2013-03-28 http://www.sciaga.pl/tekst/22388-23-skladniki_plazmatyczne_i_nieplazmatyczne_komorki

Poziomy organizacji istot żywych

• Poziom chemiczny (atom, cząsteczka)

• Poziom komórkowy (organella komórkowe)

• Tkanka

• Narząd

• Układ narządów

• Organizm

• populacja

• biocenoza

• ekosystem

• ekosfera

Taksonomia – nauka zajmująca się klasyfikacją i nadawaniem nazw organizmom

Takson – jednostka systematyczna dowolnego stopnia (gatunek, rodzaj, typ) będąca konkretnym obiektem systematyki

Systematyka – nauka zajmująca się podziałem organizmów na grupy na podstawie ich pokrewieństwa filogenetycznego (pochodzenie ewolucyjne)

Teoria komórkowa Schleiden i Schwan 1838

• wszystkie istoty żywe zbudowane są z komórek oraz z produktów ich przemiany materii

• nowe komórki powstają przez podział komórek już istniejących

• wszystkie komórki wykazują zasadnicze podobieństwo pod względem składu chemicznego i przemiany materii

• aktywność organizmu jako całości jest sumą czynności i wzajemnego współdziałania jako niezależnych jednostek komórkowych

Podstawowe cechy istot żywych

• wzrost – zwiększenie rozmiarów i liczby komórek

• rozwój – zmiany zachodzące w ciągu życia organizmu

• metabolizm (przemiana materii) – reakcje chemiczne i transformacja energetyczna niezbędne do wzrostu i odnawiania się komórek oraz przekształcania energii w formy biologicznie użyteczne

• ruch – lokomocja, taksje, ruch cytoplazmy w komórkach

• reakcja na bodźce – fizyczne i chemiczne

• rozmnażanie – utrzymywanie ciągłości gatunku

• adaptacja – zdolność organizmu do utrzymywania się przy życiu w określonym środowisku

Fosforylacja – proces przyłączenia reszty kwasu fosforowego do określonych związków chemicznych, zachodzi w organizmach żywych. Jest katalizowany przez enzymy zwane kinazami, które transportują reszty kwasowe na białka, nukleozydy i nukleotydy, cukry, lipidy i in.

Komórkowe formy życia
Makroorganizmy
mikroorganizmy

Klasyfikacja organizmów na podstawie budowy struktur komórkowych

• prokariota (bakterie, sinice)

• eukariota (inne organizmy)

Główne różnice strukturalne prokariot. i eukariot.

1. Wielkość komórki

2. Organizacja DNA w obrębie komórki

3. Wewnętrzne struktury błonowe

Początki życia

Uniwersalny przodek

Archaea eukaryta bakteria

Rośliny, zwierzęta

Binominalny system nomenklatury Karola Linneusza

Gatunek – podstawowa jednostka kwalifikacji organizmów. Grupa osobników wykazująca podobieństwo pod względem cech rozwoju, budowy i funkcji mogących się krzyżować między sobą i wydających płodne potomstwo, a nie krzyżujących się w przyrodzie z osobnikami innych gatunków. Są to osobniki o wspólnym pochodzeniu filogenetycznym i wspólnej puli genów

Nazwa gatunkowa organizmu – łacińska dwuczłonowa

• Pierwsza część to nazwa rodzajowa pisana dużą literą

• Druga to epitet gatunkowy pisany małą literą określający pewne właściwości organizmu

Hierarchiczny system klasyfikacji organizmów

• Królestwo kingdom

• Typ phylum

• Klasa classis (roślin) lub gromada divisi (zwierzęta)

• Rząd ordo

• Rodzina familia

• Rodzaj genus

• Gatunek species

Podział organizmów żywych na królestwa

Prokariota nie mają wyodrębnionego jądra i innych oddzielonych błoną organelli

Bakteria jednokomórkowe mikroskopijne rozmiary

Protista ściana komórkowa zbudowana z peptynoglikanu różnorodne metabolicznie

Pierwotniaki organizmy eukariotyczne przeważnie jednokomórkowe lub tworzące kolonie

Glony mikroorganizmy heteroficzne poruszające się za pomocą wci, rzęsek lub nibynóżek

Śluzowce organizmy fotosyntetyzujące w początkowej fazie cyklu życiowego mają cechy pierwotniaków w pozostałej grzybów.

