Komórka eukariot. Jądro kom. Upakowanie chromatyny, dna
KOMÓRKA EUKARIOTYCZNA Jest otoczona błoną komórkową, nie ma ściany komórkowej. Posiada jądro osłonięte otoczką oraz liczne, wyodrębnione organelle wewnątrzkomórkowe.

1.BŁONA KOMÓRKOWA -Otacza protoplast; kompleks lipidowo- białkowo- cukrowy; od zewnątrz pokryta mukopolisacharydową błoną podstawową -reguluje transport- licznie białka kanałowe moderują transport jonów i metabolitów „z” i „do” komórki -bariera dyfuzyjna -zawiera skałdniki interakcji międzykomórkowej: a. powierzchniowe białka receptorowe- zapewniają rozpoznawanie i łączenie w zespoły b. swoiste białkowe receptory w błonie- rozpoznają i wiążą specyficzne cząsteczki sygnalizacyjne, np. hormony

2.CYTOSZKIELET -Określa kształt i wielkość komórki, obejmuje 1/3 masy komórki -mikrofilamenty u roślin i zwierząt są w błonie cytoplazmatycznej, cytozolu i nukleoplazmie ( podczas podziału komórkowego) -mikrotobule- tworzą cienkie włókna, których funkcją jest transport wewnątrzkomórkowy -filamenty pośrednie- sieć przenikająca integrujące wnętrze komórki

3.RÓŻNICOWANIE Jest odpowiednie dla tkanek i funkcji specjalistycznych. -Podstawowe typy tkanek u zwierząt: nabłonkowa, łączna, mięśniowa, nerwowa -podstawowe typy tkanek u roślin: merystematyczna, okrywająca, zasadnicza(miękiszowa i podporowa), przewodząca -konsekwencją różnicowania jest występowanie nie wszystkich organelli w komórkach specjalistycznych

4.EGZOCYTOZA I ENDOCYTOZA Egzocytoza- wydzielanie Endocytoza- przyjmowanie różnych substancji odżywczych; odbywa się przez specjalne błony otaczające protoplast.

5.PRZEDIAŁY KOMÓRKOWE- KOMPARTMENTY Powstają przez : wpuklenie błony lub tworzenie pęcherzyków i cystern. Kompartmenty to oddzielone membranami miejsca w komórce, wyposażone w składniki do spełniania specyficznych funkcji. KOMPARTMENTY: 1.Jądro komórkowe- magazynowanie i powielanie informacji genetycznych; replikacja DNA i transkrypcja RNA 2.Cytozol- procesy związane z metabolizmem pośrednim 3.Siateczka śródplazmatyczna- synteza białek i lipidów błon

4.Aparat Golgiego- kontrola glikozylacji, sortowanie produktów syntezy, modyfikowanie białek eksportowych. Razem z siateczką sródplazmatyczna pełni funkcje: wydzielniczą, sortującą, transportową i syntetyczną(białka i lipidy błon). 5.Mitochondria i chloroplasty- synteza ATP, fotosynteza, utlenianie cukrów, lipidów i aminokwasów. 6.Lizosomy- degradacja obumarłych struktur i uczynnianie zablokowanych metabolitów. 7.Mikrociała- udział w procesach utleniania i rozkładu zbędnych substratów(np.H2O2) Kompartment może być organellem (np. jądro) lub nie; polisomy są organellami, ale nie kompartmentem.

6.MACIERZ CYTOPLAZMATYCZNA (CM) Rozprzestrzeniona w cytoplazmie niejednorodna sieć włókien białkowych, w której można wyodrębnić: cytoszkielet i mikrotabekularną siec przestrzenną MTL.

7.MACIERZ JĄDROWA (NPM) Jest to niechromatynowa pozostałość izolowanych jąder komórkowych. Podczas mitozy, struktura szkieletowa jądra interfazowego tworzy w chromosomie metafazowym centralny, chromosomowy szkielet pozbawiony histonów.

