WYKŁAD 1 - BŁONY BIOLOGICZNE

1. Składniki błon:

• lipidy i białka

• ich stosunek oraz ułożenie może ulegać zmianie

• lipidy to głownie fosfolipidy a także lipidy obojętne i glikolipidy

• fosfolipidy mają charakter amfipatyczny, tzn. że na jedynym biegunie (główka) są hydrofilne (polarne) a na drugim ( ogonek) hydrofobowe (apolarne). W środowisku wodnym układają się główkami na zewn. a ogonkami do środka. W ten sposób mogą tworzyć koliste układy - micele lub liposomy, czyli podwójne warstwy lipidowe zamykające siew pęcherzyki

• białka to głównie oligosacharydy, mają powinowactwo do poszczególnych lipidów. Białka możemy podzielić na: integralne (trudne do usunięcia) i powierzchniowe, przy czym te pierwsze pełnia funkcje transportowe (tworzą kanały) . Białka integralne to głownie glikoproteiny Białka są również amfipatyczne.

• zarówno lipidy jak i białka przyczyniają się do asymetrii błony

2. Błony biologiczne mają charakter dwuwarstwy.

3. Ruchy lipidów w obrębie błony:

• dyfuzja boczna - zamiana miejscami sąsiadujących ze sobą fosfolipidów w obrębie jednej warstwy lipidowej - bardzo częste

• rotacyjne - ruch obrotowy cząst. wokół własnej osi

• fleksyjne - zginanie łańcucha alifatycznego (ogonka), im krótszy i bardziej nasycony tym ruchliwość jest większa.

• tzw. flip - flop - wymiana cząst. lipidów między jedna i drugą warstwą, bardzo wolne

4. Błony różnią się grubości: plazmolema jest najgrubsza a retikulum najcieńsze.

5. Plazmalema wzmocniona jest białkami cytoplazmatycznymi, które pozwalają jej na utrzymanie odpowiedniego kształtu.

WYKŁAD 2 - TRANSPORT PRZEZ BŁONY

1. Wyróżniamy transport:

• bierny - zachodzi bez nakładu energii, zachodzi zgodnie z gradientem stężeń, czyli od większego do mniejszego, realizowany na zasadzie:

• dyfuzji prostej

• dyfuzji ułatwionej - przy udziale nośnika białkowego lub kanału

• aktywny - wymaga nakładu energii, zachodzi wbrew gradientowi stężeń, czyli od mniejszego do większego

2. Transport wody zachodzi na zasadzie osmozy, czyli przenikaniu rozpuszczalnika z roztworu o mniejszym stężeniu do roztwory o stężeniu wyższym. Problemem w transporcie wody jest hydrofobowe wnętrze bony. Rozwiązują go akwoporyny - białka tworzące kanały dla wody.

3. Jonofor:

• przykład nośnika

• polimer ułatwiający transport jonów przez błony

• etapy pracy:

• otoczenie jony i jego dehydratacja

• dyfundowanie przez błonę w postaci kompleksu z jonem

• uwolnienie jonu po drugiej stronie błony i jego hydratacja

• dyfundowanie wolnego jonoforu na drugą stronę błony

• rolę jonoforów pełnią antybiotyki, np. walinomycyna lub gramicydyna. Funkcjonują one jako ruchome, bierne nośniki jonów K⁺.

4. Kanały jonowe:

• tworzą kanał w błonie, mają budowę helisy z hydrofobową powierzchnią zwróconą na zewn. i hydrofilnym środkiem.

• mogą być otwarte lub zamknięte

• są specyficzne - przepuszczają jony o odpowiednich właściwościach

• mogą być bramkowane tzn. że przewodnictwo jonowe zależy od różnicy potencjału

5. Transportery - biorą udział w transporcie aktywnym, wyróżniamy:

• uniport - transport jednej cząsteczki, o szybkości procesu decyduje nie powierzchnia (jak w dyfuzji prostej) ale liczba uniporterów

• symport - jedno białko transportuje przez błonę dwie cząst. jednocześnie, w tym samym kierunku

• antyport - przemieszczanie jednej cząsteczki do kom. związane jest z równoczesnym usunięciem innej cząst. , przykładem jest pompa sodowo - potasowa.

6. Pompa sodowo - potasowa:

• wyst. u zwierząt, brak u roślin, bakterii i grzybów

• utrzymuje gradient elektrochemiczny

• transportuje jony sodu z kom. do środowiska, a jony potasu do komórki

• zużywane jest przy tym ATP - aktywność enzymu ATPazy

• w erytrocytach 2 jony K⁺ zamieniane jest na 3 jony Na⁺

• pompa pracuje dwustopniowo - cyklicznie następują po sobie fosforylacja enzymu i transport Na⁺, a potem defosforylacja enzymu i transport K⁺

• przewodzenie impulsów polega na depolaryzacji błony

WYKŁAD 3 - POŁĄCZENIA MIĘDZYKOMÓRKOWE

U ZWIERZĄT

1. W rejonie styku komórek tworzą się specjalne struktury łączące je ze sobą - tzw. połączenia międzykomórkowe. Połączenie takie zbudowane jest z dwóch symetrycznych części, z których każda należy do jednej z komórek tworzących styk.

2. Z uwagi na funkcje pełnione przez połączenia dzielimy je na:

• połączenia mechaniczne - białka łączące powiązane są z cytoszkieletem, zapewniają mechaniczne powiązanie dwóch sąsiadujących komórek, wyróżniamy 2 typy:

• strefa przylegania (desmosom pasmowy) - białka łączące są powiązane z filamentami aktynowymi, ma charakter ciągłego pasa biegnącego wokół kom, biorą udział w zmianie kształtu zespołów kom. , wyst. najczęściej w kom. nabłonkowych, w strefie przylegania stwierdza się obecność następujących białek:

• winkuliny - odpowiedzialna za przyczep mikrofilamentów aktynowych do błony

• kadhedryna - pełni funkcje receptora odpowiedzialnego za lokalne przyleganie błon

• plakoglobina

• desmosom - białka łączące są powiązane z filamentami pośrednimi, mają charakter punktowy, pod błonami (od strony cytoplazmy) znajdują się płytki desmosomowe - dyskowate, elektronowo gęste twory, z zakotwiczonymi w nich białkami: desmoplakiną, plakoglobiną i desmokalminą. Przestrzeń międzybłonowa wypełniona jest włóknami zazębiającymi się na kształt zamka błyskawicznego i spajającymi silnie błony sąsiednich kom.

• połączenia ścisłe (barierowe) - tylko jeden typ, strefa zamykająca - otacza kom. w formie ciągłego pasa, na przebiegu którego, obserwuje się leżące blisko siebie punkty ścisłego styku sąsiadujących błon, białka (m. in. okludyna) łączące uszczelniają przestrzeń międzykomórkową i uniemożliwiają niekontrolowane przechodzenie substancji pomiędzy komórkami, , stanowi także barierę dla dyfuzji białek i lipidów, umożliwiając w ten sposób utrzymanie polaryzacji błon, wyst. głównie w kom. nabłonkowych.

U bezkręgowców typ połączenia ścisłego wyst. u bezkręgowców, nosi nazwę połączenia przegrodowego. Sąsiadujące ze sobą błony połączone są regularnie ułożonymi mostkami białkowymi w formie równolegle biegnących przegród.

• połączenia komunikacyjne - tylko jeden typ, połączenie szczelinowe, inaczej neksus - białka łączące tworzą kanały, które umożliwiają przechodzenie małych cząsteczek (np. jonów, cukry, aminokwasy, nukleotydy, hormony, witaminy) bezpośrednio z jednej komórki do drugiej. Jednostką funkcjonalną i strukturalną jest konekson. Budują go białka - koneksyny (2), zbudowane z kolei z 6 elementów, które tworzą rozetkę. Poprzez zmianę konformacji, podjednostki mogą otwierać bądź zamykać kanał koneksonu. Zamkniecie kanału następuje przy podwyższonym stęż. Janów Ca2+ oraz niskim pH < 6,5. Funkcje:

• przewodzenie bodźców elektrycznych i hormonalnych

• przewodzenie metabolitów i subst. potrzebnych do rozwoju i różnicowania się kom.

U ROŚLIN

WYKŁAD 4 - JĄDRO KOMÓRKOWE

1. Skład:

• chromatyna

• jąderko

• matriks

• kariolimfa

• otoczka jądrowa

CHROMATYNA

1. Stanowi interfazową postać chromosomów mitotycznych lub mejotycznych

SKŁAD

• DNA

• białka histonowe

• RNA i białka niehistonowe - tylko w chromatynie aktywnej genetycznie

2. DNA

• liczba cząsteczek DNA wynosi tyle samo ile liczba chromosomów

• w skład DNA wchodzą sekwencje:

• powtarzalne - należą tu geny kodujące RNA nie ulegające translacji: rRNA, tRNA i 5S RNA oraz satelitarny DNA ()

• unikatowe - kodujące białka

• rodzaje DNA jądrowego:

• satelitarny DNA - wyst. w heterochromatynie, nie ulega transkrypcji (nie stanowi wzorca do syntezy RNA), wysoki stopień kondensacji, u człowieka stanowi ok. 0,5 % całkowitego DNA

• umiarkowanie powtarzalny DNA - regulacja aktywności genów, zawiera przerywniki między transkrybowanymi odcinkami DNA

• rDNA - wyst. w przewężeniu wtórnym chromosomów jąderkotwórczych lub w kariolimfie, ulega transkrypcji ale nie ulega translacji

• inne rodzaje DNA - euchromatyna, unikatowe sekwencji nukleotydów, ulega transkrypcji i translacji

• Białka histonowe:

• białka zasadowe połączone z DNA

• duża zawartość aminokwasów zasadowych - lizyny i argininy

• niewielka masa cząsteczkowa

• w kom. somatycznych roślin i zwierząt wyróżniamy 5 rodzajów: H1, H2A, H2B (bogate w lizynę), H3 i H4 bogate w argininę)

• Histony H2A, H2B, H3 i H4 tworzą rdzeń nukleosomu, a histon H1 spina DNA wchodzące i schodzące z nukleosomu.

• podlegają modyfikacjom posttranslacyjnym, co powoduje rozluźnienie chromatyny, co jest konieczne do przeprowadzenia replikacji DNA lub transkrypcji. takim jak: acetylacja, metyzacja i fosforylacja

• nie są specyficzne ani dla gatunku ani dla tkanki

• zawartość histonów podwaja się podczas replikacji DNA tj. w fazie S cyklu mitotycznego.

• zawartość w chromatynie jest stała

4. Białka niehistonowe:

• charakteryzuje je zmienna liczba oraz właściwości fizykochemiczne

• wyróżniamy białka:

• enzymatyczne, które z kolei dzielimy na enzymy

• związane z syntezą i przemianami kwasów nukleinowych, m. in. :polimerazy DNA i RNA, N - glikozydazy, nukleazy

• modyfikujące białka: m. in. proteazy, kinazy, fosfatazy

• regulatorowe

• strukturalne

5. RNA:

• każdy rodzaj cytoplazmatycznego RNA jest syntetyzowany na podstawie wzorca DNA jądrowego.