Dziś więc wyróżniamy pięć królestw istot żywych: Bakterie Protisty Grzyby Rośliny zielone Zwierzęta Zupełnie inaczej klasyfikowane są wirusy, które nie posiadają budowy komórkowej i nie są zdolne do samodzielnej przemiany materii i energii. Przedstawiciele poszczególnych królestw różnią się od siebie: Budową całego ciała, Budową komórek, Sposobem odżywiania. Królestwo Cecha Bakterie Protisty Grzyby Rośliny zielone Zwierzęta Komórka Jądro - + + + Ściana komórkowa + u części + + Chlorofil u części u części - + Chloroplasty - u części - + Mitochondria - u części + + Ciało Jednokomórkowe + + + + Wielokomórkowe (lecz nie tkankowe) + + + + Tkankowe - - - + Rośliny, czyli organizmy zdolne do fotosyntezy należą do trzech królestw: Bakterii, Protistów, Roślin zielonych. Może dziwić nazwa: rośliny zielone, gdyż wszystkie organizmy fotosyntezujące muszą posiadać chlorofil. Jednak barwnik ten w pozostałych dwóch królestwach jest zamaskowany innym. Dlatego mają one barwę sinozieloną, czerwoną, brunatną lub złocistą.

2013-04-05

Fungi – heterotrofy, nie prowadzą fotosyntezy, zbudowane z nitkowatych strzępek tworzących grzybnię (grzyby)

Plantae – wielokomórkowe, złożone organizmy przystosowane do fotosyntezy, wielokomórkowe organy rozrodcze, mają różne stadia rozwojowe i przemianę pokoleń, ściany komórkowe zbudowane z celulozy (rośliny łącznie z zielenicami i krasnorostami)

Animalia – wielokomórkowe heterotrofy zróżnicowane tkanki i złożone układy narządów, większość jest zdolna do ruchu, wrażliwa, szybko reagują na bodźce, wyspecjalizowany układ nerwowy (zwierzęta)

SKŁADNIKI KOMÓRKI http://www.biologia.net.pl/cytologia/

Plazmatyczne:

• Cytoplazma

• Jądro komórkowe i jąderko

• Komórkowy system błon plazmatycznych

1. Błona komórkowa

2. Rybosomy

3. Aparat Golgiego

4. Lizosomy

• Mitochondriom

• Plastydy

• Cytoszkielet

1. Rzęski i wici

2. Centrole

3. Mikrofilamenty i mikrotubule

Nieplazmatyczne:

• Ściana komórkowa

• Wakuole (wodniczki)

ŚCIANA KOMÓRKOWA

Funkcje ściany komórkowej

• Nadaje kształt komórce

• Utrzymuje turbor

• Mechaniczna ochrona

Budowa ściany komórkowej

• Matnika (substancje podłoża)

• Zrąb (substancje szkieletowe)

• Substancje inkrustujące – wzmacniają ścianę komórkową (liaryna, krzemionka, węglan wapnia)

• Substancje adkrustujące – zabezpieczają przed wysychaniem (kartyna, sacharyna, woski, suberyna, kaloza, śluzy, gumy)

Ściana komórkowa, dojrzała zbudowana jest z pektyn i celulozy. Celuloza tworzy długie, cząsteczki nierozgałęzione łańcuchy, które łącza się w równolegle wiązki – mikrofibryle (zespoły łańcuchów). W pewnych odcinkach tworzą one siatkę podobną do struktury kryształu. Są to micele (tworzone przez cząsteczki)

Łańcuchy celulozy (glukoza połączona wiązaniem β – 1,4 – glikozydowym) tworzą łańcuchy fibryli elementarnych które łączą się po 3 – 4 tworzą mikrofibryle. W mikrofibrylach celuloza ułożona jest w sposób uporządkowany tworząc obszary siatki krystalicznej (miceralnej) oraz obszary amnoficzne nieuporządkowane.

W komórkach młodych rosnących pojawia się ściana komórkowa pierwotna, następnie pojawia się ściana komórkowa wtórna która ulega zdrewnieniu i zgrubieniu.

Pomiędzy ścianami komórkowymi wytwarzana jest blaszka środkowa z substancji pektynowych.

Ściany komórkowe są nieciągłe, poprzecinane są tzw. jamkami przez które przenikają pasma cytoplazmy łączące sąsiadujące komórki.

CYTOPLAZMA

Złożony układ dwufazowy o cechach zarówno roztworu rzeczywistego oraz koloidu wielofazowego zbudowany z:

• Macierzy cytoplazmatycznej

• Ektoplazmy

• Endoplazmy

Cechy cytoplazmy

• Środowisko wewnątrz komórki

• Miejsce przebiegu wielu reakcji chemicznych

• Uczestniczy w transporcie wewnątrzkomórkowym

• Wykazuje zdolność ruchu (pulsacyjny, cyrkulacyjny, rotacyjny)

BŁONA KOMÓRKOWA

Zjawiska związane z półprzepuszczalnością błony komórkowej

• Dyfuzja jest prosta jest procesem, który polega na samorzutnym transporcie cząsteczek mającym na celu wyrównanie stężeń. W obrębie komórki dyfuzja prosta prowadzi do wyrównania stężeń po obu stronach błony biologicznej.