8.MACIERZ BŁONOWA (MM) Odrębny cytoszkielet błonowy jako czwarty system włóknisty komórki, oparty głównie na spektrynie i klatrynie oraz wielu innych białkach.

9.MACIERZ ZEWNĄTRZKOMÓRKOWA (ECM)Białka kolagenowe i niekolagenowe glikoproteiny, zanurzone w uwodnionym żelu polisacharydowym. Wydzielane są na zewnątrz komórki przez komórki tkanki łącznej: fibroblasty, chondroblasty, osteoblasty, odontoblasty.

10.CYTOSZKIELET Tworzą go białka: -MT- mikrotubul -MF- mikrofilamentów -IF- filamentów pośrednich

które pełnią funkcję szkieletu i „mięśni” komórki. Odpowiedzialne są za: różnorodny kształt, skoordynowane ruchy powierzchniowe, ruch wewnątrzkomórkowy (transport organelli, separację chromosomów, rozdzielanie komórek potomnych).

11.HODOWLE(KULTURY)KOMÓREK EUKARIOTYCZNYCH: Komórki roślinne i zwierzęce mają zdolność do wzrostu w hodowli. Roślinne w zawiesinie a zwierzęce w mono- lub wielowarstwei na podłożu- suport. ETAP I Otrzymywanie pojedynczej komórki : eznyzmatycznie lub mechanicznie; z eksplantantów kallusa lub protoplastu (rośliny); z niezróżnicowanych komórek fibroblastów lub guza- tumor (zwierzęce). ETAP II- WYMAGANIA -Komórki roślinne w kulturze : nie są zdolne do fotosyntezy (heterotroficzne); -wymagają źródła węgla i azotu, np. sacharozy i soli amonowej -są heterogenne- wielkością i kształtem. Komórki zwirzęce: -Wymagają organicznych i nieorganicznych źródeł węgla i azotu -surowicy zawierającej czynniki wzrostu, -powierzchni do której mogą przylegać -fibronektyny- białek adhezyjnych -po adhezji do powierzchni, spłaszczają się i mogą migrować -komórki zawarte w jednej warstwie nie migrują= inhibicja kontaktowa II ETAP Starzenie się kultury- komórki przestają rosnąć 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.

12. ORGANIZMY MODELOWE

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

Posłużyła jako model w biologii molekularnej. Z łatwością można ją hodować poza organizmem, szybko rozmnaża się. 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, tj. replikacja czy kod genetyczny, które przebiegają podobnie u wszystkich organizmów. II.DROŻDŻE Saccharomyces cerevisiae- jako przykład komórki eukariotycznej drobnoustrojowej

Drożdże piekarnicze są małym, jednokomórkowym grzybem, blisko spokrewnionym z roślinami i zwierzętami. Mają sztywną ścianę komórkową, 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 komórkach eukariotycznych , np. cykl podziałów komórkowych- procesy, które prowadzą do podwojenia jądra i wszystkich składników, a następnie ich rozdziału do dwóch powstających komórek potomnych .III.ARABIDOPSIS THIALIANA- rzodkiewnik pospolity (chwast) jako roślina modelowa

