BŁONY BIOLOGICZNE zbudowane są z lipidów i białek (stosunek wagowy 1:1). Cząsteczki lipidowe mają charakter amfipatyczny - posiadają biegun hydrofilowy i hydrofobowe. W wodzie spontanicznie układają się w kuliste zbiory cz lub dwuwarstwy. Dwuwarstwa lipidowa stanowi podstawową formę organizacji w bł. Lipidy błonowe: Fosfolipidy zbudowane na bazie glicerolu, (2 gr. zestryfikowane są kw. tł. a 3 kw fosforowy). Do kw. fosf. przyłączają się amina, cholina, inozytol. Fosfolipidy cholinowe i aminowe stanowią główny skł lipidowy bł. Cholesterol stanowi 5-25%skł lipidów bł. - stabilizuje strukturę bł. i zapobiega zmianom płynności. Glikolipidy zbudowane ze sfingozyny, 1 kw. tł. i zmiennej ilości cukrów - występują na bł zewn i uczestniczą w tworzeniu gliokaliksu. Wszystkie lipidy poruszają się w bł. Białka błonowe wbudowane są w lipidy tak, że ich regiony hydrofilne zwrócone są do środowiska wodnego, hydrofobowe zanurzone w głębi bł. Można je podzielić na integralne i pow. Białka integralne można oddzielić od bł tylko przy równoczesnym zniszczeniu jej struktury. Białka pow oddzielamy od bł poprzez ekstrakcję w r-rach soli. Białka integralne to zazwyczaj białka transbłonowe (jedno lub wielokrotnego przebicia). Białka pełnią w BB funkcje strukturalne, enzymatyczne, transportowe i receptorowe. Transport przez błony Subst rozpuszczalne w lipidach dyfundują przez bł, Kanały stanowią obszary hydrofilne zawarte w obrębie 1 białka transbłonowego wielokrotnego przebicia. Kanały jonowe mogą być stale otwarte lub otwierać się pod wpływem bodźców. Kanały dzieli są na otwierane w wyniku połączenia z ligandem, zmiany potencjału i kanały otwierane mech. Otwarcie kanału polega na zmianie konfiguracji budujących go białek. Subst przemieszczające się przez bł przenikają zgodnie z gradientem stężeń - dyfuzja bierna Białka nośnikowe wiążą cz po 1 stronie i uwalniają je po 2. Przeniesienie cz przez bł związane jest ze zmianą konformacji białka. Transport zgodny z gradientem - dyfuzja ułatwiona. Pompy jonowe przenoszą wbrew gradientowi na koszt energii uzyskanej z hydrolizy ATP - transport aktywny (Na+,K+-ATP-aza -marker BK). Odmianą transportu aktywnego jest transport aktywny wtórny. Transport przy udziale nośników, gdy przenoszona jest jedna subst to uniport, gdy przenoszone są równocześnie 2 - kotransport, jeżeli obie subst przenoszone są w tym samym kierunku - symport, gdy przeciwnie - antyport. Błona komórkowa (plazmolema) - otacza całą kom., grubość 7,5nm, trójwarstwowość bł, asymetria budowy (cholina na zewnątrz, amina wewnątrz). W BK rozmieszczone są receptory, kanały i białka nośnikowe. Glikokaliks- w-wa pokrywająca bł zbudowana z reszt oligosacharydów i białek błonowych lub lipidów zewn blaszki dwuwarstwy. Uczestniczy w procesie wzajemnego rozpoznawania kom. Szkielet bł - białka leżące pod powierzchnią bł pośredniczące w wiązaniu jej z cytoszkieletem, układają się równolegle do pow bł i łącza się z jej białkami integralnymi (spektryna). JĄDRO KOMÓRKOWE Chromatyna jądrowa - subst zawarta w jądrze interfazowym - rozspiralizowana forma chromosomów. Zbudowana z DNA, histonów i białek niehistonowych, RNA Przestrzenna