• rodzaje:

• wysokocząsteczkowe

• hnRNA - heterogenny RNA - przenosi informację genetyczną dla biosyntezy białek, jego część stanowi mRNA

• prerybosomowy RNA - syntetyzowany w jąderku ,prekursor rybosomowego RNA (rRNA)

• niskocząsteczkowe

• przenikające do cytoplazmy: 4S RNA (transportuje aminokwasy w procesie biosyntezy białek) oraz 5S RNA (połączony z większą podjednostką rybosomów)

• nie opuszczające jądra - 70% z nich połączone jest z chromatyną

STRUKTURA

Upakowanie I - rzędu: Nukleosom

• stanowi podstawowa jednostkę strukturalną chromatyny

• składa się z: fragmentu DNA (ok. 200 par zasad), po dwie cząst. każdego z histonów H2A, H2B, H3 i H4 oraz jednej cząst histonu H1.

• struktura nukleosomu: podwójny heliks DNA owija się w postaci lewoskrętnej spirali wokół oktameru histonów (ok. 146 par zasad DNA wraz z oktamerem tworzą rdzeń) , wszystko to spina histon H1. Histon 1 z kolei wiąże się z łącznikowym DNA stabilizując dwa skręty DNA wokół oktameru histonów. 168 par zasad wraz z rdzeniem i histonem H1 tworzą z kolei chromatosom

Upakowanie II - rzędu: Solenoid (superhelisa)

• heliakalna forma włókna chromatynowego, zawierająca 6 nukleosomów na skręt

Upakowanie III - rzędu: Domeny

RODZAJE

• heterochromatyna:

• zwarta - nie ulega dekondensacji (z wyjątkiem okresu replikacji)

• zawiera satelitarny DNA, który nie ulega transkrypcji - nie jest więc aktywna genetycznie

• zlokalizowana jest w charakterystycznych dla danego gatunku miejscach: telomery, centromer, ramiona

• funkcja: kontrola przebiegu rekombinacji i segregacji genów podczas mejozy

• euchromatyna:

• luźna - ulega dekondensacji

• zawiera DNA ulegający transkrypcji - jest więc aktywna genetycznie

Na styku chromatyny luźnej i zwartej znajdują się fibrylle perichromatynowe w postaci nici częściowo zwiniętych. Są one produktem transkrypcji i zawierają wyłącznie RNA. Znajdują się w sąsiedztwie ziaren perichromatynowych, które mogą opuszczać jądro.

JĄDERKO

1. Charakterystyczny składnik jądra u Eucaryota.

2. Skład:

• RNA

• białka

• nieznaczne ilości rDNA - zawiera informację genetyczną dla syntezy prerybosomowego RNA, z którego z kolei powstaje rRNA

1. Stanowi miejsce okresowego nagromadzenia RNA

2. Budowa:

• centra fibrylarne - jasne przestrzenie wypełnione fibrylami chromatynowymi, zawierają rDNA i wykazują aktywność polimerazy jąderkowej, jednak są to obszary nieaktywne transkrypcyjnie.

• gęsty składnik fibrylarny - zawiera RNA i jest miejscem intensywnej transkrypcji rRNA, otacza centra fibrylarne

• składnik granularny - zawiera ziarnka będące prekursorami rybosomów cytoplazmatycznych, zawierają one rRNA i białka rybosomowe

• wakuole jąderkowe - wyst. w jąderkach w których nastąpił gwałtowny eksport składnika granularnego

• matriks jąderkowa - stanowi podłoże dla wyżej wymienionych składników

1. Rozmiary jąderek są tym większe im większe jest nasilenie syntezy białek w danej kom.

2. W mitozie zanika w późnej profazie Można to uzasadnić zablokowaniem transkrypcji genów kodujących rRNA, ponieważ wtedy chromosomy ulegają kondensacji. Jąderko jest odtwarzane w telofazie w jądrach siostrzanych.

3. Miejscem powstawania jąderka w telofazie są przewężenia wtórne chromosomów . Liczba chromosomów z przewężeniami wtórnymi, tzn. liczba chromosomów jąderkotwórczych jest stała dla danego genomu.

4. Odcinki jąderkotwórczych chromosomów, odpowiadające wtórnym przewężeniom w chromosomach mitotycznych, noszą nazwę organizatorów jąderka (NOR). Jest to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące cząsteczki 18s i 28s rRNA.

MATRIKS JĄDROWA

1. Stanowi białkowy szkielet wewnątrzjądrowy odpowiedzialny za utrzymanie struktury przestrzennej chromatyny

2. Skład morfologiczny:

• kompleksy porowe otoczki jądrowej wraz z blaszką

• włókienkowo - granularna matriks wewnątrzjądrowa

• matriks jąderkowa

3. Skład chemiczny: 98% stanowią białka, reszta to kwasy nukleinowe i fosfolipidy
   

OTOCZKA JĄDROWA

1. Stanowi barierę między nukleoplazmą a cytoplazmą

2. Składa się z dwóch błon, pomiędzy którymi wyst. przestrzeń okołojądrowa. Stanowią one przedłużenie błon retikulum edoplazmatycznego. Na błonie zewn. mogą znajdować się rybosomy.

3. U wyższych Eucaryota otoczka zanika w późnej profazie, a odtwarza się w telofazie z udziałem retikulum.

4. Przy wewn. błonie znajduje się ciemne pasmo - blaszka gęsta, do której przylega chromatyna zwarta.

5. W otoczce znajdują się pory, które służą do wymiany między jadrem a cytoplazmą.

CHROMOSOMY

Politeniczne (olbrzymie)

• wyst m. in. w gruczołach ślinowych larw Dietera

• powstają w wyniku wielokrotnie powstających po sobie cykli replikacyjnych fibryl chromatynowych, po których nie zachodzą podziały komórkowe. W rezultacie, siostrzane fibryle leżą blisko siebie tworząc kompleks złożony

• pasma fibryl chromatynowych, pochodzące z endomitotycznej replikacji obu chromosomów homologicznych ściśle do siebie przylegają w wyniku tzw. somatycznej koniugacji.

• w mikroskopie w chromosomach olbrzymich widoczne są poprzeczne prążki:

• ciemne - fibryle chromatynowe są silnie skondensowane

• jasne - fibrule są tylko zespiralizowane

• w poszczególnych chromosomach olbrzymich następuje lokalna całkowita dekondensacja fibryl, wskutek czego powstają na nich nabrzmienia - pierścienie Balbianiego. W nich właśnie zachodzi synteza RNA, czyli proces transkrypcji.

Szczoteczkowe

• wyst. w oocytach płazów, gadów i ptaków, w stadium profazy mejozy, w diplotenie

• tworzone są pętle boczne, będące wynikiem lokalnej dekondensacji chromatyny (są analogiem pierścieni Balbianiego)

WYKŁAD 5 - MITOCHONDRIUM

1. Wyst. u wszystkich aerobowych. Eucaryota (wyjątek stanowią erytrocyty)

2. Mitochondria są siedzibą pozajądrowego genomu i mają zdolność do jego ekspresji, ale większość białek importują z cytoplazmy.

3. Namnażają się w kom. poprzez wzrost i podział, rozdzielając się pomiędzy kom. potomne, a nie powstają de novo.

4. Powstały na drodze endosymbiozy

5. Liczba:

od 1 (glony) - kilkuset tys. (ameba)

proporcjonalna do intensywności metabolizmu tlenowego i do zapotrzebowania energetycznego kom.

7. Przemieszczają się w obrębie kom, z prądem cytoplazmy, lub związane z innymi organellami. Ich rozmieszczenie jest równomierne.

8. Wielkość i kształt nie są stałe. Kształt:

• sferyczno - elipsoidalny

• włóknisty (niciowy)

Kształt zmienia się w zależność od fazy cyklu komórkowego, w pewnych etapach tworzy się sieć (fuzja) w innych rozpadają się na mniejsze jednostki (fragmentacja).

1. U kręgowców wyższych istnieje zależność pomiędzy strukturą mitochondriów a aktywnością. W kom mięśniowych cristae są liczne, natomiast w kom wątroby system wewn. membran jest słabiej rozwinięty.

ULTRASTRUKTURA

1. Otoczone podwójną błoną, przy czym wewn. jest silnie pofałdowana, tworzy grzebienie (cristes), które zwiększają powierzchnię

2. Wyróżniamy dwie przestrzenie:

• perimitochondrialną - przestrzeń pomiędzy błoną zewn i wewn.

• macierz (matrix)

3. Typy grzebieni mitochondrialnych:

• grzebienie - cristae, stanowiące przegrody kompletne lub niekompletne, wyst. głównie u zwierząt, brunatna tkanka tłuszczowa u niemowląt

• tabularne (rurkowate) - mięśnie poprzecznie prążkowane

• woreczkowate (sacculli)

Rodzaj wpukleń jest charakterystyczny dla poszczególnych typów kom, natomiast ich liczba jest proporcjonalna do intensywności procesów oddychania.

4. Błona wewnętrzna

• znajduje się tu łańcuch oddechowy

• wewn. błona od strony matrix pokryta jest oksysomami - buławkowatymi strukturami białkowymi, zawierającymi cytochromy - enzymy łączące łańcuch transportu elektronów z fosforylacją oksydacyjną w celu wytworzenia ATP. Inna nazwa to : ciałka Hackera lub czynniki sprzęgające F₁

5. Matrix:

• wodny roztwór białek i metabolitów zużywanych na potrzeby mitochondriom

• białkami wewnętrznymi mitochondrium są wszystkie enzymy β-oksydacji kwasów tłuszczowych, cyklu Krebsa itp.

• macierz zawiera również mitochodndrialny DNA (mtDNA), rybosomy mitochondrialne

(o właściwościach zbliżonych do rybosomów bakteryjnych) i tRNA mitochondrialne.

• martix w kom. merystematycznych jest gęsta i ciemna, natomiast w kom. zróżnicowanych jasna

6. Enzymy markerowe:

• błona zewn. - oksydaza monoaminowa (MAO)

• błona wewn. - oksydaza cytochromu c.

• przestrzeń perimitochondrialna - kinaza adenilanowa.

• matrix - syntaza cytrynianowa

7. Wrażliwe na pH, wilgotność, temp i wart. osmotyczną. W środowisku hipotonicznym pęcznieją a w ich wnętrzu pojawiają się pęcherzyki, co jest wynikiem zwiększenia powierzchni błony zewn i przestrzeni perimitochondrialnej.. Proces ten powoduje redukcję pofałdowania błony wewn. i obniżenie aktywności. Blona zewn. może pęknąć, odsłaniając nie zniszczoną, choć spęczniała błonę wew. Jest to proces odwracalny, do momentu zniszczenia membrany wewn.

FUNKCJA

1. Funkcja:

• wytwarzanie energii w postaci ATP

• zapoczątkowują programowaną śmierć komórki - apoptozę

2. Ich funkcja związana jest bezpośrednio z obecnością enzymów, które utleniają kwasy org. poprzez przenoszenie elektronów lub protonów przez dehydrogenazy na kolejne nośniki:

• NAD (dwunukleotyd nikotynoamidoadeninowy)

• NADP (fosforan dwunukleotydu nikotynoamidoadeninowego)

• FAD (dwunukleotyd adeninoflawinowy)

• cytochromy

Te z kolei przerzucają elektrony i protony bezpośrednio na tlen. Proces ten nazywamy oddychaniem właściwym.