• Dializa

• Osmoza jest odmianą dyfuzji, w której przez błonę półprzepuszczalną przenika rozpuszczalnik, aby wyrównać stężenia po obu stronach błony biologicznej. W mechanizmie osmotycznym jest transportowana woda. Woda przenika z roztworu o mniejszym stężeniu (hipotoniczny) do roztworu o wyższym stężeniu (hipertoniczny).

• Plazmoliza (to obkurczanie się cytoplazmy wraz z błoną komórkową i odstawanie od ściany komórkowej z powodu wypływu wody z komórki .Jest wywołana po przemieszczeniu komórki w roztworze hipertonicznym (o wyższym stężeniu substancji osmotycznie czynnych niż we wnętrzu komórki)

• Deplazmoliza – po umieszczeniu komórki w roztworze hipotonicznym woda napłynie z powrotem do komórki i wróci do stanu prawidłowego uwodnienia.

• błona otaczająca komórkę – plazma lemma

• błona otaczająca jądro – kariolemma

• błona otaczająca wodniczkę – tonoplast

Cytoryza – proces odwodnienia drożdży w wyniku plazmolizy, wykorzystujemy w technologii do zatężania biomasy

Plazmoptyza – pękanie komórek pod wpływem wnikającej wody w środowisku hipotonicznym

Błona kom. zbudowana jest z białek i fosfolipidów

Błona elementarna ma budowę płynnej mozaiki której rusztowanie stanowią fosfolipidy ułożone w podwójną warstwę.

Fosfolipidy wykazują zdolność ruchu w obrębie swojej warstwy (ruch latelarny) mogą też przemieszczać się sporadycznie pomiędzy warstwami.

Kwasy tłuszczowe fosfolipidów są w ciągłym ruchu drgającym

Z błoną są związane integralne białka błonowe, przecinają warstwę fosfolipidową, często budują kanały błonowe.

Cząsteczki białek błonowych mogą być trwale związane z błoną (białka integralne) – trans membranowe przenikają przez cała błonę . Bądź tylko przyczepione do niej za pośrednictwem innych białek ( białka peryferyjne) występują tylko po jednej stronie błony.
Fosfolipidy oraz glikolipidy nie są jedynymi lipidowymi związkami błon komórki . Należy do nich także cholesterol . W tych rejonach gdzie jest więcej cholesterol , płynność błony jest mniejsza i jej składniki trudniej się przemieszczają .

2013-04-12

Funkcje błony komórkowej

• Otacza zawartość komórki

• Reguluje ruch substancji wnikających do komórki

• Pomaga w utrzymaniu kształtu komórki

• Bierze udział w komunikowaniu się z innymi komórkami

RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE

Z budowane z cystern, kanałów. Struktura la binda podlega rozpadowi i odtworzeniu i ulega częściowej fragmentacji.

Funkcje RE

• Synteza lipidów błonowych

• Synteza białek błonowych

• Źródło wewnątrzkomórkowych pęcherzyków przejściowych przenoszących białka wydzielane przez komórkę

Funkcje RE gładkiego

• Biosynteza lipidów, cholesterolu, sterydów

• Detoksykacja leków

• Udział w glikogenezie

Funkcje RE szorstkiego (ziarnistego)

• Synteza białek wewnątrzkomórkowych

• Synteza białek zewnątrzkomórkowych

siateczka wewnątrzplazmatyczna i aparat Golgiego.
retikulum endoplazmatyczne – sieć kanałów częściowo lub całkowicie zamkniętych (dzieli cytoplazmę na przedziały )
- łączy się z zewnątrz błona otoczki jądra komórkowego
- podzielone są na dwa rodzaje -
SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA SZORSTKA-
Do niej przyłączone są rybosomy, uczestniczy w procesie syntezy białek.
SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA GŁADKA-
Nie ma na niej rybosomów,
Synteza kwasów tłuszczowych (produkcja lipidów)

WAKUOLE

Funkcje wakuoli roślinnej

• Rezerwuar wody i substancji odżywczych, soli mineralnych i barwników

• Magazynowanie odpadowych produktów metabolizmu często toksycznych

• Magazynowanie substancji zapasowych (białko, węglowodany)

• Przechowywanie substancji szkodliwych dla roślinożerców

• Utrzymywanie stanu napięcia powierzchniowego komórki

Funkcje wakuoli w komórce zwierzęcej

• Odżywianie – wodniczki pokarmowe

• Wydalanie – wodniczki tętniące

• Magazynowanie substancji zapasowych

• Transport

Mikrociała – pęcherzyki błonowe zawierające różnorodne enzymy

Komórki zwierzęce

• Peroksysomy

• Rozkład H₂O₂ (enzym katalaza, oksydazy)