organizacja chromatyny nukleosom - podstawowa jednostka budowy chromatyny - krążek o średnicy 11nm i grubości 5nm - rdzeń histonowy i nawinięta nić DNA. Rdzeń (oktamer histonowy):8 histonów H2A, H2B, H3, H4. Wokół rdzenia owija się 146 par zasad nukleotydowych (niepełne 2 skręty), pomiędzy 2 rdzeniami rozciąga się odcinek łączący (80 par). Histon H1(lizyna+, arginina-) spina początek i koniec nici nawiniętej na rdzeń. Nukleofilament - nukleosomy nanizane na nić chromatyny jak koraliki na sznurek Fibryla chromatynowa - cząsteczki H1 mogą ze sobą reagować powodując zbliżenie do siebie nukleosomów - wytwarza się zygzakowaty układ w którym nić DNA przewija się wśród 2 lezących naprzeciw siebie szeregów ciasno ułożonych nukleosomów. Solenoid (włókno chromatynowe) - fibryle owijają się wokół własnej osi Domena - przy udziale niehistonowych białek obszary solenoidu zostają wybrzuszone i zaczepione na zrębie chromosomu Chromatyda - kolejna spiralna kondensacja wł chromatynowego z pętlami, połowa chromosomu. Euchromatyna - jaśniejszy obszar chromatyny: chromatyna luźna (aktywna transkrypcyjnie), zwarta (czasowo nieaktywna) Heterochromatyna - skondensowana forma chromatyny, elektronowo gęste obszary, frakcja chromatyny nieaktywna transkrypcyjnie: konstytutywna (typowa dla wszystkich komórek, okolice przewężenia pierwotnego zawiera monotonną strukturę w szczególności satelitarne DNA), fakultatywna (występuje w określonych populacjach kom, wynik wyłączania pewnych odcinków genomu w trakcie różnicowania ciałko Barra). Jąderko jest odpowiedzialne za produkcje podjednostek rybosomów: jasne centra włókienkowe zawierają aktualnie nieaktywny rDNA, gęste obszary włókienkowe - odbywa się proces transkrypcji prerybosomowego RNA, obszary ziarniste złożone z dojrzewających podjednostek rybosomów. U człowieka rDNA zlokalizowany jest w organizatorach jąderkotwórczych (NOR, przewężeniach wtórnych) chromosomów 13, 14, 15, 21, 22. Wytworzony pre-rRNA (45S)podlega na terenie jąderka cięciu na fragmenty (18S, 28S i 5,8S), metylacji i wiązaniu z białkami. Zrąb jądra - struktury pozostałe w jądrze po eliminacji chromatyny i jąderka, zbudowany z białek warunkujących odpowiednią organizację przestrzenną w jądrze. Do składników zrębu zalicza się blaszkę i pory otoczki jądrowej, resztkowe struktury jądrowe, wewnątrzjądrową sieć włóknisto-ziarnistą. Sok jądrowy (kariolimfa)- płynne składniki jądra Otoczka jądrowa zbudowana jest z 2 bł oddzielonych od siebie przestrzenią okołojądrową (perynuklearną); grubość 5nm; szerokość przestrzeni okołojadrowej 10-100nm. Pory jądrowe - miejsca gdzie bł się stykają, zanika przestrzeń, obszar jądra uzyskuje łączność z cytoplazmą. Bł wewn otoczki jest wzmocniona blaszką jądrową zbudowana z połączonych ze sobą lamin α i β. Do bł zewn otoczki mogą się przyłączać rybosomy - szczególny obszar siateczki szorstkiej. Pory jądrowe maja kształt zbliżony do ośmiokątów i średnicę 50-80 nm. Cz przemieszczają się swobodnie jeśli maja wielkość do 9nm. Prześwit poru jest ograniczony przez białka tworzące kompleks poru. Składa się on z 2 pierścieni leżących po obu stronach poru, składa się z 8 globularnych