3. W wyniku procesu oddychania (utleniania) powstaje energia, która jest wychwytywana przez ADP i magazynowana w wiązaniach wysokoenergetycznego związku - ATP ( kwas adenozyno trójfosforowy). Cały proces nazywamy fosforylacją oksydacyjną.

4. Substratem utlenianym podczas fosforylacji oksydacyjnej jest kwas pirogronowy powstający w wyniku utleniania glukozy zachodzącego poza mitochondriom. Wnika on przez pory w zewn. błonie do przestrzeni perimitochondrialnej. Kolejne etapy utleniania kwasu pirogronowego noszą nazwę cyklu Krebsa (in. cyklu kwasu cytrynowego lub utleniania kwasów trójkarboksylowych).

5. Enzymy związane z oddychaniem i gromadzeniem energii znajdują się na wewn. błonach mitochondrialnych i rozmieszczone są w porządku odpowiadającym etapom cyklu.

6. Zahamowanie jakiegokolwiek etapu w proc3esie utleniania, przenoszenia elektronów oraz fosforylacji oksydacyjnej powoduje zmiany struktury wewn. membrany mitochondriów.

IDENTYFIKACJA

1. W mikroskopie świetlnym:

• zastosowaniem kontrastu fazowego są matowe

• niszczy je kwas octowy i alkohol, należy stosować barwniki o obojętnym pH tj. hematoksylinę żelazową, fiolet krystaliczny i kwaśną fuksynę

1. Metodą cytoenzymatyczną - polega na ujawnieniu aktywności specyficznych dla mitochondriów enzymów:

• oksydazy cytochromowej - przy pomocy:

• zieleni Janusowej B, która po wniknięciu do kom. ulega odbarwieniu, natomiast w mitochondriach przy dostępie tlenu ulega utlenieniu przy udziale oksydazy i zmienia barwę na zieloną.

• reakcji Nadi - powstanie błękitu indofenolowego

• dehydrogenazy bursztynianowej. - z zastosowaniem soli tetrazolowych, jako biorców elektronów odszczepianych w mitochondriach przez specyficzne dehydrogenazy kwasu bursztynowego. Niebieskie zabarwienie (wynik redukcji soli tetrazolowej) świadczy o aktywności enzymu - dehydrogenazy bursztynianowej.

TRANSPORT BŁONOWY

1. Błona zewn. jest o wiele bardziej przepuszczalna niż wewn.

2. Błona zewn. posiada kanały białkowe, wytworzone przez porynę, umożliwiające swobodny przepływ, na drodze dyfuzji, subst. o masie poniżej 5 kD. Przez błonę wew., swobodnie przenikają jedynie woda i rozpuszczone w niej gazy. Umożliwia to wytworzenie gradientu protonowego niezbędnego do działania łańcucha oddechowego

3. Do przechodzenia przez błonę wewn. niezbędnych w procesie oddychania składników służą specjalne systemy transportu w niej zlokalizowane. Systemy te są genetycznie zdeterminowane i gatunkowo specyficzne. Są to białka nazywane nośnikami (translokazy, permeazy). Wykazują one specyficzność w stosunku do pewnych subst. i mogą one funkcjonować na zasadzie transportu biernego lub aktywnego.

4. Wyróżniamy przenośniki:

• translokaza adenylowa (ATP i ADP - nukleotydy adenylowe), ich przepływ związany jest z gradientem ich stężeń tzn. ADP może dostał się do matrix tylko wtedy gdy ATP ją opuszcza. Proces ten nazywamy ułatwioną dyfuzją wymienną.

• nośnik fosforanów - wymiana jonów fosforanowych i hydroksylowych

• nośnik dikarboksylowy - wymiana jabłczanu i bursztynianu na fosforan pomiędzy matrix i cytosolem

• nośnik trikarboksylowy - wymiana cytrynianu między matrix a cytosolem

5. NAD⁺, NADH także maja utrudniony transport przez błonę wewn. Służą do tego cykle reakcji o nazwie „mostów”.

ENZYMY ODDECHOWE

1. Na błonie wewn. zlokalizowane są cztery kompleksy enzymów oddechowych tworzące łańcuch transportu elektronów:

• I kompleks: reduktaza NADH - ubichinon, dehydrogenaza NADH

• II kompleks: reduktaza bursztynian - ubichinon, dehydrogenaza bursztynianaowa

• III kompleks: reduktaza ubichinil - cytochrom c, kompleks cytochromów b - c₁

• IV kompleks: oksydaza cytochromu c

GENOM MITOCHONDRIALNY

1. Mitochondria wszystkich org. zawierają mitochondrialny DNA (mtDNA). Jest to materiał genetyczny w postaci kolistego DNA znajdujący się w macierzy (matrix) mitochondrium. Czasami może być przyczepiony do wew. błony mitochondrialnej.

2. Obecność mtDNA tłumaczona jest teorią endosymbiotycznego pochodzenia tych organelli.

3. Jego zasadniczą funkcją jest kodowanie mitochondrialnego rRNA, tRNA oraz białek mitochondrialnych.

4. Białka kodowane przez mtDNA to część mitochondrialnych białek łańcucha oddechowego, jednak większość białek wchodzących w jego skład jest kodowana przez genom jądrowy.

5. Kod genetyczny mitochondriów różni się od kodu genetycznego w genomie jądrowym - UGA (jądrowy kodon STOP) w mitochondriach oznacza tryptofan, AUA (izoleucyna) - metioninę, a AGA i AGG (arginina) są mitochondrialnymi kodonami STOP

6. W większości modna są koliste, ale u grzybów mogą być liniowe, a u roślin wielokrotnie koliste.

7. Różne mitochondria w tej samej komórce mogą zawierać różniące się od siebie cząsteczki mtDNA, nawet w pojedynczym mitochondrium nie wszystkie cząsteczki są jednakowe. Zjawisko to nazywa się heteroplazmią.

8. Mitochondria wraz ze znajdującym się w nich mtDNA są przekazywane następnym pokoleniom wyłącznie w linii żeńskiej.

9. Mutacje w genach mitochondrialnych powodują choroby genetyczne, których objawy dotyczą głównie tkanek o największym zapotrzebowaniu energetycznym - mięśniowej i nerwowej.

ENDOSYMBIOZA

Teoria endosymbiozy zakłada, że mitochondria powstały w ewolucji z bakteryjnych endosymbiontów. Te prokariotyczne endosymbionty (najprawdopodobniej były to bakterie alfa purpurowe) zostały wchłonięte przez komórkę gospodarza, lecz z jakiś niewyjaśnionych przyczyn nie zostały strawione. Przeżyły one i rozmnażały się wraz z komórką gospodarza, dlatego też następne pokolenia gospodarzy także zawierały endosymbionty. Między tymi dwoma organizmami powstała zależność mutualistyczna, a ostatecznie endosymbiont utracił zdolność samodzielnego życia poza organizmem gospodarza.

Endosymbionty trafiły do wnętrza gospodarza na drodze endocytozy, zostały więc otoczone plazmolemą. Tłumaczy to podwójną błonę mitochondrium.

Endosymbionty zachowały swój genom co tłumaczy obecność genomu mitochondrialnego, oraz jego odrębność w stosunku do genomu jądrowego. W toku ewolucji jednak, następowało redukowanie zawartości genów endosymbionta. Przyczyną było to, że teraz była chroniona przez gospodarza i dużo białek stawało się zbędnych. W wyniku tego szereg genów wędrował do genomu jądrowego gospodarza. I tak w genomie mitochondrialnym pozostały tylko geny budujące błony oraz geny oddechowe.

WYKŁAD 6 - RYBOSOMY

1. Skład:

• rRNA

• białka

• Rybosomy Procaryota różnią się składem i wielkością od rybosomów Eucaryota

WŁAŚCIWOŚCI	Procaryota		Eucaryota
masa, rozmiary	2,8 x 10^6, 21 x 29		4,5 x 10^6, 22 x 32
stała sedymentacji	70S		80S
skład: białka	50%		35%
rRNA	50%		56%
PODJEDNOSTKI	mała	duża	mała	duża
stała sedymentacji	30S	50S	40S	60S
liczba białek	21	34	33	45
rodzaje rRNA	16S RNA	23S, 5S RNA	18S RNA	28S, 5,8S, 5S RNA

3. U prokariotów duża podjednostka (50S) zawiera dwie cząsteczki rRNA (5S i 23S), a mała podjednostka (30S) jedną cząsteczkę rRNA.(16S). U eukariontów natomiast duża podjednostka (60S) składa się z trzech cząsteczek rRNA (5S, 5.8S i 28S rRNA) a mała (40S), z jednej cząsteczki rRNA (18S rRNA).

4. U Eukaryota wyst. również rybosomy chloroplastowe i mitochondrialne. One także składają się z dużej i małej podjednostki, tworzącej razem cząsteczkę 55S. Przypominają rybosomy bakteryjne, co potwierdza teorię endosymbiozy.

5. Cząsteczki 5.8S i 28S rRNA powstają w jąderku, natomiast transkrypcja 5S rRNA jest przeprowadzanana chromatynie pozająderkowej.

6. Podjednostki rybosomu są ze sobą połączone tylko podczas translacji - po zakończeniu translacji danego łańcucha białkowego podjednostki rozdzielają się, a podczas inicjacji translacji jakieś blisko siebie znajdujące się podjednostki (jedna duża i jedna mała) łączą się ze sobą, odtwarzając rybosom.

7. Struktura rybosomy utrzymywana jest głównie dzięki siłom jonowym i wiązaniom wodorowym pomiędzy kwasami rybonukleinowymi a białkami.

8. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji.

9. Służą do produkcji białek w ramach translacji.

10. Zespół rybosomów połączonych nicią matrycową (mRNA) stanowi polirybosom zwany inaczej polisomem. :

• liczba rybosomów w polisemie zależy od długości nici mRNA, która z kolei uwarunkowana jest długością łańcucha polipeptydowego

• obecność polisomów wskazuje na zachodzące aktualnie procesy syntezy białka

11. U eukariontów można wyróżnić dwie lokalizacje rybosomów:

• rybosomy wolne - swobodnie pływające w cytoplazmie, służą one do syntezy białek nieeksportowanych poza komórkę, takich jak: enzymy wewnątrzkomórkowe, białkowe elementy błon komórkowych, białka wędrujące do jądra, białka cytoplazmy czy białka cytoszkieletu;

• rybosomy związane z błoną - lub przyczepione do retikulum endoplazmatycznego (szorstkiego), w których następuje synteza białek eksportowanych transportowanych przez siateczkę śródplazmatyczną także poza błony komórki: hormony białkowe, kolagen, białka wydzielnicze, enzymy lizosomalne, białka wchodzące w skład błon.

Rybosom: 1-duża podjednostka

2-mała podjednostka

WYKŁAD 7 - SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA

1. Wyst. u wszystkich org. eukariotycznych (wyjątek - plemniki).

2. Utworzona ze spłaszczonych zbiorników (cystern) oraz bogato rozgałęzionych rurek (tubul), ograniczonych błoną i łączących się ze sobą w jeden układ przestrzenny.