• Detoksykacja substancji toksycznych np. etanolu

Komórka roślinna

• Peroksysomy – związane z chloroplastami, uczestniczą w fotorespiracji

• Glioksysomy – przekształcanie lipidów zapasowych w węglowodany (tłuszcze do sacharozy)

UKŁAD GOLGIEGO

Funkcje UG

• Modyfikacja białka

• „upakowanie” białek wewnątrzkomórkowych w pęcherzyki przejściowe

• Sortowanie białek i kierowanie ich do wakuoli i innych organelli

• Tworzenie polisacharydów wewnątrzkomórkowych budujących ściany komórkowe u roślin

• Synteza mukopolisacharydów

• Sekrecja glikoprotein i zymogen

• Formowanie pierwotnych lizosomów

System 5-8 pęcherzyków zbudowanych z spłaszczonych cystern, pęcherzyków

2 powierzchnie…..

Aparat Golgiego – struktury leżące dalej od jądra niż ER gładka, składa się ze stosu cystern (diktiosomu) oraz oddzielających się pęcherzyków, błony struktur Golgiego nie mają nigdy przyczepionych rybosomów, odbywa się tu synteza cukrów.
-nie ma bezpośredniego kontaktu z ER
-transport miedzy tymi strukturami błoniastymi odbywa się dzięki obłonionym pęcherzykom , które odrywają się z ER do aparatu Golgiego.
- pełni role wydalniczą ( na jego terenie znajdują się enzymy regulujące procesy wydalnicze)
FUNKCJE;
-uczestniczy w transporcie niektórych substancji w komórce
-umożliwiają budowę , regulację błon i ścian komórkowych
-gromadzą substancje , powodując ich zagęszczanie
-prowadza syntezę różnych substancji

LIZOSOMY

Lizosomy – pęcherzyki błonowe występujące u zwierząt

Funkcje

• Trawienie

• Białek

• Kwasów nukleinowych

• Polisacharydów

• Mukopolisacharydów

• Lipidów

• Degradowanie substancji obcych wchłoniętych przez komórkę

• Autoliza komórki

W lizosomach znajduje się ok. 40 enzymów.

Lizosomy pierwotne – pojedyncze

Lizosomy wtórne – powstają w wyniku fuzji pojedynczych

Cieknące lizosomy: wyciekają z nich enzymy które trawią wszystko wokół siebie

RYBOSOMY – biosynteza białek wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych

W eukariotycznych komórkach jest więcej rybosomów 80s, w prokariotycznych 70s.

MITOCHONDRIA

Mitochondria – organella tlenowych organizmów eukariotycznych odpowiedzialne za oddychanie komórkowe.

Budowa mitochondriów

• Błona zewnętrzna

• Błona wewnętrzna i grzebienie mitochondrialne

• Przestrzeń międzybłonowa

• Matriks mitochondrialne

• Podjednostki błony wewnętrznej (oksysomy)

• Koliste DNA mitochondrialne

• Rybonukloproteiny (rybosomy mitochondrialne)

Mitochondria nie powstają denowo, tworzone są w wyniku podziału mitochondriów istniejących. Mitochondria mają ograniczoną samodzielność (własne DNA, własne rybosomy), działają pod kontrolą chromosomalnego DNA.

Dowody na bakteryjne (prokariotyczne) pochodzenie mitochondriom

• Mezosomy są analogami żyw… mitochondriom

• Mitochondria są wrażliwe na antybiotyki podobnie jak bakterie

• Wielkość rybosomów mitochondrialnych zbliżona do rybosomów prokariotycznych

• Obecność kolistego DNA podobnie jak nukleoid bakterii

• Podobna pierwszorzędowa struktura DNA

• Synteza podobnych białek

PLASTYDY

Plastydy – organella komórek samożywnych, eukariotycznych

Typy plastydów

• Proplastydy (mogą się przekształcać w inne plastydy)

• Chloroplastydy (zawierają zielone barwniki)

• Chromoplastydy

• Leukoplastydy

Budowa chloroplastów

• Podwójna błona

• Tylakoidy (wypustki błony wew.)strome

• Grana – zespół wypustek błony wewnętrznej

• Stroma (matriks) wypełnia wnętrze

• Kwasy nukleinowe (RNA liniowy DNA)

• Rybosomy

• Tłuszcz i ziarna skrobi asymilacyjnej

Chloroplasty powstają przez podział, ich liczba zmienia się w zależności od intensywności fotosyntezy, jest regulowana przez chromosomalne DNA. Synteza karotenoidów, chlorofilu regulowana przez chromosomalne DNA. DNA chloroplastów determinuje syntezę rybosomów w choroplastach.