białek. W centrum poru jest transporter centralny. RYBOSOMY to struktury zbudowane z rRNA i białek. Ich wlk nie przekracza 32nm. Podstawowa cechą charakteryzująca rybosom jest stała sedymentacji (S). Rybosomy eukariotyczne - 80S, prokariotyczne - 70S, mitochondrialne - 55S. Każdy rybosom zbudowany jest z 2 podjednostek: małej (40S, 33 białka 18SRNA) i dużej (60S, 45 białek, 28SRNA, 5,8SRNA, 5SRNA). Rybosomy są miejscem syntezy białek w kom. Mała podjednostka+ inicjujace tRNA+ mRNA+ duża podjednostka. Wytwarzany łańcuch peptydowy mieści się początkowo w obrębie kanału dużej podjednostki, po przekroczeniu dł. 40 aminokwasów peptyd wysuwa się z podjednostki na zewn. Jeżeli początkowy odcinek zawiera odcinek sygnałowy, to rybosom zostaje przyłączony do siateczki. Na błonach siateczki przebiega synteza białek wydzielniczych, enzymów lizosomalnych, białek integralnych wszystkich błon. Na rybosomach wolnych syntezowane są białka cytoszkieletu, białka mitochondrialne i peroksysomów, białka cytozolu i jądrowe. SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA stanowi zespół spłaszczonych cystern i rozgałęzionych tubul ograniczonych bł o grubości 5 nm. Bł SS różnią się od BK grubością, zatartą strukturą trójwarstwową, brakiem glikokaliksu, słabsza asymetria dwuwarstwy, odmiennymi proporcjami składników. Występuje enzym markerowy siateczki glukozo-6-fosfataza oraz oksydazy mikrosomowe, transferazy glikozylowe i glikogylazy. Siateczka szorstka występuje w postaci cystern, w jej składzie obecne są białka odpowiedzialne za rozpoznawanie i przyłączanie rybosomów. Odcinek sygnałowy jest rozpoznawany przez krążący w cytozolu kompleks białkowo-rybonukleinowy - SRP. Cząsteczka SRP reaguje następnie z białkiem integralnym bł SER (białko przyjmujące) - zakotwicza rybosom. Białko przyjmujące wchodzi w skład dużego kompleksu - translokonu, odpowiedzialnego za przeniesienie syntezowanego białka przez bł. W kompleksie tym znajdują się ryboforyny, które przymocowują rybosom do bł. Siateczka gładka tworzy kanaliki i znajduje się tam więcej cholesterolu. Znaczenie czynnościowe ER: umożliwiają odseparowanie białek wydzielanych na zewn własnych i enzymów lizosomalnych od skł cytozolu, początkowa modyfikacja wytworzonych białek (odcięcie odcinka sygnałowego, glikozylacja), synteza lipidów, pewne etapy przemian sterydów, przetwarzanie trucizn i leków, zbiornik jonów Ca2+(kalciosomy) APARAT GOLGIEGO Podstawową jednostką AG jest diktiosom. Jest to zespół błoniastych cystern spłaszczonych w cz środkowych i rozszerzonych workowato w cz brzeżnych. Cysterny po 5-8 ułożone w stos. Cała struktura jest półksiężycowato wygięta i towarzyszą jej pęcherzyki o średnicy 30-50nm (mikropęcherzyki), a czasem też o średnicy 500-3000nm (makropęcherzyki). W obrębie diktiosomu wyróżnia się 2 bieguny: biegun formowania (cis) i dojrzewania (trans). Z biegunem cis sąsiadują mikropęcherzyki, a z biegunem trans makropęcherzyki. Biegunowość AG zaznacza się budową bł. Na biegunie cis bł przypomina bł ER, na biegunie trans BK. Enzymem markerowym AG jest pirofosfataza tiaminowa zlokalizowana w biegunie trans. Biegun cis pełni rolę przedziału