wykład II - 14.10.2013

PODZIAŁY KOMÓRKOWE I ICH ZAKŁÓCENIA

Cykl komórkowy = cykl podziału komórek - proces, który umożliwia jednokomórkowej zygocie rozwinięcie się w dojrzały organizm i dzięki któremu skóra, włosy, komórki krwi i niektóre narządy wewnętrzne ulegają odnowie.

Interfaza: G1, S, G2 - wzrost, gromadzenie substancji odżywczych

faza mitotyczna M: kariokineza + cytokineza (+ odbudowa ściany kom.)

G0 - faza spoczynkowa - czasowe i odwracalne zatrzymanie podziałów

G1 - synteza enzymów potrzebnych do replikacji

S - replikacja DNA

G2 - synteza białek, głównie tubuliny -> wytw. wrzeciona podziałowego (zahamowanie syntezy w G2 uniemożliwia mitozę)

Podział komórki - proces zachodzący u wszystkich organizmów żywych, w którym komórka macierzysta dzieli się na 2 lub więcej komórek potomnych. Podział jądra - przez mitozę, mejozę lub amitozę.

AMITOZA - podział bezpośredni

- przewężenie i rozdzielenie na dwa lub więcej jąder potomnych

- rozdzielenie jest przypadkowe

- nie występuje replikacja DNA

- nie wyodrębniają się chromosomy

- nie rozpuszcza się otoczka jądrowa

- nie ma wrzeciona podziałowego

- powstają komórki zawierające różną liczbę chromosomów

- jest przejawem degeneracji komórki

- występuje w starszych częściach roślin, w komórkach, które utraciły zdolności podziałowe i poliploidach

- prowadzi do powstawania dwujądrowych komórek

MITOZA - zachodzi w komórkach somatycznych organizmu

Z jednej komórki powstają dwie potomne o takiej samej liczbie chromosomów jak komórka macierzysta oraz zawierające taką samą informację genetyczną.

Mitoza nie zmienia liczby chromosomów w komórkach potomnych oraz ich składu genet.

Pozwala zachować cechy gatunku. Mitoza umożliwia wzrost, zastępowanie zużytych, uszkodzonych komórek nowymi ich kopiami, zabliźnianie ran, odbudowanie utraconych części organizmu; u organizmów rozmnażających się bezpłciowo zapewnia powstanie klonów - identycznych kopii danego organizmu.

Etapy mitozy: profaza, metafaza, anafaza, telofaza.

CHROMOSOMY:

- autosomy - zawiadują dziedzicznością cech niesprzężonych z płcią

- płciowe (alosomy, heterosomy) - ich obecność przejawia się u konkretnej płci i w wielu przypadkach determinuje ją

Zespół chromosomów zawierający wszystkie geny charakterystyczne dla gamety nazywany jest genomem i stanowi liczbę podstawową/pierwotną - x.

liczba chromosomów w pokoleniu płciowym (hapl.) - n

liczba chromosomów w pokoleniu bezpłciowym (dipl.) - 2n

WRZECIONO KARIOKINETYCZNE

- dwubiegunowa struktura utworzona przez układ mikrotubul

- pojawia się w metafazie, w komórkach zwierzęcych oraz u jednokomórkowych organizmów roślinnych i grzybowych opatrzonych wiciami

- bieguny wrzeciona podziałowego wyznaczane są przez centriole

- w płaszczyźnie równikowej wrzeciona ustawia się chromosom, a część mikrotubul przyczepia się do kinetochorów

MIKROTUBULE

- małe, cienkie rureczki ok. 25mm średnicy

- zbudowane głównie z tubuliny, odporne na zniekształcenia

- budują cytoszkielet

- wpływają na kształt komórki

- tworzą wrzeciono kariokinetyczne

MIKROFILAMENTY

- filamenty cienkie

- filamenty aktynowe

- powstają w wyniku polimeryzacji białka aktyny G

CENTRIOLE

- cylindryczne walce zbudowane z mikrotubul (9 tripletów)

- występują po dwa ułożone do siebie prostopadle na każdym biegunie komórki w czasie podziału

- odpowiadają za rozwój włókien wrzeciona kariokinetycznego i stanowią ich organizator oraz miejsce przyczepu

- znajdują się w centrosomie

ETAPY MITOZY

1) PROFAZA

- trwa najdłużej

- zachodzi stopniowa kondensacja zreplikowanego DNA, spiralizacja chromatyny -> chromosomy

- zanika jąderko i błona jądrowa

- rozbudowuje się wrzeciono podziałowe na obu biegunach komórki

2) METAFAZA

- kondensacja -> krótkie, grube chromosomy = najlepiej widoczne

- dzięki wrz. kariokinet. chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej

- skracanie włókienek białk., pękanie centromerów -> rozpad chrom. na dwie chromatydy

3) ANAFAZA

- wędrówka chromatyd do przeciwległych biegunów kom. spowodowana kurczeniem się wrzeciona, ciągnięte za centrom. mają kształt litery V -> chromosomy potomne

4) TELOFAZA

- wokół dwóch grup chromosomów potomnych odtwarzają się otoczki jądrowe, jąderko (w pobliżu przewężeń wtórnych)