3. Szczególnie rozbudowana w komórkach, w których zachodzi intensywna synteza białek.

4. Rozróżnia się dwa typy retikulum:

• szorstkie - charakteryzujące się obecnością licznych rybosomów (polisomy), osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni.

• gładkie - nie związane z rybosomami, odpowiedzialne m. in. za syntezę tłuszczów - tworzenie sferosomów.

5. Rybosomy nie są złączone z retikulum na stałe. Łączą się z nią tylko wtedy gdy aktualnie syntetyzują białka. Po przemieszczeniu się peptydów przez błonę (translokacji) lub po ich wbudowaniu w błonę, rybosomy wchodzące w skład polisomu kolejno odpadają od błony siateczki.

6. W retikulum zachodzi proces N - glikozylacji. Polega on na przekształceniu peptydów w glikoproteiny poprzez przyłączenie kolejnych reszt cukrowych, które tworzą oligosacharyd. W końcowym etapie następuje przyłączenie oligosacharydu do peptydu. W przypadku, gdy akceptorem reszt cukrowych jest grupa aminowa asparaginy proces nosi nazwę N - glikozylacji. Enzymy markerowe biorące udział w procesie to: transferazy glikozylowe i glikozydazy.

7. Funkcje ER:

• synteza białek (szorstkie) i tłuszczów (gładkie)

• uczestniczy w przemianach węglowodanów

• przeprowadza dezaktywację toksyn i leków (szczególnie w komórkach wątroby).

• pozwala na szybki transport wewnątrzkomórkowy (cytoplazma jest w nim rzadsza)

• dzieli cytoplazmę komórki na przedziały (kompartmenty), co pozwala na przeprowadzenie w różnych przedziałach reakcji, które przeszkadzałyby sobie wzajemnie.

WYKŁAD 8 - APARAT GOLGIEGO

STRUKTURA

1. Podstawowym elementem strukturalnym aparatu Golgiego jest diktiosom. Składa się on ze spłaszczonych woreczków (cystern) ułożonych w formie stosu przypominającego talerze ustawione jeden na drugim, dnem do góry. Powierzchnia wypukła jest zwrócona najczęściej do jądra a wklęsła w stronę błony kom.

2. W kom. ssaków diktiosom zawiera 5 - 8 cystern, zaś w kom. roślinnych i u org. niższych ich liczba może przekraczać 20.

3. Aparat Golgiego u kręgowców zlokalizowany jest najczęściej w pobliżu centrum organizacji mikrotubul, u roślin natomiast jest rozproszony w kom.

4. Większą liczbą diktiosomów charakteryzują się kom. aktywnie wydzielające.

5. W diktiosomie wyróżnia się dwa bieguny:

• cis - formujący - (bliższy) po stronie wypukłej

• trans - dojrzewający - po stronie wklęsłej

Dodatkowo wyróżniamy biegun medial

6. Na obu biegunach wyst. dodatkowo mikropęcherzyki, natomiast wakuole zlokalizowane są tylko po stronie trans.

7. Błony bieguna cis są grubsze niż trans i zawierają więcej lipidów.

ROLA W PRZEPŁYWIE I PRZEBUDOWIE BŁON

1. Enzymy typowe dla aparatu Golgiego: transferaza acetylgalaktozaminy (cis) i transferaza galaktozylowa (trans).

2. Funkcje spełniane przez dany biegun:

BIEGUN	FUNKCJE
cis - formujący	usuwanie zewn. reszt mannozowych z oligosacharydów przyłączanie kwasów tłuszczowych do seryny przyłączanie N - acetylogalaktozoaminy w procesie O - glikozylacji
medial	usuwanie dalszych reszt mannozowych z oligosacharydów przyłączanie N - acetylogalaktozaminy do oligosacharydów w procesie O - glikozylacji (za pomocą enzymu transferazy N - acetylogalaktozaminy)
trans - dojrzewający	przyłączanie końcowych reszt cukrowych w procesie O -i N - glikozylacji (za pomocą enzymu transferazy galaktozylowej) przyłączanie grup siarczanowych do białek, glikoprotein i proteoglikanów segregacja białek błonowych i wydzielniczych

O - glikozylacja to proces dołączenia reszty cukrowej cząsteczki białka. Zachodzi w aparacie Golgiego i polega na przeniesieniu za pomocą enzymu transferazy N - acetylogalaktozoaminy i transferazy galaktozylowej, reszty cukrowej na odpowiedni akceptor białkowy (seryna, treonina). W wyniku tego procesu powstają glikoproteiny i proteoglikany.

3. Teoria przepływu składników błon w kom. od siateczki śródplazmatycznej (która te składniki syntetyzuje) poprzez aparat Golgiego do błony komórkowej. Zachodzi on nieustannie, przy pomocy struktur pęcherzykowo - cewkowych wędrujących od jednego przedziału błonowego do drugiego.

4. Proces oddzielania się pęcherzyków od błony siateczki śródplazmatycznej (błony wyjściowej) wymaga dwóch grup białek cytoplazmatycznych:

• białka zespołu spłaszczającego (COP) - otaczają pęcherzyki okrywą, wytwarzając tzw. pęcherzyki okryte

• białka wiążące GTP - pośredniczą w przyłączaniu się zespołu opłaszczajacego do błony.

Proces ten dotyczy zarówno błon powstających w siateczce śródplazmatycznej jak i cystern aparatu Golgiego.

5. Warunkiem wbudowania się błony pęcherzyka do przedziału docelowego jest odrzucenie otoczki z białek opłaszczających. Błona pęcherzyka i błona przedziału docelowego zbliżają się do siebie, a następnie łącza się za pośrednictwem cytoplazmatycznych białek (NSF i SNAP) tworzących tzw. kompleks fuzyjny. Proces fuzji inicjowany jest przez przyłączenie kompleksu do receptorów obecnych w obu fuzjujących błonach.

6. Transport błonowy ma charakter dwukierunkowy:

• anterogradowy (do przodu) - przepływ pęcherzyków od siateczki, poprzez aparat Golgiego do błony komórkowej. Mechanizm:

1. w rejonie przejściowym siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, oddzielają się tzw. pęcherzyki transportujące, które przenoszą składniki błon

2. kierują się one w stronę bieguna cis aparatu Golgiego, gdzie określane są jako mikropęcherzyki. Uważa się że pęcherzyki nie docierają bezpośrednio do bieguna cis, tylko do pęcherzykowo - cewkowego przedziału pośredniego.

3. przepływają one następnie pomiędzy kolejnymi cysternami diktiosomu i kierują się w stronę błony (ulegając dalszym przemianom)

• retrogradowy (wstecz) - towarzyszy transportowi antergradowemu, przepływ składników błonowych za pośrednictwem cewek (tabuli) powracających do struktur wyjściowych. Dokonuje się bez udziału białek opłaszczających. Jego celem jest odzyskiwanie składników niewykorzystanych.

Schemat: Obraz jądra komórkowego, siateczki śródplazmatycznej i aparatu Golgiego.
1 jądro komórkowe     2 Por jądrowy     3 Szorstka siateczka śródplazmatyczna (Rough endoplasmic reticulum - rER)     4 Gładka siateczka śródplazmatyczna(sER)     5 Rybosom na rER     6 Białka, które są transportowane     7 Pęcherzyk transportowy     8 Aparat Golgiego     9 Biegun cis aparatu Golgiego     10 Biegun trans aparat Golgiego     11 Cysterna aparatu Golgiego

UDZIAŁ W WYDZIELANIU KOMÓRKOWYM

1. Wyróżniamy dwa typy wydzielania:

• wydzielania konstytutywnego - ciągłego, niezależnego od bodźców zewn, np. fibroblasty i kom. plazmatyczne. Produkt wydzielniczy przedostaje się do powierzchni kom. z aparatu Golgiego w pęcherzykach transportujących

• wydzielania regulowanego - okresowego, zachodzącego pod wpływem bodźców wydzielniczych, np. kom. wszystkich gruczołów zewn. - i wewnątrzwydzielniczych. Wydzielina przedostaje się z cystern z bieguna trans aparatu Golgiego do wakuol zagęszczających , z których z kolei powstaną ziarna wydzielnicze. Ich transport uzależniony jest od mikrofilamentów.

Powyższy mechanizm transportu dotyczy białek, glikoprotein i proteoglikanów, nie obejmuje natomiast produktów o charakterze lipidowym.

2. Sieć trans stanowi stację rozdzielczą, w której produkty z wnętrza diktiosomu zostają rozdzielone pomiędzy 3 typy pęcherzyków:

• transportujące (dostarczają białek i lipidów do błony komórkowej)

• hydrolazowe (zbierają enzymy lizosomowe)

• wakuole zagęszczające → ziarna wydzielnicze (gromadzą substancje, które mają być wydzielone na drodze egzocytozy)

WYKŁAD 9 - LIZOSOMY

1. Pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną, zawierające enzymy - hydrolazy, rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze. W lizosomie zachodzi nie tylko proces trawienia komórkowego wchłoniętych na drodze fagocytozy i endocytozy pokarmów, ale także rozkład niepotrzebnych już cząsteczek.

2. Enzymy lizosomowe są najbardziej aktywne w kwaśnym pH. Wewnątrz lizosomy utrzymywane jest pH 4 - 5, w przeciwieństwie do cytoplazmy gdzie pH wynosi ok. 7. Jest ono utrzymywane dzięki pompie transportującej protony, zależnej id ATP.

3. Enzymy hydrolityczne: kwaśna fosfataza, kwaśna rybonukleaza, glikozydaza, peptydaza, fosfolipaza itp.

4. Enzymy znajdujące się w lizosomach są w formie nieaktywnej, czyli stanowią prekursory enzymów lizosomowych tzw. proenzymy. Dopiero po zetknięciu się z cząstką pokarmową ulegają proteolizie, w wyniku czego przekształcają się w enzymy czynne.

5. W procesie endocytozy makrocząsteczki są przenoszone ze środowiska do pęcherzyków wewnątrzkomórkowych, do których dołączają swoją zawartość lizosomy pierwotne. Przekształcają się w lizosomy wtórne, w których utrzymywane jest niskie pH, a następnie enzymy lizosomowe trawią pobrany materiał.

WYKŁAD 10 - EGZOCYTOZA, FAGOCYTOZA I ENDOCYTOZA

EGZOCYTOZA

1. Egzocytoza to proces wydalania z kom. złożonych cząsteczek, zawartych wewnątrz błoniastych pęcherzyków. Polega na tym, że błona otaczająca pęcherzyk ulega fuzji z plazmolemmą w taki sposób, aby zawartość pęcherzyka mogła wydostać się za zewn. przy zachowanej ciągłości błony otaczającej kom.

2. W zjawiskach poprzedzających bezpośrednio fuzję błon w egzocytozie biorą udział aneksyny - białka charakteryzujące się zdolnością do wiązania fosfolipidów w obecności jonów Ca 2+, dzięki czemu mogą pośredniczyć w zbliżaniu się dwóch błon do siebie. Aneksyny włączone są również w proces zamykania się pęcherzyków podczas endocytozy.