ratunkowego dla bł siateczki, biegun trans natomiast stanowi swoista stację rozdzielczą: dzieli materiał na wakuola zagęszczające, pęcherzyki transportujące i pęcherzyki hydrolazowe. Funkcje AG: przebudowa błon, glikozylacja białek bł, segregacja zawartości pęcherzyków. Egzocytoza - proces polegający na transporcie wydzieliny w formie pęcherzyków w stronę BK, fuzji bł pęcherzyków z plazmolemą i uwolnieniu wydzieliny na zewn kom. W czasie egzocytozy nie następuje przerwanie ciągłości BK. Można tu wyróżnić 2 etapy: transport pęcherzyków (udział mikrotubul i mechanoenzymów) i fuzję pęcherzyków z BK (wzajemne rozpoznanie receptorów, wytworzenie kompleksu fuzyjnego, powstanie poru fuzyjnego). Egzocytozę dzielimy na konstytutywną (ciągłą, niezależną od bodźców, małe pęcherzyki) i regulowaną (wyrzucenie na zewnątrz zagęszczonych pęcherzy z wydzieliną pod wpływem bodźca np. Ca2+) ENDOCYTOZA I PRZEDZIAŁ ENDOSOMOWY Endocytoza - szczególny rodzaj transportu subst ze środowiska do kom, w którym subst wraz z fragmentem BK przemieszcza się w postaci pęcherzyka. Pinocytoza - transport płynów dotyczy wszystkich kom, nie wymaga nakładów energii i udziału cytoszkieletu, fragment BK zagłębia się w cytoplazmę po czym oddziela się jako pinosom we wnętrzu którego zawarty jest płyn z otoczenia. Transcytoza - odmiana pinocytozy, płyn pobierany przez kom na 1 pow zostaje przetransportowany w pęcherzykach przez cytoplazmę i wydalony po 2 stronie kom - transcytoza jest charakterystyczna dla śródbłonków wyścielających wnętrze naczyń krwionośnych. Druga odmianą pinocytozy jest endocytoza receptorowa - wykorzystane zostają receptory BK, które wychwytują ligandy, a później ściągają je w jedno miejsce przez białka przyłączające się do receptorów (adaptyny i klatryna). Kaltryna pokrywa od wnętrza pewne fragmenty BK - dołeczki okryte, które przekształcają się w pęcherzyki okryte. Klatryna i białka okrywy pęcherzyków ulegają odłączeniu i w ten sposób powstają endosomy, te z kolei łączą się ze sobą tworząc przedział endosomowy (wczesny i późny). Bł obu przedziałów zawierają pompy protonowe przenoszące jony H+ do wnętrza pęcherzyków (obniżenie pH). W kwaśnym środowisku endosomów wczesnych dochodzi do oddzielenia ligandów od ich receptorów, po czym ligandy zostają skierowane do lizosomów. Opróżnione receptory powracają do bł w ścianie małych pęcherzyków, które odrywają się od endosomów - recyrkulacja receptorów. Na terenie przedziału endosomowego późnego następuje oddysocjonowanie enzymów lizosomowych od wiążących je receptorów - aktywacja enzymów. Fagocytoza zachodzi w kom wyspecjalizowanych (makrofagi i granulocyty, komórki barwnikowe siatkówki, nabłonek owodni, komórki Sertolego), pochłaniane ciało przylega do powierzchni kom, która wysuwa wypustki otaczające to ciało i zagarnia je do wnętrza tworząc fagosom. Proces ten wymaga energii i udziału białek cytoszkieletu. LIZOSOMY to pęcherzyki wewnątrz których zachodzą procesy rozkładu wielkocząsteczkowych substratów, ich enzymami markerowymi są: kwaśna fosfataza i β-glikuronidaza. Enzymy lizosomowe należą do kwaśnych hydrolaz, dzielą się na 3 główne grupy: esterazy (hydrolizują