Biologia komórki wykład 1

teoria komórkowa : wszystkie org. zywe zbudowane sa z kom., ktore sa ich podstaw. jednostkami strukturalnymi i funkcjonalnymi. Komórki : małe, otoczone błoną, wypełnione stęzonym wodnym roztworem zw. chemicznych, zdolne do tworzenia swoich kopii poprzez wzrost i podział.
przepływ inf. gen. : dna(genom)--->transkrypcja--->RNA(transkryptom)--->translacja--->białko(proteom).to wszystko to ekspresja genów,
komórki dzielą się na eukariotyczne(zwierzeta, rosliny,drobnoustroje) i prokariotyczne(archeony i bakterie).molekularny skład komórki : 70% czast, h2o, 15% białko - 3 rodzaje rrna, 60 tRNA, 1000 mRNA, 3% monomery i polimery sacharydów, 2% aminokwasy i nukleotydy, 1,4% lipidy, 1%jony nieorganiczne, 1%dna.

makromolekuralny skład kom. e.coli :
1)sztywna ściana kom. : sacharydy lipidy i białka,
2)błona plazmatyczna, półprzepuszczalna, : lipidy, białka, enzymy ł.oddechowego i fosforylacji oksydacyjnej,
3)koliste dna połączone z błoną przez mezosomy,
4)Rybosomy, każdy zbudowany z 55 rodzajów białek i 3 rodzajów rRNA,
5)rozpuszczalne w h20 związki małocząsteczkowe, tRNA, enzymy,

hierarchia molekularnej org. komórki :
5.organelle, struktury subkomórkowe : jądro, mitochondria, chloroplasty,

4.struktury nadcząsteczkowe : kompleksy enzymów, rybosomy, układy kurczliwe,

3.makromolekuły : kwasy nukleinowe, białka, polisacharydy, lipidy,

2. cząsteczki budulcowe : mononukleotydy aminokwasy cukry proste kwasy tłuszczowe

1.intermediaty, metabolity ryboza a-ketokwasy pirogronian octan,
pośrednie malonian,

0. czast. Prekursorowe ze środowiska co2, h2o, n2,

kształty kom. Prokratiotycznych : ziarniaki, laseczki, pałeczki, krętki, stylikowe, maczugowate, prątki, nitkowate, strzępki, wrzecionowate, beczółkowe, śluzowe, pleomorficzne,

kom. prokariotyczna : bez jąder kom. : bakterie właściwe gram+ i gram-, cyjanobakterie(sinice), mikoplazmy i archebakterie,

1)brak osłonki jądrowej oddzielającej materiał genetyczny od cytoplazmy,
2)brak organelli wewnatrzkom.
3)gruba ściana kom.

Ogólne cechy prokariotów : org. Jednokom,. Ze zróżnicowanymi procesami chemicznymi, wystepuja w różnorodnych srod. Oraz w liczbie przewyzszajacej wszelkie inne org. Zyja w warunkach tlenowych lub beztlenowych.
W ewolucji mitochondria powstały przez wnikniecie bakterii tlenowej do beztlenowej prakomórki eukariotycznej , zatem można uznac ze nasz metabolizm tlenowy oparty jest na aktywności komorek bakteryjnych,
Bakterie : mogą zyc w każdych warunkach, zrodlem pożywienia mogą być : zw. Org lub nieorg. , woda a także co2 i N z powietrza, siarka i fosfor z minerałów. Rozmnażają się przez podział, niektóre maja zdolność do fotosyntezy, czyli czerpią energie ze światła słonecznego. Bakterie sa patogenami : Thermatoga, fawobakterie, bakterie purpurowe, b. gram+ i -, bakterie zielone. Często są saprofitami : Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus,

Archeony : zyja w srod. Wrogim dla innych : o wys. Zasoleniu, silnie kwaśnym, zasadowym, w gorących źródłach wulkanicznych, w beztlenowych osadach dennych, poniżej wiecznej zmarzliny Antarktydy. Warunki życia archeonów przypominają pierwotne warunki na Ziemi.