2013-04-19

CYTOSZKIELET

Cytoszkielet – sieć włókien, przyczynia się do utrzymywania kształtu komórki i zakotwicza organella.

Skład cytoszkieletu:

Mikrotubule

• Cylindry tubulinowe, średnica 25nm

• Odpowiedzialne za ruch chromosomów w czasie podziału komórkowego

• Główny składnik rzęsek i wici

• Budują centriole

Mikrotubule pełnią rolę szlaku wzdłuż których przemieszczają się organella komórkowe na terenie cytoplazmy.

Mikrofilamenty

• Włókna aktynowe, śr 7nm

• Biorą udział w ruchu komórek w podziale

Elementy pośrednie

• Białka fibrylarne śr 8-10nm

• Bardziej stabilne niż mikrotubule mikrofilamenty

Centriole

• Para pustych cylindrów ułożonych prostopadle

• Budowa: 9 trypletów mikrotubule (9x3)

• Pomiędzy nimi powstaje wrzeciono mitotyczne

• Zapoczątkowanie i organizowanie tworzenia mikrotubule

• Brak w komórkach roślin wyższych

Rzęski

• Krótkie wyrostki powierzchni komórki

• Zbudowane z 2 mikrotubul środkowych i 9 mikrotubul obwodowych (9x2)

• Narząd ruchu jednokomórkowców

• Przesuwanie substancji po powierzchni niektórych tkanek

U podstawy każdej rzęski i wici jest ciałko podstawowe zbudowane z 9 mikrotripletów rozmieszczonych cylindrycznie. Jest to struktura biorąca udział w tworzeniu rzęsek.

Wici

• Długie wyrostki powierzchni komórki

• Zbudowane z 2 środkowych mikrotubule i 9 obwodowych (9+2)

• Narząd ruchu jednokomórkowców i plemników

JĄDRO KOMÓRKOWE

Funkcje jądra komórkowego

• Ośrodek kontroli komórki

• Zapis informacji genetycznej

• Sterowanie czynnościami życiowymi komórki

Stany fizjologiczne jądra komórkowego

• Jądro mitotyczne (podziałowe)

• Jądro interfazowe (międypodziałowe)

• Jądro metaboliczne (reguluje procesy przemiany materii)

Budowa jądra komórkowego

• Otoczka jądrowa

• Wykazuje ciągłość z retikulum endoplazmatycznym szorstkim

• Przestrzeń około jądrową pomiędzy ? zależna od stanu fizjologicznego komórki

• Wewnętrzna błona jest włóknistą blaszką wewnętrzną stabilizującą osłonkę jądrową

• Występują pory

• Chromatyna

• Włókna tworzone z 60% białka, 35% DNA, 5% RNA

• Sekwencja nukleotydów DNA stanowi zapis informacji genetycznej

• Formy chromatyny jądrowej: zwarta – heterochromatyna zewnętrzna i wewnętrzna i otaczające jąderko; luźna – euchromatyna aktywna genetycznie

• Jąderko

• Struktura jądra interfazowego

• Zawiera obszar włóknisty i ziarnisty

• Zbudowane z RNA i białek

• Organizator jąderka

• Kariolimfa (sok jądrowy) matriks

• Układ koloidalny

• Białka rozpuszczalne

• Tłuszcze

• Związki nieorganiczne

• Enzymy związane z syntezą RNA i DNA

Budowa DNA

Struktura nukleosomu Schemat helisy DNA

Nukleosom – jednostka strukturalna chromatyny składająca się z odcinka DNA o długości ok. 200 par zasad

Połączenie białek histomowych z RNA pozwala na lepsze upakowanie DNA w tej samej przestrzeni (ta sama informacja na helisie zajmowałaby więcej miejsca niż na białkach histomowych).

CHROMOSOMY

Budowa chromosomów

• Przewężenie pierwotne (centromer)

• Kineto chor

• 2 chromatydy

• Przewężenie wtórne

• Satelita (trabant)

Rodzaje chromosomów

• Meta centryczne

• Submetacentryczne

• Akrocentryczne

• Subakrocentryczne

Organizacja wrzeciona podziałowego

• Włókna chromosomowe

• Włókna ciągłe

• Włókna międzychromosomowe

• Centro sfera

• Astro sfera

Mitoza

Interfaza (komórka wykazuje normalną aktywność życiową)

Późna interfaza (czułymi instrumentami można wykryć podwojenie materiału dziedzicznego)

Wczesna profaza (otoczka jądrowa, jąderko zanikają, widoczne stają się długie… ?

Późna profaza (chromosomy w dalszym ciągu skracają się i grubieją..