Rośliny wytworzyły wielką różnorodność- 300 tysięcy gatunków. W ewolucji rozdzieliły się 1,5 miliarda lat temu ze zwierzętami i grzybami. Rzodkiewnik pospolity jest małym chwastem, zalicza się do roślin kwiatowych, które dominują w ekosystemie lądowym. W warunkach szklarniowych w ciągu 8-10 tygodni wytwarza tysiące siewek. Poznano już genom tej rośliny, który składa się z ~ 110 mln par zasad( 8 razy więcej niż u drożdży). Geny zbadane u rzodkiewnika mają swoje odpowiedniki u wszystkich roślin lądowych, w tym uprawnych. Badania rzodkiewnika pospolitego koncentrują się wokół : genetyki, biologii molekularnej, ewolucji roślin, procesów rozwoju i fizjologii roślin uprawnych, od których zależy życie zwiarząt.IV.OWAD- MUSZKA OWOCOWA- Drosopohila melanogaster. Już 80 lat temu badania tej muszki dały podwaliny genetyki klasycznej. „Geny są jednostkami dziedziczenia znajdującymi się w chromosomach.” Aktualne badania muszki owocowej dotyczą mechanizmów genetycznych leżących u podstaw rozwoju zarodkowego i larwalnego.V.NICIEŃ KORZENI ROŚLIN UPRAWNYCH- Ceanorhabditis elegans Składa się z 959 komórek, jego genom zawiera 19 000 genów, 97 mln par zasad. 70% ludzkich białek ma odpowiedniki u nicienia, może być więc modelem w badaniach procesów zachodzących u człowieka. Badania rozwoju nicieni, umożliwiły zrozumienie programowej śmierci komórki- apoptozy, która eliminuje zbędne komórki, co jest istotne w badaniach nowotworów. VI.SSAKI –Homo sapiens i mysz jako przedstawiciele świata zwierząt.Ssaki mają 2-3 razy więcej genów i ~25 razy więcej DNA w komórce oraz miliony razy więcej komórek niż muszka owocowa. Modelem w badaniach : genetyki, rozwoju, immunologii i biologii komórki są myszy. Linie komórkowe myszy o dowolnie skonstruowanych mutacjach genów 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.

1.JĄDRO KOMÓRKOWE Otoczone jest podwójna błona. Stanowi kompartment, w którym zawarta jest informacja genetyczna. Informacja z jądra komórkowego przekazywana jest na dwóch poziomach:

1.z DNA do RNA i dalej do białka – czyli wywiera wpływ na metabolizm i funkcje komórki

2.w procesie mitozy lub mejozy przekazuje informacje do następnych komórek potomnych. Pozycję jądra w komórce utrzymują filamenty pośrednie: -Przebiegają od powierzchni jądra do błony plazmatycznej -od jednego połączenia międzykomórkowego do drugiego -w obrebie otoczki (blaszki) w nukleoplazmie tworzą karioszkieletową siateczkę

BUDOWA JĄDRA INTERFAZOWEGO

Jądro jest organellem, który 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.
2.OTOCZKA JĄDROWA Składa się z dwóch koncentrycznych błon i przestrzeni miedzybłonowej.

Błona zewnętrzna- jest kontynuacja szorstkiego retikulum, wraz z rybosomami na powierzchni od strony cytozolu. B. wewnętrzna- charakteryzuje się występowaniem swoistych białek ~150

2.1.LAMINY- białka zaliczane do filamentów pośrednich Tworzą białkową wyściółkę otoczki jądrowej. Utrzymują kształt i strukturę jądra(w interfazie). Służą jako miejsca kotwiczenia chromosomów. W późnej profazie mitozy ulegają fosforylacji przez kinazy białkowe- w efekcie szkielet otoczki rozpada się. Po zakończeniu mitozy, w wyniku defosforylacji lamin odtwarza się struktura jądra potomnego. Z laminami współpracują inne białka. Występują w błonie wewnętrznej otoczki jądrowej : LAP 1, LAP 2, LBR, Emeryna. Oddziaływują z laminami z laminami, wiążą jądrowe laminy lub pętle chromatynowe z wewnętrzną błona otoczki jądrowej.