Struktury kom. Prokariotycznej
1) cytozol : nukleoid, rybosomy, białka cytoszkieletowe, materiały zapasowe, magnetosomy, karboksysomy i enterosomy, pirelulosomy i anamoksosomy, wakuole gazowe, systemy wewnatrzcytoplazmatycznych błon,
2)osłony bakteryjne : błona cytopazmatyczna, ściana kom. bakterii gram+ i -, błona zewnetrzna bakterii gram-, warstwa S, białka amyloidalne, otoczkii bakteryjne,

3)struktury zewnątrzkomórkowe : rzęski, fimbrie, celulosomy, pęcherzyki błonowe, fibryle,
4) formy przetrwalne : przetrwalniki, endospory, inne
5) wielokomórkowe społeczności bakteryjne : biofilmy (błony biologiczne)

CYTOZOL - zawartość wnętrza komórki poza nukleoidem to cytoplazma, jest to miejsce przebiegu procesów enzymatycznych i genetycznych, w cytoplazmie wystepuja struktury : nukleoid, rybosomy, cytoszkielet, mezosomy (chromatofory), inkluzje, inne,
chromosom bakteryjny = genofor, plazmidy – samodzielne cząst. DNA, koliste lub liniowe, które samodzielnie replikują, determinują one odporność na antybiotyki, wytwarzanie bakteriocyn i inne cechy,

NUKLEOID - struktura zawierająca upakowany DNA – podwójna nić skręcona spiralnie i koliście zamknieta, bezpośrednio zawieszona w cytoplazmie. Chromosom bakteryjny zorganizowany jest w ok. 50 domen (pętli), których końce przytwierdzone sa do rusztowania białkowego : HU, HN-S (białka histonopodobne), mRNA,

RYBOSOMY – skladaja się z 60-80% z RNA oraz 20-40% z białka, ich ilość to 5-50 tys. W kom. Wystepuja pojedynczo lub w skupiskach (polisomy), tym więcej im szybszy wzrost kom.

CYTOSZKIELET – zbudowany z białka FtsZ – wlokna wrażliwe na temp. Które sa uniwersalnym białkiem cytoszkieletowym prokariota. Białko to jest bakteryjnym homologiem tunuliny, montuje profilamenty i struktury podobne do mikrotubul, bialko to tworzy pierscien Z, który kurczac się zaciska blone przy powstawaniu przegrody podziałowej kom. , cząsteczki FtsZ ulegaja ciaglej wymianie, 60-70% tego bialka krąży po helikalnych torach wewnątrz kom. , strukturę pierścienia stabilizują bialka ZipA i FtsA, które sa niezbędne do przyłączenia kolejnych, np. FtsK
-białko NOC odpowiada za okluzję nukleoidu, zapobiega tworzeniu pierścienia w miejscu nukleoidu,
białko MreB ma strukturę podobna do aktyny drozdzy, in vitro w obecności ATP tworzy filamenty.MreB jest konieczne u bakterii o kształcie cylindrycznym;brak go w kom. Kulistych, regulują syntezę i autolize mureiny,
-o lokalizacji pierścienia Z w kom. Decydują bialka systemu Min:C, D, E. In vivo tworza helikalne sznury od bieguna do bieguna. są to struktury dynamiczne, uczestniczą w podziale kom. Determinują jej kształt, pelnia funkcje centromeru.
-ParM to bialko wspolpracujace z białkami podobnymi do aktyny F, MbI, i MreBH.
Aktyna i tubulina mają odmienne działanie i funkcje u org. Pro- i eukariotycznych.
-u eukariota aktyna tworzy pierscien cytokinetyczny a tubulina wlokna wrzeciona mitotycznego
-u bakterii odpowiadające tubulinie bialko FtsZ tworzy pierscien cytokinetyczny ,a podobne do aktyny bialko MreB uczestniczy w segregacji DNA
-poprzez uczestnictwo w syntezie mureiny bialka cytoszkieletowe bakterii okreslaja kształt komórki
- u bakterii wykazano tez obecnośc bialek o domenowej strukturze i wlasciwosciach fizycznych odpowiadających filamentom pośrednim – krescentyna CreS

INKLUZJE I MATERIAŁY ZAPASOWE – w kom. mogą być odkładane : polisacharydy, polipeptydy, lipidy, polifosforany, siarka,
Nagromadzenie tych zwiazkow zachodzi wtedy, gdy w podlozu sa składniki potrzebne do ich syntezy, ale jednocześnie wzrost kom. Jest ograniczony lub zatrzymany przy deficycie jakiegoś składnika odżywczego, np. N, S, P,. Są osmotycznie nieczynne ale mogą być wlaczone do metabolizmu.

