Bardzo podstawowa notatka z biologii. Należy uzupełnić ją o fagocytozę receptorową z klatryną, o transport jądrowy itp.

1. Teoria komórkowa – sformułowana w latach 1838–1839 teoria mówiąca, że wszystkie żywe organizmy są zbudowane z osobnych komórek. Schleiden w 1838 roku ustalił, że rośliny są zbudowane z komórek. W 1839 roku Schwann rozszerzył teorię komórkową na zwierzęta. Virchow, w 1860 roku stwierdził, iż kolejne komórki pochodzą od już istniejących.

Postulaty:

1. Wszystkie organizmy zbudowane są z jednej lub więcej komórek,

2. Komórka jest podstawową jednostką życia,

3. Wszystkie komórki powstają z już istniejących komórek

Komórki prokariotyczne i eukariotyczne mają różne rozmiary i kształty

1. komórka jajowa i plemnik, czy komórki bakterii, komórki nerwowe.

2. Rozwój mikroskopii umożliwił rozróżnienie kształtów i rozmiarów komórek, najdłuższy nerw w szyi żyrafy ma 3m, a jajo strusia 10cm

3. Wzrost komórki jest ograniczony ze względu na to, iż musi być w niej sprawny transport, musi posiadać odpowiednią powierzchnię błony cytoplazmatycznej, a stosunek objętości do powierzchni wynosić 3:1

Elementami podobnymi w komórce prokariotycznej i eukariotycznej są błona cytoplazmatyczna, cytoplazma i rejon jądrowy, stanowiące protoplast komórki, a wszystko poza protoplatem komórki uznaje się za martwe.

1. Woda

1. Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem np. H20+NaCl

2. Wytwarza napięcie powierzchniowe niezbędne roślinom, kohezja-wypukłe i adhezja-wklęsłe, wiązania wodorowe cząsteczek wody powodują powstawanie napięcia, dzięki polarności cząsteczek (przy tlenie ładunki ujemne, a przy wodorze dodatnie)

3. Posiada właściwości termoregulacyjne:

- drgania cząsteczek wody i zrywanie wiązań wodorowych powodują wzrost temperatury,

- woda jest cząsteczką polarną,

- woda posiada dużą pojemność cieplną, czyli potrzeba dużej energii do zerwania wiązań,

d) Właściwości krystalizacyjne i gęstość wody:

- dzięki swojej polarności woda posiada największą gęstość w 4*C,

- w 4*C nie zanika ruch, nie ma niektórych wiązań, dzięki czemu cząsteczki są bliżej niż wiązanie, możliwa jest krystalizacja wody, a wiązania wyglądają jak wiązania wodorowe,

- lód ma uporządkowane ułożenie – cząsteczki są maksymalnie oddalone,

e) Woda jest roztworem neutralnym o pH ok. 7.,

f) Woda jest środowiskiem chemicznym wielu reakcji

g) Woda umożliwia transport rozpuszczonych w niej substancji

3. Mikroskop świetlny wykorzystuje światło przechodzące przez specjalny układ optyczny składający się z zestawu soczewek optycznych.
Mikroskop optyczny może wykorzystywać światło naturalne, dostarczane do układu optycznego przez specjalne lusterko lub wykorzystywać sztuczne światło, którego źródło znajduje się zazwyczaj pod analizowaną próbką, żywą, bądź utrwaloną. Mikroskopy ze sztucznym źródłem światła bywają nazywane mikroskopami świetlnymi, większość profesjonalnych mikroskopów optycznych posiada jednak współcześnie możliwość pracy z użyciem światła naturalnego i sztucznego. Światło może padać na oglądany obiekt z góry – mówi się wtedy o odbiciowym mikroskopie optycznym. Światło może też padać na badany obiekt z dołu i przechodzić przez niego, co wymaga jednak aby obiekt był półprzezroczysty.
Mikroskopy optyczne mogą korzystać, ze zwykłego, niespolaryzowanego światła, lub korzystać ze światła spolaryzowanego. W tym drugim przypadku mówi się o polaryzacyjnym mikroskopie optycznym. Posługiwanie się światłem spolaryzowanym umożliwia obserwację wzrostu i zanikania kryształów i ciekłych kryształów.

1. Mikroskop kontrastowo-fazowy

Umożliwia skontrastowanie niebarwionych preparatów i obserwację żywych komórek, dzięki przesunięciu fazowemu. Przesunięcie fazowe jest to różnica miedzy wartościami fazy dwóch okresowych ruchów drgających. Dzięki mikroskopowi fazowemu jesteśmy w stanie ujrzeć przedmioty fazowe, które nie absorbują promieniowania elektromagnetycznego, a tylko zmieniają jego fazę.