3. Po wydostaniu się zawartości z ziarna wydzielniczego na zewn., błona otaczająca ziarno zostaje czasowo wmontowana w błonę kom., zachowując jednak swoją odrębność strukturalną i antygenową.

Proces, w którym kom pobiera i włącza do cytoplazmy cząstki (np. bakterie) nazywamy fagocytozą, natomiast wprowadzanie do kom. rozpuszczonych makrocząsteczek - endocytozy. Mechanizm fagocytozy jest inny niż w przypadku endocytozy.

Typy endocytozy:

• pinocytoza

• endocytoza zależna od receptora błonowego

FAGOCYTOZA

1. Proces wykorzystywany przez pierwotniaki do pobierania pokarmu oraz przez makrofagi u org. wielokomórkowych.

2. Pobierana cząstka przylega najpierw do plamalemmy, która rozciąga się i otacza cząstkę. Powstaje pęcherzyk, który oddziela się od błony kom. i wnika do cytoplazmy. Łączy się następnie z lizosomami, dzięki czemu następuje trawienie cząstki pokarmowej. Nie strawione resztki zostają wydalone z komórki w procesie egzocytozy.

3. Wyróżniamy fagocytozę:

• niespecyficzną

• specyficzną - przy udziale receptora, przykładem jest pochłanianie przez makrofagi bakterii opłaszczonych przeciwciałami.

4. W fagocytozie rozciąganiu błony wokół cząstki wymaga udziału cytoszkieletu (mikrofilamentów leżących tuż pod błoną). W endocytozie nie bierze on udziału.

PINOCYTOZA

1. Pinocytozą nazywamy nieswoiste pobieranie małych kropel płynu zewnątrzkomórkowego do wnętrza komórek. Błona ulega wpukleniu do środka tworząc pęcherzyk zawierający pobraną kroplę. Wewnątrz cytoplazmy dochodzi do enzymatycznej degradacji zawartości pęcherzyka Po rozpuszczeniu otoczki uwalniane są proste związki organiczne.

ENDOCYTOZA PRZY UDZIALE RECEPTORÓW

1. Proces ten zachodzi w wyspecjalizowanych okolicach plazmolemy z udziałem tzw. dołków opłaszczonych. Te samorzutnie powstające struktury pokryte są od strony cytoplazmy białkiem klatryną. Receptory wyst. na powierzchni plazmalemmy rozpoznają i wiążą określone mikrocząstki, zwane ligandami. Powstaje kompleks ligand - receptor, który jest przesuwany w płaszczyźnie błony i zagęszczony w dołkach opłaszczonych klatryną. Z dołków opłaszczonych powstają pod plazmalemmą pęcherzyki opłaszczone (endosomy), które przenoszone są w głąb komórki przy pomocy cytoszkieletu (mikrotubul). Klatryna i białka wiążące natomiast odłączają się od błony pęcherzyka i powracają ku powierzchni błony, by tworzyć nowe dołki opłaszczone. Zawartość endosomu ulega po połączeniu się z lizosomem degradacji, a niestrawione resztki zostają usunięte po pewnym czasie na drodze egzocytozy.

2. Substancje o charakterze kationowym przedostają się do komórek na zasadzie endocytozy adsorbcyjnej. Błona komórkowa posiadająca ładunek ujemny oddziaływuje elektrostatycznie na kationowe cząstki, które ulegają adsorbcji na powierzchni plazmolemy.

3. Transport żelaza do komórki jest przykładem modyfikacji mechanizmu endocytozy przy udziale receptora. Zwykle ligandy w połączeniu z receptorem, są pobierane do endosomów, gdzie są odłączane od receptorów a następnie trawione. Ligand - transferyna - białko osocza krwi, po związaniu się z receptorem w niskim pH endosomów traci żelazo. Sama jednak nie odłącza się od receptora, ale wraca na powierzchnię kom w kompleksie z nim jako apotransferyna. Tutaj w obojętnym pH odłącza się od receptora i może ponownie wiązać żelazo. Nie jest zatem przesuwana do lizosomy i trawiona, lecz służy wielokrotnie jako transporter żelaza do komórki.

4. Transport cholesterolu do komórki zachodzi przy udziale lipoproteid - LDL, które znajdują się w osoczu krwi. Cząstka LDL jest kulą, której zewn. powierzchnię okrywa pojedyncza warstwa fosfolipidów, w której zanurzone są białka Apo - B, natomiast wnętrze wypełniają estry cholesterolu. LDL wiązane są na powierzchni kom. przez receptory i przenoszone do endosomów. LDL przesuwane są do lizosomów, gdzie są trawione, receptory natomiast wracają na powierzchnię, gdzie są wykorzystywane powtórnie.

WYKŁAD 11 - PEROKSYSOMY

Peroksysom (dawniej mikrociałko) - organellum wyst zarówno w kom. zwierzęcych jak i roślinnych, otoczone jedną błoną, o kształcie kulistym, zawierają enzymy.

PEROKSYSOMY KOMÓREK ZWIERZĘCYCH

1. U kręgowców najliczniejsze i największe peroksysomy wyst. w kom wątroby - hepatocytach (detoksykacja) i kom kanalików proksymalnych nerki.

2. Błona otaczająca peroksysom jest nieprzepuszczalna dla protonów i drobnych cząsteczek, jednak dzięki obecności białek kanałowych możliwy jest wybiórczy transport cząst. o masie poniżej 1kD.

3. U większości ssaków w macierzy peroksysomu wyst. parakrystaliczny rdzeń z oksydazy moczanowej (jeden z enzymów peroksysomowych). Oprócz tego może wyst. płytka brzeżna.

4. Funkcja:

• utlenianie komórkowe - peroksysomy przy udziale enzymu - oksydazy utleniają w kom. wątroby różne substraty np. etanol. Produktem ubocznym procesu jest szkodliwy nadtlenek wodoru, który jest neutralizowany przez enzym markerowy peroksysomu - katalazę. Energia wyzwolona w reakcjach utleniania zostaje rozproszona i przekształcona w ciepło.

• β - oksydacja kwasów tłuszczowych - kwasy tłuszczowe najpierw aktywowane są przy pomocy enzymu - syntazy acylo - CoA, a następnie powstający acylo - CoA zostaje wprowadzony do cyklu glioksalowego. Uboczny produkt utleniania kwasów tłuszczowych - nadtlenek wodoru, rozkładany jest przez katalazę. Po skróceniu przez peroksysomy, łańcuchów kwasów tłuszczowych do odpowiedniej długości, transportowane są one do mitochondriów gdzie ulegają dalszej β - oksydacji.

• biosynteza plazmalogenów (lipidów błonowych)

• biosynteza cholesterolu

• udział w produkcji kwasów żółciowych

• katabolizm puryn

• metabolizm aminokwasów

5. Biogeneza (powstawanie) peroksysomów: początkowo twierdzono, ze powstają przez pączkowanie z retikulum. Potem stwierdzono, ze pogląd ten jest błędny, ponieważ enzymy macierzy syntetyzowane w cytozolu i bez udziału retikulum.

PEROKSYSOMY KOMÓREK ROŚLINNYCH

1. Budową i kształtem przypominaja pweroksysomy zwierzęce, natomiast są bardziej zróżnicowane pod względem funkcjonalnym:

2. Wyróżniamy dwa typy :

• glioksysomy - występują wyłącznie w magazynujących lipidy komórkach nasion i biorą udział w przekształcaniu lipidów w sacharozę podczas kiełkowania. Proces ten obejmuje β - oksydację kwasów tłuszczowych oraz cykl glioksalowy. Enzymy tego ostatniego są markerami glioksysomów, gdyż nie wyst. nigdzie indziej.

• peroksysomy liści

WYKŁAD 12 - CYTOSZKIELET

1. Cytoszkielet - stanowi sieć włóknistych struktur białkowych w komórce eukariotycznej, dzięki którym organelle i substancje zajmują pewne przypisane sobie miejsca.

2. Cytoszkielet tworzą:

• mikrotubule - zbudowane z białka tubuliny

• filamenty pośrednie

• struktury kurczliwe - mikrofilamenty aktynowe oraz filamenty miozynowe

3. Funkcje cytoszkieletu:

• nadawanie i utrzymywanie kształtu komórek

• utrzymywanie prawidłowej struktury tkanek

• poruszanie się komórek (np. w pełzaniu komórek układu odpornościowego i w fagocytozie)

• skurcz mięśni

• udział w podziałach komórek

MIKROTUBULE

1. Mikrotubula to włóknista rurkowata sztywna struktura o średnicy 20-25 nm, powstająca w wyniku polimeryzacji białka tubuliny.

2. Zbudowane z podjednostek tubuliny, z których każda jest dimerem dwóch białek globularnych zwanych α-tubulina i β-tubulina. Całość tworzy długą cylindryczną strukturę zbudowaną z 13 równoległych protofilamentów.

3. Komórka przez cały czas przebudowuje swoje mikrotubule, dodając do nich nowe cząsteczki tubuliny (polimeryzacja) albo odrywając tubuline od mikrotubul (depolimeryzacja), przy czym wydłużanie może zachodzić na jednym końcu a skracanie równocześnie na drugim Dzięki temu mikrotubule są tworami dynamicznymi, kurczącymi się i wydłużającymi.

3. Wchodzą w skład wielu struktur komórkowych: centriol, wrzeciona podziałowego, wici, rzęsek oraz aparatu Golgiego, a ponadto rozmieszczone są luźno w cytoplazmie.

4. Do mikrotubul przyczepiają się rożne białka określane wspólną nazwa MAP. Ułatwiają one formowanie się dimerów tubuliny oraz chronią mikrotubule w warunkach powodujących ich rozpad.

5. Alkaloid - kolchicyna, niszczy mikrotubule biorące udział w tworzeniu wrzeciona podziłowego

6. Funkcje:

• biorą udział w transporcie wewnątrzkomórkowym stanowiąc szlak, po którym przemieszczają się białka motoryczne

• biorą udział w czasie podziału komórki tworząc wrzeciono kariokinetyczne, które rozdziela chromosomy do komórek potomnych

• tworzą struktury umożliwiające ruch komórki takie jak: rzęski lub wici

FILAMENTY POŚREDNIE

1. Filamenty pośrednie to włókienka o średnicy około 10 nanometrów. Tworzą nieregularną, rozgałęzioną sieć w cytoplazmie (taka sieć często jest szczególnie gęsta dookoła jądra komórki)

2. Filamenty pośrednie są twarde i nadają komórkom sztywność.

3. Wyróżniamy filamenty:

• keratynowe - zbudowane z białek - keratyn, usztywniają kom. nabłonkowe filamenty te wewn. kom. tworzą pęczki skupiające się w miejscach połączeń międzykomórkowych o typie desmosomów.

• wimentynowe - zbudowane z wimentyny, wyst. w kom tkanki łącznej

• desminowe - zbudowane z desminy, wyst. w tkance mięśniowej. Wewn .kom. mięsnia szkieletowego wyst. w liniach Z (obok aktyniny), a także łączy miofibryle ze sobą i błoną kom.

