KOMÓRKA EUKARIOTYCZNA:

 jest otoczona błona kom.

 ma osłonięte otoczką jądro

 zawiera liczne wyodrębnione organelle wewnątrzkomórkowe

jądro - jest magazynem informacji w komórce

mitochondria - wytwarzają energię niezbędną do funkcjonowania kom.

chloroplasty - wychwytują energię światła słonecznego

błony - tworzą przedziały wewnątrzkomórkowe pełniące określone funkcje

cytozol - jest zagęszczonym wodnym żelem małych i dużych cząsteczek

cytoszkielet - uczestniczy w ruchu komórek oraz transporcie wewnętrznym

organizmy modelowe:

-Escherichia coli- E.coli – bakterie jelitowe przedstawicielem komórek prokariotycznych

- Drożdże Saccharomyces cerevisiae – S cerevisiae – jako przykład komórki eukariotycznej drobnoustrojowej

-Arabidopsis thialiana – rzodkiewnik pospolity (chwast) jako modelowa roślina

-Reprezentanci świata zwierząt: owadów muszka owocowa Drosophila melanogaster, nicieni Caenorhabditis elegant, ssaków Homo sapiens i mysz

E.coli – posłużyła jako model w biologii molekularnej; z łatwością można ją hodować poza organizmem, szybko się rozmnaża; jej materiał genetyczny stanowi kolista dwuniciowa cząsteczka DNA zawierająca 4x10^6 p.z. o masie 2,6x10^9 Da, kodująca 4300 różnych białek; badania nad E.coli dostarczyły wiedzy o podstawowych mechanizmach życia, takich jak replikacja czy kod genetyczny, które przebiegają podobnie u wszystkich organizmów

Drożdże Saccharomyces cerevisiae – drożdże piekarnicze są małym jednokomórkowym grzybem blisko spokrewnionym z roślinami i zwierzętami, mają sztywną ścianę kom, wydzielone jądro, mitochondria oraz brak im chloroplastów; szybko rozmnażają się w warunkach laboratoryjnych; w jądrze zawierają tylko 2,5 raza więcej DNA niż bakterie, są więc prostym obiektem badań genetycznych; na ich przykładzie poznano wiele procesów zachodzących w kom. eukariotycznych np. cykl podziałów kom. – procesy które prowadzą do podwojenia jądra i wszystkich składników, a następnie ich podziału do dwóch kom. potomnych

Arabiudopsis thaliana- rzodkiewnik pospolity- rośliny wytworzyły wielką różnorodność – 300tys. gatunków; w ewolucji rozdzieliły się 1,5 miliarda lat temu ze zwierzętami i grzybami; arabidopsis thaliana jest małym chwastem, zalicza się do roślin kwiatowych, które dominują w ekosystemie lądowym; w warunkach szklarniowych w ciągu 8-10 tyg. wytwarza tysiące siewek; poznano już genom tej rośliny, który składa się z ~110mln par zasad (8 razy więcej niż u drożdży); geny zbadane u arabidopsis mają swoje odpowiedniki u wszystkich roślin lądowych, w tym uprawnych; badania Arabidopsis koncentrują się wokół zagadnień: genetyki, biologii molekularnej, ewolucji roślin, procesów rozwoju i fizjologii roślin uprawnych od których zależy przeżycie zwierząt

Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, mysz, homo sapiens

– owady są dominująca grupą zwierząt, stąd ich przedstawicielstwo w postaci Drosophila melanogaster; już 80 lat temu badania tej muszki dały podwaliny genetyki klasycznej; „geny są jednostki dziedziczenia znajdującymi się w chromosomach”; aktualne badania genetyki Drosophila dot. mechanizmów genetycznych leżących u podstaw rozwoju zarodkowego i larwalnego; pojedyncza zapłodniona komórka jajowa przekształca się w wielokomórkowy organizm zbudowany w sposób zorganizowany z wielu różnych typów komórek

-nicień składa się z 959 komórek; jego genom zawiera 19 000 genów, 97mln par zasad; 70% ludzkich białek ma swoje odpowiedniki u Caenorhabditis elegant, może więc być modelem w badaniach procesów zachodzących u człowieka; badania rozwoju C. elegant umożliwiły zrozumienie programowanej śmierci komórki- apoptozy, która eliminuje zbędne komórki, co jest istotne w badaniach nowotworów