wiązanie estrowe, w tym lipazy, DNaza, RNaza, kwaśna fosfataza), glikozydazy (wiązania glikozydowe, β-glikuronidaza), peptydazy (wiązania peptydowe, katepsyny, kolagenaza). Markerem enzymów lizosomowych jest mannozo-6-fosforan. L. dzielimy na heterolizosomy (powstają w skutek fuzji endosomów późnych z pęcherzykami zawierającymi materiał do strawienia) i autolizosomy (organella jest otaczana gładką siateczką, a do środka są wprowadzane enzymy hydrolazowe. Średnica L. waha się od kilkudziesięciu nm. do kilku μm. L uczestniczą w przebudowie struktur kom, w destrukcji kom zużytych, rozkładaniu materiału pobranego z zewn, mogą być wydalane poza kom i brać udział w trawieniu składników otaczających tk. PROTEASOMY to struktury związane z pozalizosomową proteolizą białek. Składają się z 20 podjednostek peptydowych, które agregują w kompleks o stałej sedymentacji 20 lub 26S. Skierowanie białek do degradacji w proteasomach dokonuje się poprzez przyłączenie do nich ubikwityny. MITOCHONDRIUM - organella kom o średnicy 0,5μmi dł 2-5μm otoczona podwójna bł: zewn i wewn, pomiędzy bł znajduje się przestrzeń międzybł, a wnętrze wypełnia matrix. Zewn bł mitochondrialna charakteryzuje się obecnością stale otwartych kanałów, które działają na zasadzie „sita molekularnego” (przepuszczają cząsteczki poniżej 10kD). Enzymem markerowym jest oksydaza monoamoniowa (MAO). Wewn bł mitochondrialna ma pow większą niż zewn i wpukla się do środka w postaci grzebieni (blaszki - lamele i rurki - tubule). Skład bł wewn to 80% białek oraz kardioipina. Przepuszczalność bł wewn jest wysoce selektywna. Markerem jest oksydaza cytochromowa. Grzybki mitochondrialne składają się z kulistej główki (śr. 10nm) oraz podstawki. W bł wewn w pobliżu podstawki grzybka zlokalizowane są elementy łańcucha transportu elektronów składającego się z 3 kompleksów enzymatycznych, pomiędzy którymi krążą ubichinon i cytochrom c. Elektrony pobrane wraz z H+ z NADH wytworzonego w cyklu Krebsa przenoszone są od wyższego poziomu energetycznego do niższego, czemu towarzyszy uwalnianie en. En ta zostaje wykorzystana do pompowania protonów przez bł wewn do przestrzeni międzybł. W grzybkach znajdują się kompleksy syntazy ATP złożone z kanału wodorowego (czynnik F0 - szypuła) i obszaru enzymatycznego (F1 - główka). Otwarcie kanału umożliwia zgodny z gradientem przepływ protonów w pobliże główki, gdzie en protonów zostaje wykorzystana do tworzenia ATP z ADP i Pi - oksydatywna fosforylacja. W niektórych miejscach bł zewn i wewn stykają się ze sobą co umożliwia import do mitochondriów białek z cytoplazmy. Markerem jest kinaza adenilanowa. Macierz zawiera ciałka gęste (lipoproteiny i fosforany wapniowe i magnezowe), rybosomy mitochondrialne (55S) mitDNA, enzymy cyklu Krebsa i β-oksydacji krótkich kw tł. Enzymem markerowym jest dehydrogenaza izocytrynianowa. PEROKSYSOMY to pęcherzyki o rozmiarach 0,1- 1μm połączone za pomocą kanalików w sieć pęcherzykowo kanalikową. Enzymem markerowym jest katalaza. Rola peroksysomów polega na: rozkładaniu H2O2, β-oksydacji długich kw tł, utlenianiu pochodnych puryn, syntezie eterolipidów, współudziale w metabolizmie cholesterolu