• glejowe - zbudowane z kwaśnych białek glejowych

MIKROFILAMENTY

1. Mikrofilamenty (filamenty aktynowe) to cienkie włókna białkowe zbudowane z białka aktyny, mają średnicę około 5-9 nm, ą dość giętkie i krótsze od mikrotubul. Filamenty miozynowe natomiast są grubsze i dłuższe (10 - 18 nm) i zbudowane z białka - miozyny.

2. Każdy mikrofilament składa się z wielu cząsteczek aktyny połączonych w dwa wzajemnie owinięte wokół siebie łańcuchy aktynowe.

3. Odpowiedzialne za:

• ruch cytoplazmy

• zmianę kształtu komórki i jej ruch (pełzakowaty) dzięki pseudopodiom

• endocytozę

• komórkach mięśni włókna aktynowe łączą się w kompleksy z miozyną, tworząc struktury kurczliwe (miofibryle)

WYKŁAD 13 - ZJAWISKO RUCHU W KOMÓRCE

1. Podstawową jednostką czynnościową mięśnia poprzecznie prążkowanego jest sarkomer. Tworzą go szeregowo ułożone włókna mięśniowe, czyli miofibryle. Sarkomer leży pomiędzy liniami Z, które regularnie powtarzają się w mięśniu. Linie te są w istocie cienkimi błonami oddzielającymi jedne sarkomery od drugich.

2. W obrębie sarkomeru można wyróżnić odcinki anizotropowe (prążek A), dostrzegane w mikroskopie jako jasne oraz odcinki izotropowe (prążek I), widziane jako grube. Każdy prążek A ma w swojej części centralnej dodatkowo prążek H. Każda miofibrylla więc, zawiera dwa rodzaje nici, czyli filamentów - grube i cienkie, przy czym nici cienkie nakładają się częściowo na nici grube. Filamenty grube wyst. wyłącznie w obrębie prążka A, natomiast filamenty cienkie rozpoczynają się w obrębie linii Z i dochodzą do prążka H.

3. Filamenty, zbudowane są z 2 typów białka:

• filamenty grube, składające się z miozyny i tityny (konektyny)

• filamenty cienkie, składające się z aktyny, troponiny i tropomiozyny

4. Cząsteczki titiny (konektyny) zapewniają strukturalną i mechaniczną ciągłość sarkoemrów. Przymocowane jednym końcem do linii Z, a drugim do linii M przebiegającej przez środek prążka H, tworzą elastyczne połączenie miedzy filamentami grubymi i linią Z.

SKURCZ

1. Do skurczu mięśnia szkieletowego dochodzi w następujący sposób: najpierw uwolnione zostają jony wapnia, które łączą się z troponiną na aktynie, dzięki czemu odsłonięte zostają miejsca aktywne na aktynie (podjednostki I). Główki miozyny łączą się z aktyną i przesuwają miofilament cienki w głąb sarkomeru. Dochodzi do skurczu mięśnia. Następnie główki miozyny odłączają się, potem to samo czynią jony wapnia. Następuje rozkurcz.

2. W czasie skurczu mięśnia długość prążka A jest stała, natomiast zmniejsza się długość prążków I i H.

3. Miozyny do napędzania mięśni, zużywają energię ATP by przesuwać się wzdłuż filamentów aktynowych.

FILAMENTY MIOZYNOWE (GRUBE)

1. Filamenty grube mają kształt długiej pałeczki pokrytej wypustkami, które podczas skurczu tworzą mostki z filamentami cienkimi.

2. Podstawowym elementem strukturalnym filamentu jest miozyna - białko 0 masie 480 kD. Każda cząsteczka miozyny ma kształt pałeczki zakończonej dwoma główkami. Składa się z dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych, które są zwinięte wokół siebie tworząc superhelisy. Na końcu takiej helisy znajdują się dwie główki miozyny, które wykazują aktywność ATPazy oraz mają miejsca wiążące aktynę.

FILAMENTY AKTYNOWE (CIENKIE)

1. Filament cienki stanowi nić białkową, której osnowa utworzona jest z aktyny. Białko to otrzymuje się z mięśni w postaci monomeru tzw. G - aktyny, która z kolei może polimeryzować tworząc tzw. F - aktynę.

2. W wyniku polimeryzacji, ATP silnie związany z G - aktyną ulega hydrolizie z uwolnieniem fosforanu, a spolimeryzowana aktyna zawiera ADP jako silnie związany nukleotyd. Proces polimeryzacji jest odwracalny.

3. Oprócz aktyny w skład filamentów wchodzą tropomiozyna, a w mięśniach poprzecznie prążkowanych kręgowców także troponina. Cząsteczka tropomiozyny jest dimerem zbudowanym z dwóch łańcuchów α i β, skręconych wokół siebie w superhelisę. Tropomiozyna ma zdolność łączenia się z aktyną, natomiast z troponiną tworzy kompleks białek regulujących.

4. Mikrofilamenty cienkie połączone są w miofibrylach z linią Z, w której wykazano obecność α - aktyniny, białka które wykazuje powinowactwo do F - aktyny i powoduje jej żelifikację.

RUCH PRZY POMCY KINEZYNY I DYNEINY

1. W komórkach Eucaryota oprócz zjawiska ruch polegającego na oddziaływaniu mikrofilamentów aktynowych z miozyną, istnieją zjawiska oparte na oddziaływaniu mikrotubul z kinezyną i dyneiną.

2. Kinezyna i dyneina, podobnie jak miozyna, są białkami motorycznymi, których funkcja polega na zamianie energii chemicznej na mechaniczna wykorzystywaną do przenoszenia składników komórkowych wzdłuż mikrotubul.

3. Kinezyna jest białkiem, którego cząst. ma długość 80 nm. Składa się ona z dwóch łańcuchów ciężkich, które oplatają się wokół siebie tworząc helisę oraz dwóch łańcuchów lekkich, tworzących wachlarzowaty ogon . Na jednym z końców helisy znajdują się globularne główki.




4. Cząst. cytoplazmatycznej dyneiny msa długosc 40 nm i składa się z dwu globularnych rejonów zwanych główkami, które połączone są cienkimi pałeczkowatymi odcinkami z mniejszym rejonem globularnym. Główki są miejscem wiązania mikrotubul, a także miejscem wiazania i hydrolizy ATP.

5. Kinezyny mają za zadanie przenosić wzdłuż mikrotubul duże obiekty, jak lizosomy czy retikulum endoplazmatyczne, od jądra na zewnątrz w kierunku powierzchni. Dyneiny zaś spełniają przeciwstawną rolę wpychania rzeczy do wnętrza.

WYKŁAD 14 - ŚCIANA KOMÓRKOWA

1. Ściana komórkowa jest to otoczka komórki występująca u roślin, grzybów i bakterii. U każdej z tych grup jest zbudowana z innych substancji, np. u grzybów jest to chityna, a u roślin celuloza i jej pochodne (hemiceluloza i pektyna) oraz lignina, natomiast u bakterii podstawowym składnikiem jest mureina

2. Ściana komórkowa leży na zewnątrz błony komórkowej. W tkankach ściany komórkowe sąsiadujących ze sobą komórek są zlepione pektynową substancją tworzącą blaszkę środkową. Między komórkami istnieją wąskie połączenia w postaci plasmodesm.

SKŁAD

1. Substancje podłoża:

• substancje pektynowe - protopektyny, pektyny i kwas pektynowy. Pektyny są generalnie polisacharadami i oliogosacharydami Są to poliuronidy składające się z połączonych ze sobą wiązaniami α-1,4-glikozydowymi jednostek kwasu D-galakturonowego. Wspólną cechą pektyn jest zdolność do tworzenia żeli w kwaśnych warunkach.

• hemicelulozy - grupa polimerów cukrów prostych (lub ich pochodnych) połączonych wiązaniami β-glikozydowymi tworzących rozgałęzione łańcuchy.

W zależności od funkcji spełnianych w ścianie wyróżniamy grupy hemiceluloz:

• stanowiące materiał wypełniający ścianę (czyli wchodzące w skład matrix ściany). Zbudowane z reszt kwasu glukurunowego oraz pentoz (arabinozy i ksylozy).

• spełniające rolę materiałów zapasowych występujących w ścianach. W tym wypadku są one polimerów heksoz (np. glukozy, galaktozy, mannozy) lub pentoz (np. ksylozy).

W zależności od dominującego cukru hemicelulozy, wyróżniamy:

• ksylany - zbudowane z ksylozy, występują obficie u okrytonasiennych

• mannany - zbudowane z mannozy, występują obficie u nagonasiennych

• galaktany - zbudowane z galaktozy

Zarówno substancje pektynowe jak i hemicelulozy SA syntetyzowane w aparacie Golgiego i transportowane za pośrednictwem pęcherzyków do miejsc tworzenia ścian.

W ścianie zawarte są również białka enzymatyczne, tj. peroksydazy, hemicelulozy, które uczestniczą w rozbudowie ścian.

2. Substancje szkieletowe:

• główny składnik ścian u roślin stanowi celuloza (błonnik). Zbudowana jest ona reszt glukozy połączonych wiązaniami glukozydowymi β (1→4).

• w jednej cząst. celulozy zawartych jest ok. 1000reszt glikozowych (ściana pierwotna)

• cząst. celulozy mają kształt długich łańcuchów, które ułożone obok siebie w wiązki (40 - 100 cząst.), tworzą fibrylę elementarną. Jest ona podstawową jednostką strukturalną. 3 - 4 fibrylli elementarnych zebranych w pęczki tworzą w struktury zwane mikrofibryllami. Te z kolei tworzą wyższy stopież organizacji - fibrylle (200 - 400 mikrofibrylli)

• na terenie mikrofybrylli wyróżniamy:

• micelle - struktury krystaliczne

• celulozę amorfią - bezkształtną,

• przestrzenie międzymicellarne

• boczne połączenia między łańcuchami celulozy w kryształach zachodzą poprzez słabe wiązania wodorowe.

3. Substancje inkrustujące to substancje wnikające między elementy szkieletowe ściany, wyróżniamy wśród nich:

• lignina - to subst. bezpostaciowa, polimer składający się z podjednostek zawierających pierścień aromatyczny - pochodne fenylopropanu (głównie alkohol koniferylowy i sinapinowy oraz kumarowy i kawowy. Jej obecność zwiększa wytrzymałość mechaniczną rośliny, spaja fibryle celulozowe oraz zmniejsza zdolność pęcznienia ściany.

• substancje nieorganiczne:

• węglan wapnia

• szczawian wapnia

• kwas krzemowy

Zarówno lignina jak i krzemionka syntetyzowane są w aparacie Golgiego.

4. Substancje adkrustujące to substancje odkładane na powierzchni ściany. Zalicza się do nich:

• lipidy (nierozpuszczalne w wodzie):

• suberyna i kutyna - zw. silnie spolimeryzowane, składające się z kwasów tłuszczowych, syntetyzowane w cytoplazmie i odkładane w formie lamel na wew. lub zewn. powierzchni ściany pierwotnej. Suberyna zapobiega przenikaniu wody, usztywnia i chroni przed pasożytami. Jest ponadto głównym składnikiem korka (subernifikacja). Kutyna natomiast odkładana jest na powierzchni epidermy i tworzy kutykulę.