Polisacharydy :
-glikogen(granuloza) – odkładany w postaci granul, rozproszony lub jako obłonione inkluzje co jest cechą gatunkową
-poliglukoza – polimer glukozy zwiazany wiązaniami beta, odkladana przy jednoczesnym dostępnie do weglowodanow i aminokwasow Glu lub Lys
-inne polisacharydy bakteryjne : ksantan, alginian, dekstran, kurdlan,
-polisacharydy grzybow : skleroglukan (rozpuszczalny, pseudoplastyczny, stosowany do farb,tuszy, środków ochrony roślin
pullulan (tworzy mocne, elastyczne powłoki, nieprzepuszczalne dla tlenu)
KSANTAN – jest glukanem z trisacharydowymi łancuchami bocznymi. Stabilizuje, żeluje, reguluje lepkość, subst. Zagęszczaj.
GELAN – subst, zagęszczająca , wytwarzany przez fitopatogeny Sphingomonas elodea
ALGINIAN – stosowany w farmacji do opatrunków,zbud. Z kwasu beta-d-mannuronowego i alfa-l-guluronowego, wytwarzany przez glony i bakterie Azotobacter vinelandi, A.chroocoocum,Pseudomonas,tworzy elastyczny żel gdy przeważa kwas mannuron. Oraz kruchy i mocny gdy przewaza kwas guluronowy
DEKSTRAN – wykorzystywany jako substytut plazmy krwi, alfa-glukan z przewagą wiązań alfa-1,6
Niektóre bakterie gram+ wytwarzają otoczki peptydowe

Lipidy :
-kwas poli-B-hydroksymasłowy (PHB) produkowany przez bakterie Curpividus necator, zbudowany z długich łańcuchów reszt kwasu B-hydroksymasłowego. Polihydroksykwasy tłuszczowe mają właściwości termoplastyczne, co jest wykorzystywane w produkcji biodegradowalnych mas plastycznych.
-poli-B-hydroksyalkaniany (PHA)
-triacyloglicerole (TAG) – magazynowane są w wodniczkach u drożdży i innych grzybów
Polipeptydy : odkładają sinice w postaci nieobłonionych ziaren cjanoficyny. Zbud. z Arg i Asp,stanowią zapas C,N,energii
Polifosforany :żródło energii, P nieorganicznego, chelator metali Mg i Ca,regulator gosp. Fosforanowej, odkładane w postaci nieobłonionych ziaren, tworzą długie łańcuchy – 500 reszt fosforanowych, metafosforany tworzą formy cykliczne. Wewnątrz ziaren polifosforanu jest glukokinaza polifosforanowa . Ziarna nazywane są : -wolutyną lub – ciałami metachromatycznymi –niektóre barwniki wybarwiają je co daje zjawisko metachromazji, np. blekit toluidynowy na różowo a reszte kom. Na niebiesko. – aksydokalcysomy –organelle zlozone z polifosforanu i pirofosforanów w kompleksach z wapniem i innymi pierwiastkami, w bud podobne do wolutyny,ale otoczone błoną o silnie kwasowym charakterze
Siarka – fototroficzne bakterie siarkowe, tlenowe i beztlenowe chemotrofy odkładają globule siarki która powstaje po wykorzystaniu jej zredukowanych form (h2S) jako zrodla elektronów. Globule mogą być odkładane prze bakterie utleniające siarke : - pozakomórkowo przez bakterie zielone i purpurowe oraz wewnątrz komórkowo przez Chroatiaceae w cytoplazmie lub peryplazmie (wówczas jest ona obloniona). Siarka nagromadzana przez bakterie w globulach wystepuje w co najmniej 3 formach : 8-atomowe cząst. Pierścieniowe S8-oktasiarka u Beeggiatoa, politioniany lub łańcuchy o min. Długości 3 atomów, W warunkach niedoboru zredukowanej siarki globule znikają a zawarta w nich siarka utleniana jest do siarczanów. Dla bakterii tlenowych utleniających h2S siarka jest zrodlem energii a dla beztlenowych jest zrodlem elektronów.
Magnetosomy – pęcherzyki wypelnione magnetytem – Fe3O4 ulozone wzdłuż dluzszej osi komórki, ma bud. Krystaliczną otoczony dwuwarstwą lipidową. Głównym fosfolipidem błony jest fosfatydyloetanoloamina. Wiekszość białek tej błony wystepuje w blonie cytoplazmatcznej oprócz : GTP-aza, Mms 16, Mms 6, Mam 22,. Białka te uczestniczą w : transporcie żelaza , tworzeniu magnetytu, morfologi magnetosomu. Magnetosomy wystepuja u bakterii gram- zdolnych do ruchu chemotaktycznego.Działają jak igła biologicznego kompasu, dzięki czemu kom. mogą migrować wzdłuż linii pola elektromagnetycznego Ziemii, w kierunku odpowiedniego bieguna.