1. Mikroskop polaryzacyjny

Jest wyposażony w dwa układy polaryzujące – polaryzator i analizator. Służy do badań ciał anizotropowych, czyli o uporządkowanej strukturze, załamujące płaszczyznę światła spolaryzowanego, wykorzystując światło spolaryzowane w cytofizjologii. Mikroskop polaryzacyjny umożliwia oglądanie obiektów krystalicznych w komórce np. w diagnostyce medycznej przy chorobach nerek.

1. Mikroskop interferencyjny Nomarskiego

Wykorzystuje interferencję dwóch lub więcej wiązek świetlnych, różniących się od siebie opóźnieniem w fazie, dając wysoki kontrast. Wartość opóźnienia w fazie jest proporcjonalna do suchej masy oglądanego przedmiotu np. suchej masy komórki.

1. Mikroskop fluorescencyjny

Źródło światła od UV do niebieskiego. Służy do promieniowania materiału badanego.

- Fotoluminescencja-wtórny efekt świetlny wywołany przez światło.

- Fluorescencja – wtórne efekty świetlne trwające, dopóki światło pobudza te efekty.

- Fosforescencja – wtórne efekty świetlne trwające po ustaniu naświetlania.

- Fluorescencja pierwotna – gdy zdolność do absorpcji i emisji zachodzi dzięki pierwotnym barwnikom np. chlorofilowi (autofluorescencja).

- Fluorescencja wtórna – po zmianie barwnika np. dodanie fluorochromów.

- Barwniki fluorescencyjne:

*zielone: Cy2, fluresceina (wzbudzane niebieskim)

*czerwone: rodamina(wzbudzane zielono-żółtym),

*podczerwone: Cy5, Cy7, Alexa dyes(znakowanie przeciwciał),

*żółte: Cy3, Alexa 568

*oranż akrydynowy (AO)(dla DNA zielona fluorescencja, dla RNA czerwona)

Dzięki mikroskopowi fluorescencyjnemu:

- wykrywamy i badamy lokalizacje w komórkach i tkankach, znakowanie organelli,

- badamy zmiany wewnątrzkomórkowego stężenia jonów,

- diagnozujemy choroby przez badanie chromosomów,

- dzięki immunofluorescencji oznaczamy przeciwciała białek fuzyjnych.

1. Mikroskop konfokalny

Mikroskop konfokalny jest odmianą mikroskopu fluorescencyjnego i wykorzystuje laser jako źródło światła.

Zalety:

- lepsza ostrość obrazu,

- obraz w 3D po obróbce komputerowej,

- rejestracja wielobarwna,

- możliwa analiza kolokalizacji,

- możliwa rekonstrukcja w 4D,

Wady:

- w danej chwili możliwa jest obserwacja tylko jednego punktu preparatu,

- wysoka energia może powodować zmiany preparatu lub fluoroforów,

- fotobleaching – blaknięcie – maleje intensywność fluorescencji fluorochromu, spowodowana zwiększoną reaktywnością,

- fototoksycznośc – tworzą się rodniki tlenowe, które degradują struktury komórkowe, niszcząc je.

1. Porównanie komórki prokariotycznej z eukariotyczną

1. Porównanie komórki roślinnej i zwierzęcej

1. Budowa ściany komórkowej u roślin

Najbardziej zewnętrzną warstwą komórki roślinnej jest ściana komórkowa. Jest to składnik martwy (apoplast). Jej głównym składnikiem jest celuloza – cukier złożony, który jest zbudowany z wielu połączonych ze sobą cząsteczek glukozy. Mają one postać prostych i długich łańcuchów, są ugrupowane w wiązki nazywane mikrofibryllami.

Mikrofibrylle składają się nawet z 2 000 łańcuchów celulozowych. Mikrofibrylle celulozowe charakteryzują się specyficznym sposobem ułożenia, tworzą szkielet ściany komórkowej. Pomiędzy nimi znajdują się wolne przestrzenie wypełnione wodą i substancjami wypełniającymi.