Wczesna metafaza (włókna wrzeciona przyczepiają się do centromerów, do każdego z biegunów przemieszcza się 1 kompletny zestaw chromosomów)

Melofaza

Telofaza odwrócenie wydarzeń z profazy odtworzenie jądra i de kondensacja chromosomów

MEJOZA

Proces redukcyjny proces mitotyczny

Chromosomy homologiczne – niosą informacje dotyczące tych samych cech, ale nie są takie same

W fazie S interfazy następuje replikacja DNA, powstaje jądro tetraploidalne.

Każda chromatyda zawiera 2n DNA, chromosomy dzielą się 1 raz.

Po pierwszym podziale komórki o diploidalnej liczbie chromosomów powstają komórki o haploidalnej liczbie chromosomów zawierających 2n DNA

Po drugim podziale liczba chromosomów nie zmienia się lecz po rozdzieleniu chromatyd zawartość DNA w komórce jest haploidalna.

Stadia profazy 1

1. Preptoten – kondensacja chromatydy, chromosomy stają się bardzo cienkie

2. Pleptogen – de kondensacja chromosomów do postaci cienkich, bezładnie ułożonych nici

3. Zygoten – następuje kondensacja chromosomów, zbliżanie się chromosomów homologicznych, chromosomy początkowo przylegają w kilku miejscach, a następnie na całej długości, następuje koniugacja chromosomów homologicznych. Para chromosomów homologicznych (diwalent) zawiera 4 chromatydy (chromosomy nie łączą się centromerami)

4. Pachy den – stadium grubych nici biwalenty grubieją, skręcają się, splatają, następuje wymiana fragmentów chromatyd, etap prekom. materiału genetycznego

5. Diplotem – następuje częściowy rozdział chromosomów w embiwalencie tworzą się chiazmy ich liczba i umiejscowienie jest różne

Diakineza – redukcja liczby chiazm przesuwająca się w kierunku końca ramion chromosomów

Zanika otoczka jądrowa i jąderko.

Może dochodzić do zaburzeń rozdziału chromosomów w anafazie podziału mitotycznego co prowadzi do aneuploidalności (niedobór lub nadmiar pojedynczych chromosomów 2n-1, 2n+1, 2n+2)

2013-04-26

Cykl komórkowy – czas pomiędzy dwoma kolejnymi podziałami komórki (czas generacji)

Interfaza – zachodzi ciągła synteza substancji budujących komórkę następuje wzrost komórki

Faza G₁ – następuje wzrost aktywności enzymów potrzebnych do syntezy DNA

Faza G₀ – jest to odpowiednik fazy G₁ dla komórek nie dzielących się

Faza S (syntezy) – syntez DNA (replikacja DNA) oraz synteza białek histomowych

Faza G₂ – zachowany stały poziom DNA komórka prowadzi syntezę białek komórkowych

W fazach G_{1 i} G₂ prowadzona jest reperacja uszkodzonych DNA jądrowego

m-mitoza obejmuje kariokinezę i cytokinezę

W cyklu życiowym następuje przemiana pokoleń, naprzemienne występowanie haplofazy i diplofazy.

Metody badań cytologicznych

• Preparaty mikroskopowe

• Przyżyciowe (bezpośrednie)

• Utrwalone

• Reakcje cytochemiczne (barwienie przyżyciowe komórek)

• Autoradiografia

• Izolowanie frakcji subkomórkowych

• Mikrochirurgia – izolacja pojedynczych dużych organelli

• Homogenizacja

• Mechaniczna

• Chemiczna (enzymy)

• Ultradźwięki (destrukcja komórki, uwolnienie organelli)

Preparaty przyżyciowe barwione są substancjami o niskiej toksyczności i stężeniu aby nie zniszczyś komórki (np. błękit metylenowy)

Wirowanie różnicowe przy różnych przyspieszeniach odśrodkowych, wirowanie w gradientach stężeń.

Preparaty utrwalone (martwe komórki które poddaje się działaniu toksycznych substancji) różnią się wielkością, istnieje możliwość zafałszowania wyników działaniem toksycznych barwników.

Badanie autoradiograficzne polega na dodawaniu znakowanych składników (np. węgiel aktywny) które są wbudowane jako elementy strukturalne lub metabolizowane przez komórki.

Metoda ta polega na wprowadzeniu pierwiastków promieniotwórczych, żyjąca komórka pobiera ten związek, obserwujemy lokalizację tych subst. w komórce.

Mikrochirurgia polega na mechanicznym wejściu do środka komórki i wyizolowaniu poszczególnych organelli.

Zastosowanie mikromanipulacji i mikroiniekcji

• Izolacja organelli komórkowych

• Wprowadzenie organelli komórkowych

• Disekcja komórki

• Izolacja komórek

• Otrzymywanie form haploidalnych mikroorganizmów

• Prowadzenie operacji jednostkowych na komórkach w procesach inżynierii komórkowej

Zasada działania mikromanipulatora

Zamiana za pomocą systemu pneumatycznego lub mechanicznego, ruchów ręki operatora (milimetry) na precyzyjny ruch końcówek mikromanipulatora (mikrometry).