-ssaki mają 2-3 razy więcej genów i ~25 razy więcej DNA w komórce oraz milion razy więcej komórek niż Drosophila; modelem w badaniach: genetyki, rozwoju, immunologii i biologii komórki są myszy; linie komórkowe myszy: o dowolnie skonstruowanych mutacjach genu lub linie ze sztucznie skonstruowanymi genami, umożliwiają poznanie procesów w których uczestniczą; prawie każdy gen ludzki ma swój odpowiednik u myszy, o podobnej sekwencji DNA i funkcji; u człowieka bada się skutki naturalnych mutacji jakimi są choroby genetyczne

ciągle brak odp na tak postawione pytania:

-jak DNA doprowadza do powstania dorosłej myszy z zapłodnionej komórki jajowej?

-jak DNA w ludzkiej komórce jajowej kieruje rozwojem człowieka?

-jak skonstruowane są zwierzęta i jak działają ich komórki?

Oczekuje się, że: podobieństwo genów różnych organizmów wspólne pochodzenie ewolucyjne ten sam mechanizm molekularny wkrótce przyniosą odpowiedź i wyjaśnią wątpliwości

specyficznośc drobnoustrojowej komórki eukariotycznej na przykładzie drożdży

-komórki drożdży maja osłony, a na nich: fimbrie oraz struktury aglutynino-podobne odpowiedzialne za oddziaływania:

komórka - komórka

komórka – substrat

-komórki drożdży posiadają mikrociała: peroksysomy i glioksysomy:

Są one kompartymentem granicznym, pełnią funkcję enzymatyczną w metabolizmie źródeł C i N; zawierają enzymy beta-oksydacji, cyklu glioksylanowego, dehydrogenazy, aminotransferazy, transketolazy; w błonach mikrociał istnie elektrochemiczny gradient generowany ATP-azą – co sugeruje uczestniczenie w transporcie przez błony; nie powstają w retikulum endoplazmatycznym, lecz w polisomach cytozolowych, skąd SA przenoszone potranslacyjnie

obraz komórki drożdży rozszczepkowych Schizosaccharomyces pombe uzyskany techniką tomografii elektronowej, obrazuje architekturę cytoszkieletu i jego interakcje z innymi organellami w komórce

-zielony- błona komórkowa, mikrotubule i częśc wakuoli

-złoty- jądro oraz niektóre wakuole i pęcherzyki

-niebieski- mitochondria i cz. pęcherzyków

-rózowy- pozostałe rodzaje pęcherzyków

Mapa mikrotubul, pokazuje ich iloś, biegunowoś oraz połącenia; cytoszkielet wpływa ma pozycję mitochondriów w komórce, a także na ich kształt; mikrotubule nie biora udziału w transporcie pęcherzyków po komórce, przypuszczalnie w transporcie zaangażowana jest aktyna

komórka eukariotyczna- roślinna

komórka roślinna i jej specyficzność:

Ogólne aspekty specyficzności:

-specyficzność kom. roślinnej wynika z potencjału prowadzonej fotosyntezy

-permanentne utrzymywanie komórek embrionalnych – merystemów, z których mogą rozwijać się komórki wszystkich rodzajów

-zewnętrzna ściana komórkowa, której funkcja jest stabilizacja mechaniczna

-system komunikowania – komórka w postaci plazmodesmów lub lektyn

budowa chloroplastu

Zewnętrzne struktury komórki roślinnej:

- w w-wie zewnętrznej ściany kom. obecne są makromolekuły odpowiedzialne za oddziaływania międzykomórkowe i adhezję:

pektyny i fitohemaglutyniny- di- lub multiwalentne białka o wysokiej specyficzności wiązania cukrów ( Rhizobium)

-zawierają co najmniej jedną domenę niekataliczną, która odwracalnie wiąże oligosacharydy

-struktury ściany: specyficzne mono- lub spolimeryzowane polisacharydy: celuloza, ligniny, pektyny, kutikula

ściana pierwotna - w komórkach rosnących i dojrzałych = ta cześć która uformowała się przed zakończeniem rozrastania się komórki