2.2.KOMPLEKSy POROWE(NPC) transport selektywny jądrowo-cytoplazmatyczny, w obie strony może być wykonywany przez ten sam kompleks. DO jądra- histony, białka reg. Polimerazy DNA i RNA, prekursory kwasów nukleinowych. Z jądra – kwasy rybonukleinowe i podjednostki rybosomów. Małe wchodzą swobodnie, Większe- sekwencja sygnałowa rozpoznawana przez białka przenośnikowe. Transport wymaga energii z GTP (białka Ran-GTP)

3.NUKLEOPLAZMA (chromatyna, jąderko, matrix jądrowa, przestrzeń międzychromatynowa)

3.1CHROMATYNA: st. Upakowania chromatyny. 1. Nukleosom. 146pz. Nawiniętych na rdzeń histonowy (oktamer histonowy) histony H2A H2B, H3, H4 2. Solenoid. Włókno o średnicy 30nm. Lewoskrętna helisa, 6-8 histonów na skret . stopien upakowania 40x. 3. Pętle albo domeny: włokna tworza pętle o średnicy 400nm pętle 10-100 pz połączone u podstawy z macierzą jądrową st. Upak-1700
Pętle chromosomowe: dł DNA- 100pz. Końce są unieruchomione przez oddziaływanie z białkowym kompleksem. W czasie podziału- w profazie – dalsza kondensacja(rozety), najwieksza w metafazie- 1200.
St. Kondensacji chromatyny- skondensowana- heterochromatyna, luźna- euchromatyna. Heterochromatyna – tandemowo powtórzone sekwencje, 10% chromosomu interfazowego, nie podlega ekspresji bo jest ścisle upakowana. Euchromatyna- są w niej rejony częściowo nieaktywne (tzw heterochromatyna fakultatywna) różny stopień rozproszenia zależy od aktywności transkrybcyjnej.
Poziomy upakowania DNA: I sznur koralików (nukleosomy 7x) II solenoidy (40x) III Pętle (1700) IV forma skondensowana (12000) ZMIANY STRUKTURY CHROMOSOMU UMOŻLIWIAJĄCE DOSTĘP DO DNA: zmiana struktury chromatyny, 1. Białka z ATP rozbijają a później na nowo odbudowują strukturę nukleosomów. (mitoza- nie działają aby zachować zwartość) 2. Odwracalne modyfikowanie białek histonowych: stabilność solenoidu, zmiana zdolności wiązania ich z innymi białkami, przekazywanie sygnałów.
Telomery- długie fragmenty DNA na końcach chromosomów, chronią przed degradacją i zapobiegają łączeniu się.
JĄDERKO: kompartment jądra komórkowego, synteza 45 S i pre-rRNA i jego dojrzewanie, składanie podjednostek rybosomów. Zawiera geny kodujące rybosomalny DNA. Enzym jąderkowy- polimeraza RNA klasy I
MATRIX JĄDROWA- pozostałość po izolowanych jądrach komórkowych, tworzy centralny metafazowy szkielet pozbawiony histonów. 3 el. Budujące: blaszka jądrowa, resztkowe jąderka i niechromatynowa sieć włóknista (RNP)/ Miejsce dojrzewania i transportu DNA. Białka macierzy: 1. Laminy ACDE. Mitoza- A i C- cytoplazma, B- zasocjowane z pęcherzykami błonowymi. 2. Nieliaminowe polipetydyny- interfazowa chromatyna, 3. Maryny DEFGH F/H- hydrofobowe- miejsce zaczepienia DNA, zakotwiczenie pętli chromosomowych.

OBSZAR MIĘDZYCHROMATYNOWY: kompartment jądrowy zawierający liczne struktury ziarniste i włókniste. Uczestniczy w transkrypcji i dojrzewaniu mRNA i jego transporcie do cytozolu. Ziarnistości- cząstki hnRNA- Speckles, skupisko czynników splicingowych, włokna- produkt transkrypcji hnRNA,
Aparat mitotyczny i mikrotubule; na początku mitozy cieć mikrotubul jest przeorganizowana we włókna wrzeciona: - centriole na biegunach (9tripletów) – cztery grupy mają układ dubletów- kinetochor- miejsce przyłączenia się do chromosomów. Włokna wrzeciona( ciągłe, chromosomowe, międzychromosomowe-widać w anafazie i telofazie, gwiazd astralne)