i kw żółciowych. CYTOSZKIELET I CENTRIOLE Centriole są strukturami kształtu walca o dł. 0,25 - 2 μm i średnicy 0,1 - 0,2 μm. Ściany tego walca są utworzone z mikrotubul ułożonych w 9 obwodowych tripletów. Triplety są powiązane ze sobą za pomocą mostków białkowych, a od środka centrioli skierowane są promieniste szprychy zawierające białko wiążące Ca2+. Mikrotubule zbudowane są z form A i B tubuliny, a materiał otaczający centriolę z tubuliny G. Centriole stanowią centra organizacji mikrotubul. Gdy są centrami organizacji mikrotubul wchodzących w skład witek i migawek noszą nazwę ciałek podstawnych. Mikrotubule (trwałe centriole, ciałka podstawne, witki i migawki, mikrotubule wypustek neuronów, nietrwałe mikrotubule cytoplazmatyczne). Wszystkie mikrotubule są rureczkami o średnicy 25 nm. i różnej dł. Ściany tych rurek są utworzone z tubuliny A i B, Białka te tworzą dimery, które polimeryzując łączą się w protofilamenty. Boczna agregacja takich sznurów prowadzi do wytworzenia rurki składającej się z 13 protofilamentów (w dubletach lub tripletach kolejne tubule tworzone są przez 11 protofilamentów). Mikrotubule tworzone są w centrum organizacji mikrotubul w obszarze tubuliny G. Koniec na którym dobudowywanie jest znacznie szybsze oznaczamy jako + w odróżnieniu od końca -. Mikrotubulom towarzyszą białka mechanoenzymatyczne - dyneina i kinezyna. Są to białka zbudowane z 2 długich i 2 krótkich łańcuchów peptydowych tworzących 2 główki połączone z ogonkiem. Wykazują one aktywność ATP-azową i dzięki en mogą zmieniać konformację. Białka te kroczą wzdłuż mikrotubul w kierunku + (kinezyny) lub - (dyneiny), co umożliwia wewnątrzkom transport organelii i pęcherzy. Mikrofilamenty to struktury włókienkowe o grubości 6nm i różnej dł. zbudowane z aktyny (występuje w cytoplazmie w postaci dimerów o kształcie 8 zbudowanych z aktyny G). W wyniku polimeryzacji aktyna G przechodzi w aktynę F, która tworzy mikrofilamenty. Mikrofilament ma formę łańcucha złożonego ze spiralnie skręconych dimerów. Mikrofilamenty mogą występować jako struktury trwałe oraz pojawiające się okresowo. Pod BK znajduje się zwykle sieć krótkich filamentów aktynowych tworzących korę cytoplazmy. Mikrofilamenty mogą współdziałać z mechanoenzymem - miozyną. Ruch komórek Najwyższy ruch cechuje plemniki. Boczne zgięcie migawki czy witki wynika z przemieszczania się dyneiny wzdłuż obwodowych mikrotubul w kierunku bieguna +. Wszystkie zjawiska ruchowe wymagają jonów Ca2+ jako sygnału inicjującego. Filamenty pośrednie (specyficzne) są to struktury włókienkowe o średnicy 10nm o kształcie wydłużonych wł. Monomery podlegają bocznej agregacji do dimerów, a te do tetramerów. Filamenty pośrednie powstają przez spiralne ułożenie 8 tetramerów. Filamenty pośrednie wyróżniają się elastycznością. Filamenty pośrednie biorą udział w utrzymaniu kształtu komórek, wzmacniają je mechanicznie i odpowiadają za usytuowanie różnych struktur kom, stabilizują całość cytoszkieletu (laminy jądrowe - A i B - powszechne, keratynowe - nabł, wimentynowe - wimentyna, desmina, kw białka glejowe, perferyna - mezenchyma, mięnie, glej, kom nerwowe, neurofilamenty - kom nerwowe).