ściana wtórna - odkłada się na wewnętrznej powierzchni ściany pierwotnej, po zakończonym rozroście

blaszka środkowa - warstwa pektyny, która zlepia ściany pierwotne dwóch sąsiednich komórek

wakuole i mikrociała jako kompartyment

wakuole- są wydzieloną przestrzenią wypełnioną sokiem komórkowym, odgraniczoną tonoplastem, zawierają enzymy lityczne (odpowiednik lizosomów)

peroksysomy- mikrociała zawierające enzymy cyklu glioksalowego i oksydazę glikolanową zdolną do utleniania glikolanu powstającego w chloroplastach COOH-CH2OH

gliksysomy- mikrociała zawierające enzymy cyklu glioksalowego i inne do przekształcania lipidów w cukry (w nasionach oleistych); przy braku lipidów mogą być przekształcone do peroksysomów

wakuola peroksysom

tkanki roślinne:

zdolnośc różnicowania komórkowego wytworzyła różne komórki i tkanki: merystematyczną, okrywającą, zasadniczą (miękiszową i podporową), przewodzącą

plazmodesmy: -charakterystyczny dla roślin sposób wiązania się sąsiadujących komórek- cienkie pasmo cytoplazmy przechodzące przez pory w ścianie komórkowej, które umożliwiają komunikowanie się protoplastów sąsiadujących komórek

-przechodzą przez jamki proste i lejkowate (zagłębienia w ścianie wtórnej, o kształcie prostym lub lejkowatym).

+ rys. połączeń komórek w tkance, łyko przekrój podłużny, przekrój podłużny przez rurki sitowe

komórka eukariotyczna – zwierzęca

osłony komórkowe zawierają:

-antygeny błonowe, membrano-specyficzne

Są to łańcuchy oligosacharydowi reszt kwasu sjalowego (N-acetyloneuraminowego), które nadają ujemny ładunek, wiążą pozakomórkowe glikoproteiny i polisacharydy. Jest to najważniejszy czynnik odróżniający komórki.

Niektóre komórki np. epitelium jelita tworzą mikrokosmki zbudowane z glikokaliksu- siec filamentów przechodzących na zewnątrz błony plazmatycznej. zintegrowanych z glikoproteinami i glikolipidami błony.

kom. eukariotyczna jądro komórkowe

komórka nabłonka ( czerwona keratyna, zielone DNA)

W komórce eukariotycznej są dwa podstawowe przedziały:

-jądro komórkowe, które jest centrum informacyjnym

-cytoplazma jako układ wykonawczy tych informacji

Każdy z nich podzielony jest na mniejsze podukłady

Cytoplazma składa się z mikroskopowo amorficznej substancji

-macierzy cytoplazmatycznej (cytozolu), który jest koloidem białkowo- wodnym, w którym zawieszone są struktury błoniaste.

PROTOPLAST-pełna zawarto żywej komórki CYTOPLAZMA (pozajądrowe organelle komórkowe, CYTOPLAZMA BEZ ORGANELLIfaza wodna (80%) małe metabolity, FAZA BIAŁKOWA (20% macierz cytoplazmatyczna) CYTOSZKIELET MT,MF,IF SIEC MIKROTABEKUL MTL)

PROTOPLAST jądro komórkowe, chromatyna jądrowa, jąderko, macierz jądrowa

+ rys. ruchu organelli i pęcherzyków, rys. połączenia komórka-komórka (różne rodzaje)

kategoria połączenia	nazwa	główne właściwości
Barierowe (zamykające) (brak szczeliny między błonami)	styk zwarty połączenia zamykające:obwódka zamykająca, strefa zamykająca, plamka zamykajaca	integralne białka sąsiadujących błon powiązane ze sobą
II. Komunikacyjne(szczelina: 2nm)	połączenia szczelinowe; synapsa chemiczna	przestrzeń między błonami ok. 2 nm; w błonach – koneksony
III Mechaniczne (strefy przylegania) (szczelina: 15-35nm)	Desmosom pasowy;obwódka przylegania Desmosom dyskowy(plamkowy, punktowy);plamka przylegania	przestrzeń między błonami 15-25nm przestrzeń między błonami 22-35nm

połączenia zwarte, barierowe, zamykające (brak szczeliny)- utrzymują organy wewnętrzne, zapobiegają dyfuzji metabolitów

Neksusy (połączenia szczelinowe)- kanalik selektywnie przepuszczalne najbardziej uniwersalne, występują między komórkami wszystkich tkanek- przestrzeń między błonami 2nm

Desmosom pasmowy; połączenie mechaniczne (barierowe) szczelina 15-25nm

desmosom dyskowy- zatrzaski mechaniczne spinające zawierają płytki przylegania, szczelina 22-35nm (dominują w epitelium)

Kultury komórek eukariotycznych: roślinnych i zwierzęcych

Komórki roślinne i zwierzęce mają zdolność do wzrostu w hodowli

-roślinne w zawiesinie

-zwierzęce w mono- lub wielowarstwie na podłożu

I etap- otrzymanie pojedynczej komórki: enzymatyczne lub mechaniczne z eksplantatów kallusa lub protoplastu (rośliny)

-z niezróżnicowanych komórek fibroblastów lub guza-tumor (zwierz.)