- despiralizacja chromatyny

CYTOKINEZA

a) w kom. zwierzęcych - pierścień kurczliwy (miozyna + aktyna) -> bruzda podziałowa od zewnątrz ku środkowi

b) u roślin niższych - wpuklenie własnej plazmolemmy

c) u roślin wyższych - fragmoplast + pęcherzyki wypełnione polisacharydami (z aparatu Golgiego) -> 3-warstwowa przegroda pierwotna -> pierwotna ściana komórkowa

MEJOZA w gametach = KARIOKINEZA REDUKCYJNA

-> gamety, mikrospory i makrospory (u roślin wyższych dają początek pokoleniu haploidalnemu wytwarzającemu gamety)

* komórki generatywne zwierząt

* niektóre komórki somatyczne roślin -> powst. kom. macierzyste zarodników

u protistów: mejoza pregamiczna

postgamiczna

I podział = redukcyjny, II podział = zachowawczy, ekwacyjny (przebieg podobny jak w mt)

1) PROFAZA I

- leptoten - zwiększenie objętości jądra, wydłużają się chromosomy

- zygoten - chromosomy koniugują - układają się w pary = biwalenty

- pachyten - chromosomy skręcają się i grubieją, tworzą się tetrady (cztery chromatydy)

- diploten - pary złączone w chiazmach - crossing-over - wymiana odcinków chromatyd chromosomów homologicznych

- diakineza - zanika otoczka jądrowa, maksymalna spiralizacja, tworzą się włókna wrzeciona podziałowego, chromosomy po crossing-over ulegają rozdzieleniu

2) METAFAZA I

- biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej

3) ANAFAZA I

- odciągane są chromosomy do biegunów komórki, rozdział jest przypadkowy -> losowe przemieszanie ojcowskich i matczynych

4) TELOFAZA I

- odtworzenie otoczki jądrowej

- częściowa despiralizacja

- cytokineza

- dwie komórki potomne o zredukowanej o połowę liczbie chromosomów

5) PROFAZA II

- nowe wrzeciono kariokinetyczne, zanik otoczki jądrowej

6) METAFAZA II

- ustawienie w płaszczyźnie równikowej

7) ANAFAZA II

- przemieszczenie chromatyd do biegunów

8) TELOFAZA II

- odtworzenie otoczki jądrowej, wyodrębnienie się 4 jąder potomnych = tetrada

- despiralizacja

* redukcja liczby chromosomów

* rekombinacja materiału genetycznego

POLIPLOIDYZACJA

- samorzutnie - endomitoza -> nie tworzy się wrzeciono podziałowe, podział chromosomów następuje w obrębie nienaruszonej błony jądrowej

- na skutek szoków termicznych, promieniowania, substancji chemicznych:

* herbicydy

* kolchicyna (alkaloid z nasion zimowita jesiennego) - niszczy wrzeciono kariokinetyczne -> zatrzymuje mitozę

- u roślin poliploidyzacja może zachodzić w mitozie i mejozie (np. zablokowanie redukcji chrom. w I podziale)

POLIPLOIDY = więcej niż 1 zestaw chromosomów

* może być powodem zaburzeń w trakcie mejozy

* u poliploidów z nieparzystą liczbą chromosomów utworzenie gamet o jednakowej liczbie chrom. jest niemożliwe -> sterylizacja

* poliploidyzacja u roślin jest korzysta dla człowieka

APOPTOZA vs NEKROZA

APOPTOZA

- naturalny proces zaprogramowanej śmierci komórki w organizmie wielokomórkowym

- usuwanie zużytych lub uszkodzonych komórek

- na indukcję mogą wpływać patogeny, np. wirusy, nieaktywne bakterie (np. Helicobacter pylori)

Etapy:

1) faza sygnałów wstępnych

przyczyny: niedobory hormonów, czynników wzrostu, jonów

cytokiny (np. interferon, TNFα)

leki immunostatyczne

limfocyty cytotoksyczne (np. przy odrzuceniu przeszczepu)

czynniki fizyczne

wirusy

2) faza kontrolno-decyzyjna: uruchomienie mechanizmów naprawczych lub zaniechanie tych procesów

3) faza wykonawcza: enzymy kaspazy niszczą białka strukturalne i enzymy, zniszczeniu ulega błona kom., cytoszkielet, cytoplazma odwadnia się, następuje fragmentacja DNA i jądra -> ciałka apoptotyczne (jądro, cytoszkielet, błona kom.) -> fagocytowanie przez komórki żerne

4) faza uprzątania = fagocytowanie; nie przebiega reakcja zapalna

NEKROZA - ciąg zmian morfologicznych zachodzących po śmierci komórki w żywym organizmie.