• woski - mieszanina węglowodorów alifatycznych, kwasów tłuszczowych i alkoholi, syntetyzowane w cytoplazmie, ich polimeryzacja natomiast odbywa się na powierzchni skórki.

• sporopolenina - wchodzi w sklad ściany ziaren pyłku oraz spor

• polisacharydy:

• kaloza - polisacharyd zbudowany z cząsteczek glukozy, wydzielany w miejscach zranienia; odkłada się w okolicy porów na ścianach komórek sitowych. Z czasem warstwa kalozy grubieje i może powodować zamykanie porów. Za syntezę oraz transport kalozy odpowiada aparat Golgiego.

• śluzy i gumy - polisacharydy złożone z: kwasów uronowych, heksoz i pentoz, łatwo rozpuszczalne w wodzie, pęcznieją pod wpływem wody, syntetyzowane i transportowane za pośrednictwem aparatu Golgiego. Śluzy tworzą się w liściach, łodygach oraz nasionach w trakcie ich pęcznienia, zawierają kwas galakturonowy. Gumy z kolie powst podczas uszkodzenia pni i gałęzi drzew, zawierają kwas glikuronowy.

POWSTAWANIE

Ściana komórkowa powstaje w podczas cytokinezy w telofazie podziału mitotycznego, jej pierwszym stadium jest tzw. przegroda pierwotna, w której tworzeniu biorą udział struktury Golgiego. Jest to substancja PAS - polisacharyd, Przegroda ta rozrasta się w kierunku odśrodkowym (centryfugalnym) i po zakończeniu cytokinezy przekształca się w blaszkę środkową. Blaszka zbudowana jest z pektyn i łączy ściany sąsiednich komórek. W następnej kolejności odkłada się ściana pierwotna.

ŚCIANA PIERWOTNA

1. Charakterystyczna dla komórek rosnących

2. Strukturę wewnętrzną stanowią ułożone w sposób nieuporządkowany łańcuchy celulozowe (szkielet, 20 - 30 % suchej masy) wypełnione hemicelulozą i pektyną (podłoże).

3. W czasie wzrostu powierzchniowego, czyli odkładaniu się coraz to nowych warstw na ścianie już istniejącej, następuje zwiększenie powierzchni, a nie objętości. Po zakończeniu wzrostu powierzchniowego rozpoczyna się wzrost na grubość, dzięki temu, że od strony protoplastu na ścianę pierwotną odkładają się nowe warstwy tworzące ścianę wtórną.

ŚCIANA WTÓRNA

1. Charakterystyczna dla starszych komórkach, o wysokiej specjalizacji.

2. Jest strukturą o uporządkowanej budowie szkieletu celulozowego, również wypełnionego hemicelulozą i pektyną. Ulega ona modyfikacjom (inkrustacji, adkrustacji), czyli pozwala przystosować komórkę do funkcji, którą dana komórka będzie pełnić.

3. Najczęściej składa się z 3 pokładów:

zewnętrzny - przylegający do blaszki środkowej, fibrylle ułożone poprzecznie do osi komórki, cienki

środkowy - najgrubszy, fibrylle ułożone równolegle do osi komórki

wewnętrzny - przylega bezpośrednio do kom., cienki, fibrylle ułożone poprzecznie do osi komórki

MODYFIKACJE

1. Na drodze inkrustacji, czyli wnikania różnych substancji pomiędzy wiązki celulozy:

• mineralizacja - wnikanie

• związków nieorganicznych: węglany, krzemiany

• związków organicznych: szczawiany

Mineralizacja powoduje że organy są sztywne, ale jednocześnie kruche i łamliwe. Powoduje to że, liście niektórych roślin są ostre i szorstkie, a więc nieatrakcyjne jako pokarm dla roślinożerców

• lignifikacja (drewnienie) - wnikanie ligniny (drzewnika). Zachodzi w kom. drewna, sklerenchymie. Powoduje, że ściana twardnieje, grubieje, a zawartość wody spada, Ściana staje się nieprzepuszczalna dla wody i powietrza, komórka najczęściej obumiera, ale staje się wytrzymała i odporna na urazy mechaniczne.

2. Na drodze adkrustacji, czyli powlekania ściany dodatkowymi warstwami różnych związków:

• kutynizacja - powleczenie zewnętrznej ściany epidermy kutyną - substancją pochodzenia tłuszczowego. Powstaje wtedy warstwa zwana kutikulą, charakterystyczna dla komórek skórki nadziemnych części roślin lądowych; kutikula zmniejsza parowanie wody z roślin

• woskowacenie - powlekanie warstwy kutikuli warstwą wosku, wyst. na liściach i owocach i zapobiega wsiąkaniu wody do wnętrza narządów wody, która spływa po ich powierzchni.

• suberynizacja (korkowacenie) - powleczenie wewnętrznej strony ściany suberyną, a potem jeszcze jedną warstwą celulozy;. Zachodzi w ścianach korka, hipodermy oraz w endodermi. Tak zmodyfikowana ściana staje się nieprzepuszczalna dla wody, Skorkowaciałe ściany są doskonałą warstwą izolacyjną chroniącą roślinę przed wpływem niekorzystnych warunków środowiska lądowego.

PLAZMODESMY

W pierwotnych ścianach komórkowych znajdują się pory, przez które z komórki do komórki przechodzą plazmodesmy łączace sąsiednie protoplasty. Stanowią one pasma cytoplazmy, otoczone błoną, będącą przedłużeniem plazmolemy. Wsyt. w ścianie pojedynczo lub w grupach tworząc w tzw. pierwotne pola jamkowe.

JAMKI

Proste

Są to przerwy we wtórnej ścianie komórkowej ułatwiające sąsiadującym komórkom komunikację. Jamki występują naprzeciw siebie w obu komórkach, są rozdzielone jedynie pierwotną ścianą komórkową i blaszką środkową. Przez jamki przechodzą plazmodesmy Występują w niektórych komórkach miękiszowych i sklereidach.

Lejkowate

Jamki w których otwór zwęża się w kierunku światła komórki, posiadające zatyczkę - tzw. torus, zbudowaną z blaszki środkowej, występujące w ścianach komórek drewna jamki lejkowate pozbawione są torusa. Występuje głównie w elementach ksylemu.

WYKŁAD 15 - PLASTYDY I CHLOROPLASTY

1. Charakterystyczne dla komórek roślin wyższych i glonów.

2. Protoplastydy - stanowi etap pośredni w rozwoju innych typów plastydów, posiadają słabo wykształconą lub niewykształconą strukturę wewnętrzną. występują w komórkach embrionalnych i merystematycznych.

3. Bezbarwne - wytwarzane bez udziału światła, nie aktywne podczas procesu fotosyntezy, ale aktywne w procesach metabolicznych, nie posiadają wykształconych tylakoidów:

• leukoplasty - główną funkcją jest przechowywanie materiałów zapasowych, wyróżniamy:

• lipidoplasty, elajoplasty (magazynujące tłuszcze)

• amyloplasty (magazynujące węglowodany - w postaci ziaren skrobii)

• proteinoplasty (magazynujące białka - w postaci ziaren aleuronowych)

• etioplasty - charakterystyczna dla roślin etiolowanych, posiadaja ciala prolamellarne, pod względem składu niewiele różnią się od chloroplastów, zawierają protochlorofil, po oświetleniu przekształcają się w chloroplasty

4. Barwne, wytwarzane z udziałem światła:

• aktywne w procesie fotosyntezy i innych procesach metabolicznych:

• chloroplasty - mające za zadanie produkowanie glukozy z wykorzystaniem energii świetlnej (fotosynteza)

• nieaktywne podczas fotosyntezy i innych procesów metabolicznych:

• chromoplasty - w stromie tworzą się globuli - krople tłuszczu , w których rozpuszczone są barwniki karotenoidowe: czerwony karoten lub żółty ksantofil, nadające barwę kwiatom, owocom, a czasem również korzeniom (np. marchwi)

WZAJEMNA PRZEMIANA PLASTYDÓW




POWSTANIE

Teoria powstania plastydów niewiele różni się od endosymbiotycznej teori powstania mitochondriów. Z tą różnicą, że prokariotycznym organizmem, była cyjanobakteria.

Wszystkie plastydy nie powstają de novo, ale zawsze z podobnych sobie struktur. Zawiązki plastydów, w postaci proplastydów, przekazywane są z pokolenia na pokolenie. Zwiększanie liczebności plastydów następuje przez podział plastydów już istniejących.

ULTRASTRUKTURA

Otoczka

W jej skład wchodzą dwie błony różniące się między sobą składem chemicznym i właściwościami:

błona zewn. - półprzepuszczalna,

błona wewn. - przepuszczalna tylko dla związków drobnocząsteczkowych, zawiera:

przenośniki - uczestniczące w transporcie pomiędzy cytoplazmą a stromą

enzymy - uczestniczą w syntezie galaktolipidów

Błona zew. chloroplastu, tworzy dodatkowo wpuklenia, nazywane tylakoidami

W niektórych miejscach błony stykają się ze sobą, co ułatwia wymianę związków między błonami.

W komórkach wielu glonów chloroplasty mogą być otoczone dodatkowo tzw. chloroplastowa siateczką śródplazamtyczną, która wykazuje ciągłość z błonami otoczki jądrowej. Miedzy otoczką i siateczka znajduję się przestrzeń periplatydowa, na terenie której gromadzona może być skrobia, rybosomy i twór zwany nukleoforem.

Stroma

Wnętrze plastydu wypełnia stroma, wykazująca strukturę ziarnistą, zawiera ona:

• enzymy: karboksylaza/oksygenaza rybulozo- 1,5- bifosforanu, , enzymy cyklu Calvina, enzymy uczestniczące w węglowodanów, syntezie aminokwasów i białek

• plastydowy DNA - różni się pod niektórymi względami od jądrowego DNA, m.in. pozbawiony jest histonów, a jego cząsteczka jest kolista (zamknięta), tak jak DNA Prokariota. Tylko niewielka część białek plastydowych jest kodowana i syntetyzowana na miejscu. Reszta jest syntetyzowana na podstawie informacji genetycznej zawartej w DNA jądrowym. Dlatego też plastydy określa się mianem organelli półautonomicznych (częściowo autonomiczny).

• RNA

• rybosomy plastydowe - są typu 70S (takie jak prokariotyczne) i występują w postaci monomerów i polimerów, mogą być w stanie wolnym i związane z błonami, syntetyzowane są w cytoplazmie i w plastydach.

• plastoglobule - występują we wszystkich typach plastydów, zlokalizowane są w ciałach prolamellarnych w postaci kulistych, osmofilnych, nieobłonionych ciał. Ich głównymi składnikami są plastochinony, małe ilości witaminy K oraz karotenoidy. Poszczególne składniki plastoglobul służą w czasie rozwoju plastydów do rozwoju ich aparatu fotosyntetycznego.