II etap – wymagania:

komórki roślinne w kulturze: nie są zdolne do fotosyntezy (heterotroficzne)

-wymagają źródła C i N np. sacharozy i soli amonowej

-są heterogenne wielkością i kształtem

-wymagają organicznych i nieorganicznych źródeł C i N

-surowicy zawierającej czynniki wzrostu

-powierzchni do której mogą przylegać

-fibronektyny – białek adhezyjnych

Po adhezji do powierzchni, spłaszczają się i nie mogą migrować; komórki zawarte w 1 warstwie nie migrują= inhibicja kontaktowa

III etap starzenie się kultury – komórki przestają rosnąc i dzielić się (fenomen czasu życia komórki)

Transformowane komórki do nowego podłoża są potencjalnie zawsze gotowe do tworzenia nowych linii komórkowych

-nie wykazują inhibicji kontaktowej

-nie są zależne od białek adhezyjnych

ORGANIZACJA CYTOPLAZMY KOMÓRKI EUKARIOTYCZNEJ pojęcia macierz i cytoszkielet macierz zewnątrzkomórkowa (extracellular matrix) [ECM]- białka kolagenowe i niekolagenowe glikoproteiny, zanurzone w uwodnionym żeli polisacharydowym. Wydzielane są przez komórki tkanki łącznej (fibroblasty, chondroblasty, osteoblasty i odontoblasty) na zewnątrz komórki

macierz błonowa (membrane matrix)[MM]- Odrębny cytoszkielet błonowy jako czwarty system włóknisty komórki, oparty głównie na spektrynie i latrynie oraz wielu innych białkach

macierz cytoplazmatyczna [CM]- jest to rozprzestrzeniona w cytoplazmie niejednorodna siec włókien białkowych, w której można wyodrębnic cytoszkielet oraz mikrotabekularną siec przestrzenna MTL

macierz jądrowa (nuclear protein matrix) [NPM]- niechromatynowa pozostałośc izolowanych jąder komórkowych. Podczas mitozy, struktura szkieletowa jądra interfazowego, tworzy w chromosomie metafazowym, centralny chromosomowy szkielet pozbawiony histonów

CYTOSZKIELET

-białka: MT, MF, IF pełnią funkcje szkieletu i „mięsni” komórkowych. Odpowiedzialne są za” różnorodny kształt, skoordynowane ruchy powierzchniowe, ruch wewnątrzkomórkowy, transport organelli, separację chromosomów, rozdzielenie komórek potomnych

+ rys schematu drogi przekazywania sygnałów z macierzy zewnątrzkomórkowej do macierzy jądrowej

jądro komórkowe

-Otoczone jest podwójną błoną

-stanowi kompartyment, w którym zawarta jest informacja genetyczna

-informacja z jądra komórkowego przekazywana jest na 2 poziomach: 1) z DNA do RNA i dalej do białka-czyli wywiera wpływ na metabolizm i funkcji komórki, 2) w procesie mitozy lub mejozy przekazuje informacje do następnych pokoleń komórek

Pozycję jądra w komórce utrzymują filamenty pośrednie:

-przebiegają od powierzchni jądra do błony plazmatycznej

-od jednego połączenia międzykomórkowego do drugiego

-w obrębie otoczki (blaszki) jądrowej w nukleoplaźmie tworzą karioszkieletową siateczkę

+ rys. schemat frakcjonowania jąder komórkowych wątroby

Budowa jądra interfazowego

dwa główne składniki

- otoczka jądrowa- podwójna błona, kompleksy porowe (porosom)

-nukleoplazma chromatyna, jąderko (a), macierz (matriks) jądrowa, obszar międzychromatynowy

Jądro jest organellą, która cyklicznie może zmieniać strukturę

-podczas cyklu podziałowego z chromatyny wyodrębniają się chromosomy, a otoczka jądrowa ulega rozpadowi

-po zakończonym podziale procesy odwrotne odtwarzają strukturę potomnych jąder interfazowych