KARBOKSYSOMY I ENTEROSOMY – ciałka inkluzyjne wypełnion enzymami karboksylazą /oksygenazą rybulozo-1,5-bifosforanową(rubisco) u sinic i bezwzględnych chemoautotrofów. przekrój-sześciokąt, otoczone jednowarstwową osłoną białkową, enzym składa się z 8 małych i 8 dużych podjednostek, związany z kilkoma białkami, z których niektóre tworzą osłonkę, a jedno ma aktywność anhydrazy węglanowej. Rola ich jest niejasna, może stanowią rezerwę enzymów cyklu Calvina , przy niedoborze co2 ich liczba zwiększa się. Podobne ciałka u Salmonella nazwano enterosomami – zawierają dehydratazę diolową – enzym kluczowy w katabolizmie propanodiolu. U e.coli zawierają liazę amoniową. Rola ich również jest niejasna, może wiążą toksyczne pochodne lub chronią enzym przed tlenem, hamującym jego aktywnośc.

SYSTEMY CYTOPLAZMATYCZNYCH BŁON

MEZOSOMY,CHROMATOFORY- kuliste lub owalne struktury, o bud. Warstwowej – lamelarnej = lamelle, wystepuja u Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrosococus. Chromatofory bakterii purpurowych tworzą struktury : rurkowate, blaszkowate, pęcherzykowate.wyst, u bakterii fotosyntet,zawierają barwniki absorbujące swiatło : chlorofil bakteryjny, karotenoidy, przenośniki elektronów, układ fosforylacyjny. Powstają przez wpuklenia błony cytoplazmatycznej – inwaginację, mieszczą się w błonach wewnatrzcytoplazmatycznych ICM, stanowią centrum procesów fotosyntezy, mezosomy to wpuklenia błony cytoplazmatycznej bakterii, tworzącymi błony wewnatrzcytoplazmatyczne o strukturze : blaszkowatej, rurkowatej, pęcherzykowatej, mogą być miejscem replikacji DNA, wyspecjalizowanych reakcji enzymatycznych, centrum energetycznym, uczestniczą w tworzeniu blon poprzecznych przy podziale, uczestniczą w rozdziale nukleoidów po podziale,

PIRELULOSOMY I I ANAMOKSOSOMY – systemy wewnatrzkom. Błon,które dziela kom na przedziały, a ich nazwy pochodzą od bakterii u których wystepuja.przedstawicielami Planctomycetes tlenowych chemoorganotrofów nie wytwarzających mureiny są : Isosphaera pallida i Pirellula marina, przedziały kom. tych bakterii obejmują : białkową ścianę kom, blone cytoplazmatyczna, paryfoplazmę, blone wewnatrzcytoplazmatyczna ICM, ryboplazmę. Cały przedział wewnętrzny otoczony ICM nazwano pirelulosomem. U Gammata utleniających amoniak do n2 nukleoid znajduje się w ryboplazmie, otoczona błoną czesc centralna nazywa się anamoksosomem, wewnątrz niego utleniany jest amoniak, jego błona AM zawiera nietypowe lipidy pierścieniowe – lipidy laderanowe.

WAKUOLE GAZOWE – nadają kom pławność, wyst u bakterii wodnych, skadaja się z pecherzykow gazowych, których sciany zbbydowane sa z białek hydrofobowych, które przepuszczają gazy. Napiecie powierzchniowe po stronie wewnętrznej nie przepuszcza wody.

OSŁONY BAKTERYJNE

BŁONA CYTPLAZMATYCZNA – błona kom która ściśle otacza cytoplazmę i odgradza wnętrze kom. od sciany kom., jest przegroda wybiorczo-polprzepuszczalna, która kontroluje wymiane subst. Z otoczeniem, trójwarstwowy kompleks lipidowo-bialkowy, z białkami zanurzonymi w 2 warstwach lipidów. Funkcje błony : transport pierwiastków, subst odzwyczych i produktów metabolizmu, (dyfuzja prosta i ułatwiona, transport aktywny). W błonie cytoplazmatycznej bakterii funkcjonuje łańcuch oddechowy, zachodzi synteza ATP, syntezowane sa składniki sciany kom. , otoczek i egzoenzymów, znajduje się tam centrum replikacji DNA, zakotwiczone sa rzeski,

ŚCIANA KOM. – zewnetrzna osłona kom. , strefa kontaktu ze środowiskiem, elastyczna, nadaje kształt, przepuszczalna dla soli i subst. Drobnocząsteczkowych, najbardziej złożona i chemicznie i strukturalnie czesc kom. , wystepuje tam peptydoglikan mureina który jest skieletem podporowym.