• fitoferrytyna - jest kompleksem żelaza z białkiem stanowiąc nietoksyczną zapasową formę żelaza w komórce roślinnej. Żelazo wchodzi w skład cytochromów i ferredoksyny a jego niedobór objawia się zahamowaniem fotosyntezy i zmianami barwy liści. Fitoferrytyna występuje głównie w proplastydach i etioplastach służąc do rozbudowy aparatu fotosyntetycznego.

TYLAKOIDY

1. Chloroplasty, w przeciwieństwie do reszty plastydów, posiadają bardzo rozbudowany system błon wewnętrznych, zwany systemem lamellarnym. U roślin wyższych jest on zróżnicowany na lamelle gran i lamelle stromy.

2. Podstawową jednostką tego systemu jest tylakoid, czyli rodzaj pęcherzyka lub dysku, który może występować tylko w obrębie granum (tylakoidy granowe) lub granum i stromy (tylakoidy stromy).

3. Błony tworzące tylakoidy zbudowane są zgodnie z ogólnym modelem błony biologicznej.

4. Charakterystycznym składnikiem błon tylakoidów są barwniki fotosyntetyczne:

• chlorofil - to kompleks jonu magnezowego i pochodnej porfiryny, z przyłączonym długim "ogonem" fitolu, wyróżniania się następujące typy chlorofilu:

• chlorofil a - występuje powszechnie w roślinach i sinicach,

• chlorofil b - rośliny wyższe, zielenice, eugleny,

• chlorofil c - (nie zawiera fitolu) różne glony

• chlorofil d - sinice.

• barwniki pomocnicze, do których zalicza się

• karotenoidy - pomarańczowoczerwone karoteny oraz żółte ksantofile, mogą one absorbować światło w zakresie nie pochłanianym przez chlorofil i następnie przekazywać energię stanu wzbudzonego na cząsteczkę chlorofilu

• barwniki fikobilinowe - czerwona fikoerytryna i niebieska fikocyjanina.

ROZWÓJ

1. Rozwój na świetle:

• w stadium proplastydów wpuklenia błony wewn. stają się liczniejsze i dłuższe. Ustawiają się równolegle do powierzchni i nazywane są membranami (lamellami) pierwotnymi. Pod koniec proplastyd zawiera szereg spłaszczonych woreczków - tylakoidów

• w stadium dyferencji w plastydach pojawia się chlorofil oraz nastepuje różnicowanie się tylakoidów na: grana - ułożone w stosy, koncentracja chlorofilu, wykazują fluorescencję

oraz tylakoidy międzygranowe - łączą stosy, mniej liczne i dłuższe

2. Rozwój w ciemności: z wpukleń błony tworzy się w centrum proplastydu - ciało prolamellarne. Jest to splot regularnie rozmieszczonych rurek, z których wysuwają się w kierunku stromy pojedyncze tylakoidy. Przy dostępie światła następuje stopniowe przekształcenie protochlorofilu w chlorofil. Wokół ciała prolamellarnego pojawiaj się tylakoidy. Następnie ciało zanika. W kolejnym etapie (dojrzewanie chloroplastów) następuje intensywna synteza chlorofilu. Pojawiają się dwa typy tylakoidów.

FOTOSYNTEZA

WYKŁAD: 16 - REPLIKACJA DNA

1. Replikacja DNA to proces, w którym podwójna nić DNA ulega skopiowaniu.

2. Ma miejsce w fazie S cyklu komórkowego.

3. Replikacja jest semikonserwatywna (półzachowawcza) - w każdej z dwóch uzyskanych podwójnych nici DNA będzie jedna nić macierzysta i jedna nowa.

4. Proces replikacji poprzedzony jest dekondensacją chromatyny.

5. Substratami potrzebnymi dla zajścia tego procesu są:

• matryca DNA;

• trifosforany deoksyrybonukleotydów (dNTP);

• ATP - energia dla helikaz;

6. Enzymy biorące udział w procesie:

• helikazy - rozrywają wiązania wodorowe między nićmi matrycowego DNA, rozkręcając helisę i umożliwiając rozpoczęcie procesu;

• prymaza - syntetyzuje starter;

• polimerazy DNA - syntetyzuje nić komplementarną na matrycy pojedynczej nici DNA przy pomocy fosforanów deoksyrybonukleotydów;

• nukleazy - przecinają wiązanie fosfodiestrowe w kwasach nukleinowych, typy nukleaz:

• egzonukleazy — usuwa startery RNA z nici

• endonukleazy — przecinają kwas nukleinowy wewnątrz jego nici

• ligaza DNA - uzupełnia brakujące wiązania fosfodiestrowe w szkielecie nowo-zsyntezowanej nici DNA (tzn. łączy odcinki wzdłuż nici).

7. Replikacja nie odbywa się stopniowo, lecz zachodzi jednocześnie w wielu odcinkach nici, zwanych replikonami.

8. Odcinki euchromatynowe replikowane są we wczesnej i środkowej fazie S, natomiast heterochromatynowe w późnej fazie S.

PRZEBIEG PROCESU

Proces dzieli się na fazy inicjalizacji, wydłużania i terminacji

Inicjacja

W kolistych cząsteczkach DNA replikacja rozpoczyna się w jednym miejscu inicjacji, ozn. ori. W liniowych chromosomach aktywnych jest wiele takich miejsc, dzięki czemu odbywać się może jednocześnie wiele procesów replikacji.

Wydłużanie

Polimeraza DNA działa jedynie w kierunku od końca 3' do końca 5' (czyli syntetyzuje nową nić w kierunku od 5' do 3'). Z tego powodu jedna z nici jest syntezowana w sposób ciągły (określana jako wiodąca), druga (określana jako opóźniona) jest syntezowana w przeciwną stronę fragmentami, tzw. fragmenty Okazaki). Inicjacja fragmentów Okazaki odbywa się poprzez starterowy RNA. Replikacja zachodzi więc w obu kierunkach, w wyniku czego powstają widełki replikacyjne.

Elongacja łańcuchów polega na dołączeniu kolejnego trifosforanu deoksynukleozydu z odszczepieniem reszty pirofosforanowej.

Terminacja

U bakterii zakończenie replikacji następuje niemal automatycznie (po skopiowaniu całego kolistego DNA, który jest pojedynczym replikonem). U eukariotów miejsc replikacji (replikonów) jest wiele. Do terminacji dochodzi, gdy widełki replikacyjne replikonu natkną się na specjalną sekwencję terminacyjną.

Replikacja DNA może odbywać się poza cyklem komórkowym, jest to tzw. endoreplikacja, prowadząca do przekształcenia jądra 2C w 4C, 8C itd.

Oprócz pełnej endoreplikacji, może zachodzić wybiórcza replikacja pewnych sekwecji, nosząca nazwę amplifikacji.

WYKŁAD 17 - BIOSYNTEZA BIAŁKA

Informacja o budowie białek zapisana jest w sekwencji nukleotydów w DNA

W procesie transkrypcji informacja ta zostaje przepisana na komplementarną sekwencję nukleotydów w informacyjnym RNA (mRNA). W procesie biosyntezy białka, czyli translacji, informacja zaszyfrowana w łańcuchu mRNA zostaje przełożona na sekwencję aminokwasów w białku.

Informacyjny / matrycowy RNA (mRNA)

Rola mRNA polega na przekazywaniu informacji genetycznej zawartej w DNA na białko.

Powstaje ono w jądrze komórkowym w procesie transkrypcji, początkowo jako tzw. heterogenne hnRNA (pre - mRNA), który następnie podlega różnym modyfikacjom.

Nie cały łańcuch mRNA zostaje w procesie translacji przepisany na białko. Sekwencja kodująca graniczy z obu stron z sekwencjami niekodujacymi, które pełnią funkcje regulatorowe.

Prawie wszystkie eukariotyczne mRNA zawierają informacje dla syntezy tylko jednego łańcucha polipeptydowego. U prokariotów natomiast sekwencje kodujące dane białko SA poprzedzielane sekwencjami niekodującymi.

Transportujący RNA (tRNA)

Zadaniem tRNA jest przyłączanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i transportowanie ich do rybosomów, gdzie w trakcie procesu translacji zostają włączone do powstającego łańcucha polipeptydowego.

Cząsteczki tRNA zbudowane są z ok. 74 do 95 nukleotydów. W skład cząsteczki wchodzą również zmodyfikowane zasady azotowe. W każdej komórce znajduje się 50 - 60 typów tRNA, z czego wynika że dla wielu aminokwasów istnieje kilka typów tRNA, ale dany typ tRNA może przyłączyć tylko jeden określony aminokwas.

W budowie cząst. tRNA można wyróżnić 4 ramiona, z których każdy pełni inną funkcję:

• ramię DHU - zawiera informację jaki rodzaj aminokwasu może być przyłączony do danego tRNA,

• ramię akceptorowe - z końcem CCA-3' niesparowanego, do którego przyłączają się chemicznie aktywowane aminokwasy

• ramię psi (pseudourydynowe) - to modyfikowana zasada zwana pseudouracylem. Ramię służy do łączenia się z rybosomem i umocowania tRNA na matrycy

• pętla antykodonowa - odpowiedzialna za rozpoznanie i związanie z kodonem w mRNA. Sekwencja antykodonowa rozpoznaje komplementarny tryplet nukleotydów tworzących kodon, na cząsteczce mRNA (w taki sposób następuje odczyt informacji genetycznej).

• ramię zmienne - tylko w niektórych tRNA

Schemat budowy tRNA: α, ramię antykodonowe A;

,ramię aminokwasowe (akceptorowe); γ, ramię dodatkowe (zmienne);

δ, ramię dihydrourydynowe D;

τ, ramię rybotymidowe (pseudourydynowe) T

Translacja (synteza łańcucha polipeptydowego)

Translacja odbywa się w rybosomach. Miedzy mała a dużą jednostką przesuwa się mRNA, zawierający informację o sekwencji aminokwasów w białku. Potrzebne aminokwasy transportowane SA do rybosomy przy pomocy tRNA.

Pierwszym etapem jest inicjacja, podczas której rybosom i inicjatorowy tRNA rozpoznają w mRNA właściwe miejsce, od którego rozpocznie się synteza białka.

Kolejnym etapem jest elongacja, która polega na dostawianiu kolejnych aminokwasów, komplementarnych z informacja zawartą na mRNA. Poszczególne aminokwasy łączą się ze sobą za pomocą wiązania peptydowego, tworzącego się między grubą karboksylowa jednego, a grupą aminową drugiego.

Synteza polipeptydu przebiega zawsze od końca aminowego w kierunku końca karboksylowego, zaś rybosom przesuwa się wzdłuż cząst. mRNA od końca 5' do 3'.

Ostatnim etapem translacji jest terminacja. Sygnałem zakończenia syntezy jest napotkanie przez przesuwający się po mRNA rybosom kodonu terminującego UAA, UAG lub UGA. Kodony te, zwane również nonsensowymi nie kodują żadnego aminokwasu i nie są rozpoznawane przez tRNA. Na końcu następuje rozpad rybosomy na podjednostki i uwolnienie mRNa.

Zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy jest gotowy na ukształtowanie struktury drugo- i trzeciorzędowej, czyli odpowiednie zwinięcie się łańcucha aminokwasów oraz na potranslacyjną modyfikacja cząsteczki białkowej (etap nie zawsze obecny).

---