* śmierć komórki lub tkanki w przypadku śmierci całego organizmu, wycięcia narządu, czynników lub warunków zabijających fragment ustroju żywego

* występuje w następstwie mechanicznego lub chemicznego uszkodzenia, które jest na tyle duże, że nie może być wyleczone: zakażenia patogenami, silnie działające czynniki środowiska (niedotlenienie, duże dawki promieniowania)

-> stopniowa degradacja struktur, obrzmienie cytoplazmy, dezintegracja błony, chaotyczna dezintegracja szlaków biologicznych

nekrozie towarzyszy wydostawanie się zawartości komórki na zewnątrz -> uwalniane są enzymy lizosomalne -> reakcja zapalna, DNA rozpada się na fragmenty przypadkowej długości

ZMIENNOŚĆ I MUTACJE

ZMIENNOŚĆ - wyst. różnic: komórek danego organizmu (wewnątrzosobnicza)

osobników tej samej populacji (osobnicza)

osobników różnych populacji (grupowa)

Rodzaje zmienności:

a) rekombinacyjna - proces wymiany materiału genetycznego -> nowe genotypy (mejoza, koniugacja bakterii), źródło występowania w przyrodzie zmian genetycznych

b) mutacyjna:

- mutacje genowe

- mutacje chromosomowe

c) fluktuacyjna (ciągła, daje się określić w jednostkach miary) fenotypowa

d) alternatywna = skokowa (nieciągła)

MUTACJE

- dziedziczone / de novo

- w komórkach somatycznych / gametach

- genowe / chromosomowe

- spontaniczne / indukowane

PUNKTOWE = GENOWE - zmiany sekwencji nukleotydów w obrębie genu

- tranzycja - zamiana: purynowa -> purynowa, pirymidynowa -> pirymidynowa

- transwersja - zamiana: purynowa -> pirymidynowa, pirymidynowa -> purynowa

- delecja - wypadnięcie par zasad

- insercja - wstawienie par zasad

Efekty:

* mutacja cicha -> nie powoduje zmian

* zmiana sekwencji nukleotydów

* przerwanie syntezy -> skrócenie białka

* ominięcie kodonu STOP -> wydłużenie białka

ABERRACJE CHROMOSOMOWE = STRUKTURALNE - w kom. somatycznych / gametach; jedna lub dwie chromatydy

- inwersja - odwrócenie genów o 180^o

- translokacje - przemieszczenie fragmentu chromosomu:

* wzajemne - między chromosomami niehomologicznymi

* robertsonowskie - chrom. akrocentryczne gr. D i G -> utrata ramion krótkich w wyniku połączenia ramion długich

* robertsonowskie zrównoważone - zmiana lokalizacji materiału genetycznego w genomie; osoba jest nosicielem

* robertsonowskie niezrównoważone - dodatkowa kopia translokowanego chromosomu (liczba chromosomów = 46!)

- delecja = deficjencja - utrata fragmentu chromosomu, fragment niezawierający centromeru zostanie wyeliminowany podczas mitozy

- duplikacja - podwojenie fragmentu chromosomu (kolejność zgodna lub odwrócenie - inwersja)

- insercja - wstawienie fragmentu chromosomu w inne miejsce, najczęściej na tym samym chromosomie

- chromosom kulisty

- chromosom dicentryczny - zawiera 2 centromery

ABERRACJE LICZBOWE CHROMOSOMÓW

- aneuploidie - zmiana liczby o pojedyncze chromosomy

- euploidie = poliploidie - zwielokrotnienie haploidalnego zestawu chrom. (3n, 4n…)

u człowieka teoretycznie: 69 XXX, 69 XXY, 92 XXXX, 92 XXXY

CZYNNIKI MUTAGENNE = MUTAGENY

CZYNNIKI FIZYCZNE

a) promieniowanie jonizujące (X, α, β, γ, kosmiczne, protony i neutrony emitowane przy rozpadzie promieniotwórczym)

promieniowanie jonizujące -> wybijanie elektronów z atomów i cząsteczek ->

WOLNE RODNIKI = reaktywne formy tlenu:

nadtlenek wodoru

anionorodnik ponadtlenkowy

rodnik hydroksylowy (˙OH)

(LOO˙) nadtlenkowy rodnik lipidowy

(NOO˙) nadtlenkowy rodnik azotowy

tlenki arenów (Ar˙)

-> reakcje z DNA -> mutacje

* wrażliwe - komórki szybko dzielące się: kom. szpiku kostnego, nabłonka przewodu pokarmowego

b) promieniowanie niejonizujące - ultrafioletowe - UVA, UVB, UVC.

silnie pochłaniane przez DNA zwłaszcza przez zasady pirymidynowe -> zaburzenia w replikacji DNA -> czerniaki

CZYNNIKI CHEMICZNE

a) deaminujące, np. dwusiarczan sodowy

b) alkilujące, np. sulfonian

c) analogi zasad azotowych

d) barwniki akrydynowe (rozsuwają pary zasad)

e) policykliczne węglowodory aromatyczne

f) leki - cytostatyki, antybiotyki o właściwościach cytostatycznych

g) substancje zawarte w produktach spożywczych:

- konserwanty, np. azotyn sodu

- produkty pirolizy aminokwasów

- mikotoksyny -> aflatoksyny produkowane przez kropidlaki

CZYNNKI BIOLOGICZNE

a) wirusy:

- DNA, np. wirus opryszczki, wirus brodawczaka ludzkiego

- RNA, np. retrowirusy

b) bakterie

---