Końcówki robocze mikromanipulatora

• Mikroigły

• Mikropipety

• Mikroelektrody

• Mikroogniwa

2013-05-10, 2013-05-17

Wirowanie różnicowe

Wirowanie prowadzi się stopniowo sekwencyjne wirowania zwiększając przyspieszenie odśrodkowe co powoduje umiejscowienie różnych organelli komórkowych w supernatancie (płyn pozostały po wirowaniu). Jedną frakcję po wirowaniu różnicowym rozdziela się przez wirowanie w gradiencie stężeń.

Wirowanie w gradiencie stężeń

Na powierzchnię roztworu rozdzielającego wprowadza się supernatant zawierający cząstki o zróżnicowanej gęstości. Roztwór rozdzielający nie może być toksyczny dla komórek i metabolizowany przez komórki, a jego najwyższe stężenie umiejscowione jest na dnie probówki. W czasie wirowania cząstki umiejscawia się w warstwie tej samej gęstości. Sekwencyjny odbiór poszczególnych warstw pozwala na uzyskanie …… frakcji. Rozdział tylko małych próbek po wstępnym wirowaniu różnicowym.

Optymalne warunki dla wzrostu komórek i tkanek

• Parametry fizyczne

• Temperatura

• Ciśnienie osmotyczne

• pH

• natlenienie

• naświetlenie

• wilgotność

• parametry chemiczne

• rozkład pożywek hodowlanych (źródła azotu, węgla, mikroelementów, witaminy, stymulatory wzrostu, brak składników toksycznych)

• skład atmosfery hodowli

Ciśnienie osmotyczne

W praktyce w hodowlach stosuje się środowisko lekko hipertoniczne

Naświetlenie

Istotne w przypadku komórek roślinnych. Konieczne zachowanie fotoperiodu, okresu fazy jasnej. Istotna jest również intensywność naświetlenia, rodzaj światła, natężenie światła (1000-3000…)

Wilgotność musi być 100% dla roślin.

Metody hodowli kultur jednokomórkowych

• statyczne (okresowe) fazy:

adaptacyjna

logarytmiczna lub wzrostu wykładniczego

stacjonarna

zamierania

stan anabiozy

• ciągłe: prowadzone są w fermentarodi, stanowią układ otwarty gdzie następuje ciągłe wprowadzenie substancji odżywczych zrównoważane ciągłym odprowadzaniem hodowli. W hodowlach ciągłych dobiera się prędkości wprowadzania pożywki i odprowadzania hodowli tak aby zachować utrzymanie określonej fazy wzrostu komórek. Opłaca się stosowanie (zachowanie) fazy stacjonarnej. Problemem jest kontraminacja (zanieczyszczenie drobnoustrojami)

• zsynchronizowane: warunku hodowli są tak zachowane aby wszystkie osobniki dzieliły się równocześnie. Konieczność:

1, selekcji osobników w tym samym stadium rozwojowym np. poprzez wirowanie, sączenie, frakcjonowanie

2, zahamowanie wzrostu poprzez czasowe usunięcie czynnika niezbędnego do wzrostu

3, stosowanie czynników chemicznych czyli trucizn mitotycznych

Techniki hodowli In vitro

Cele hodowli in vitro

• dysponowanie dużą ilością genotypów na niewielkiej powierzchni

• szybkie efekty selekcji

• kontrola wzrostu

• kontrola czynników mutagennych

Rozmnażanie klonalne – mikrorozmnażanie

Masowe namnażanie identycznych genotypowo i wyrównanych fenotypowo organizmów roślinnych dzięki zdolności totipotencji

Totipotencja – zdolność komórek somatycznych roślin do różnicowania tkanek i organizmów, aż do otworzenia całego organizmu

Proteon – białka

Genom proteon metabolom

Fenotyp zależy od metabolonu i od środowiska

Ekspresja cechy – wpływ metabolonu na fenotyp

Etapy rozmnażania klonalnego

• stabilizacja hodowli

• wybór rośliny matecznej

• pobranie tkanki – eksplantat

• sterylizacja eksplantatu

• umieszczenie w pożywce stabilizującej

• wzrost eksplantatu w sposób nieograniczony i nieskoordynowany do niezorganizowanej morfologicznie i histologicznie masy tkanki miękiszowej – Kalusa

• dzielenie tkanki Kalusowej i pasażowanie na stałej pożywce namnażającej

• wzrost do stadium wieloroślinki (pędy boczne na tkance kalusowej)

