i E pobudzając cykl komórkowy.