• rozdzielenie wieloroślinki i ukorzenienia rośliny na pożywce ukorzeniającej

• przeniesienie ukorzenionych roślin do sterylnej ziemi

Zastosowanie metod in vitro

• szybkie rozmnażanie wegetatywne roślin (z jednej rośliny matecznej otrzymuje się wiele roślin potomnych)

• opracowanie metod krzyżowania roślin, które w warunkach naturalnych nie krzyżują się

• otrzymywanie roślin haploidalnych

• badanie wpływu czynników zewnętrznych (światło, czynniki troficzne, regulatory wzrostu) na procesy morfogenetyczne roślin)

Hodowla roślin

• rozbicie tkanki kalusowej lub zmacerowanie zarodków, wierzchołków wzrostu komórek parachemy liści

• wprowadzenie komórek do pożywki płynnej

2013-05-24

Hodowla protoplastów

Hodowla komórek roślinnych lub mikroorganizmów pozbawionych ściany komórkowej, w podłożach płynnych lub stałych z dodatkiem stabilizatorów osmotycznych

Protoplast – komórka pozbawiona ściany kom.

Sposoby otrzymywania nowych odmian organizmów

• mutagenizacja

• hybrydyzacja somatyczna

• hybrydyzacja naturalna

• metody inżynierii genetycznej

Cechy mutagenizacji

• działanie czynnika mutagennego na cały organizm, na całych genomach więc nie można określić miejsca i rodzaju mutacji oraz typu mutanta ze względu na niekontrolowane zmiany genotypu

• niekontrolowane zmiany

• screening głównie na podstawie zmian fenotypowych

Prawdopodobieństwo otrzymania organizmu o wymaganych cechach zależy od

• doboru mutagenu

• wielkości dawki mutagenu

• czasu działania czynnika mutacyjnego

• fazy rozwojowej organizmu

• metody selekcji mutantów

Doskonalenie organizmów prowadzi się w celu degeneracji organizmu w kierunku nadprodukcji związku pożądanego technologicznie. Uzyskujemy rekombinanty zdegenerowane w kierunku nadprodukcji metabolitów wykorzystywanych minimalnie na potrzeby własnych organizmów.

Mutagenizacja – polega na zmianach genotypu w kierunku otrzymania nowych genów, odrębnych układów genów w chromosomach czy odrębnych układów chromosomalnych. Wynikiem tych zmian są zmiany fizjologiczne i metaboliczne organizmu.

Najefektywniejsza jest selekcja wielostopniowa, metoda prób i błędów wymagająca badania wielu osobników.

W środowisku dochodzi do mutacji spontanicznych o częstości 10⁻⁵ (jeden osobnik na 100 000) zjawisko to prowadzi do rewersji czyli powrotu do stanu sprzed mutacji efektem tego jest powstanie osobnika o strukturze genetycznej mozaikowej tzn. złożonego z komórek o różnym składzie genetycznym. W przypadku mikroorganizmów uzyskuje się szczep heterogeniczny czyli w którym osobniki nie są identyczne.

Najlepsze wyniki uzyskuje się przy przeżywalności komórek pomiędzy 10% a 1% .

Nie prowadzi się mutacji organizmów wykorzystywanych biotechnologicznie w celu ich doskonalenia, ze względu na nasycenie genów mutacjami korzystnymi.

Współcześnie najczęściej mutagenizację wykorzystuje się w celu oznakowania szczepu (markierowania) w celu łatwego odróżnienia szczepu.

Czynniki mutagenne

• substancje chemiczne

1. kwas azotowy

2. iperyt gazowy

3. analogi zasad azotowych

4. związki alkilujące

5. barwniki akrydynowe

• czynniki fizyczne

1. promieniowanie UV

2. promieniowanie X

3. promieniowanie γ

4. prędkie neutrony

Rodzaje mutacji (zmiana liczby chromosomów, zmiana ich struktury aberracje chromosomów)

• delecja (utrata fragmentu)

• duplikacja (podwojenie liczby chromosomów)

• inwersja (zamiana)

• translacja (przeniesienie odcinka do innego chromosomu homologicznego)

MUTACJE GENOWE

Hybrydyzacja naturalna – proces doskonalenia organizmów oparty na naturalnym powinowactwie komórek o różnych typach koniugacyjnych. Polega na fizycznym kontakcie komórek i wymianie odcinków DNA pomiędzy chromosomami genoforami (rekombinacja) oraz regeneracja materiału genetycznego.

Częstość hybrydyzacji wynosi 10⁻³ - 10⁻⁶

Sposoby prowadzenia hybrydyzacji naturalnej

• krzyżowanie spor

• krzyżowanie komórek haploidalnych (mass mating)

Hybrydyzacja somatyczna

Krzyżowanie gatunków i form organizmów