Pierwotne ściany komórkowe otaczają młode komórki. Młode komórki, które są stosunkowo cienkie i elastyczne, a układ mikrofibrylli jest luźny i nieregularny. Wolne przestrzenie między mikrofibryllami są wypełnione wodą, pektynami, hemicelulozami i białkami. Pektyny są polisacharydami i oligosacharydami o zmiennym składzie. Hemicelulozy można podzielić na dwie grupy. Pierwsza grupa są to elementy podłoża ściany komórkowej, natomiast druga grupa hemiceluloz pełnią funkcję zapasowe w ścianie komórkowej. Białka to 5-10% masy ściany komórkowej. Wymienia się dwie klasy białek: białka strukturalne i enzymatyczne. Białka strukturalne tworzą ścianę komórkową. Białka enzymatyczne mają działanie modyfikujące na właściwości ścian komórkowych.

Wtórne ściany komórkowe otaczają starsze komórki. Komórki te są sztywne i znacznie grubsze od komórek ściany pierwotnej. Mikrofibrylle są ułożone w sposób regularny i ścisły. Tworzą trzy wyraźne warstwy. Warstwa zewnętrzna i wewnętrzna są stosunkowo cienkie, a środkowa jest najgrubsza. Wtórne ściany komórkowe mogą ulegać procesom drewnienia i korkowacenia.

Fukcjami ściany komórkowej są: nadawanie kształtu i sztywności, stanowiących szkielet, dzięki czemu rośliny mogą osiągać duże rozmiary, ochrona przed patogenami i uszkodzeniami, ograniczenie wzrostu komórek, w celu zachowania właściwej proporcji powierzchni do objętości.

1. Modyfikacje ściany komórkowej:

1. Inkrustacje – odkładanie związków chemicznych między elementy szkieletu celulozowego:

- mogą prowadzić do obumierania protoplastu

- związki inkrustujące:

Lignina – drewnienie (lignifikacja)-obumieranie protoplastu, u roślin wieloletnich jest ona korzystna,

Węglany, krzemiany, szczawiany – mineralizacja

1. Adkrustacje – wastwa ochronna na zewnątrz (pochodne wosku)

- korkowacenie – pokłady korka (suberyny), adkrystowanie suberyną – hydrofobowe

- kutynizacja – kutyna – pęd – ochrona przed wysychaniem – hydrofobowe

- woskowacenie – estry alkoholi IIIrz. I kwasów – wosk na liściach i owocach

- śluzowacenie – wydzielanie fragmentów węglowodanów – cykry wydalane przez rozkład celulozy, spowodowane patogenami,

- gumowacenie – proces patologiczny – zatykanie porów, brak wymiany gazów – grzyby pasożytnicze

1. Właściowości błon biologicznych:

• asymetryczność – każda warstwa ma inny skład i właściwości
• płynność i dynamiczność – lipy przemieszczają się wzdłuż błony (dyfuzja boczna) oraz w poprzek (ruch flip-flop –„koziołkowanie” z jednej warstwy do drugiej), im więcej cholesterolu tym mniejsza płynność błony
• wybiórcza przepuszczalność – tylko niektóre małe cząsteczki przenikają swobodnie przez błonę, inne transportowane są przez kanały białkowe lub białka przenośnikowe przy udziale ATP

Funkcje błony biologicznej:

• oddziela komórkę od środowiska
• zapewnia kontakt z otoczeniem
• zabezpiecza przed wnikaniem ciał obcych
• chroni przed działaniem czynników fizycznych i chemicznych
• bierze udział w odbieraniu i przewodzeniu sygnałów (bodźców)
• wytwarza potencjał elektrochemiczny (utrzymuje różnicę stężeń niektórych jonów)
• pośredniczy w biernym lub czynnym transporcie substancji
• uczestniczy w procesie wydzielania produktów komórki do otoczenia (egzocytoza) i pobierania substancji z otoczenie do wnętrza komórki (endocytoza)
• bierze pośredni udział w procesie przekształcania energii (jest miejscem przebiegu łańcuchu transportu elektronów w mitochondriach i chloroplastach)

1. Erytrocyt – model doskonały

- łatwo dostępny,

- nie posiada błon wewnętrznych – plazmolemma bez zanieczyszczeń,

- łatwe otrzymywanie i oczyszczanie,

- in site out – metoda odwróconych pęcherzyków, strona cytozolowa błony na zewnątrz

1. połączenia międzykomórkowe - połączenia występujące między komórkami, powstające przy udziale błony komórkowej oraz białkowych struktur cytoplazmatycznych. Zapewniają właściwe funkcjonowanie oraz integralność tkanek. Posiadają różną budowę w zależności od stopnia rozwoju tkanki, pełnionych funkcji i miejsca usytuowania w organizmie. Stąd rozróżnia się kilka odmiennych typów:

• połączenia mechaniczne

• połączenia zwierające - łączą związki aktyny w jednej komórce z podobnymi związkami w sąsiednich komórkach

  • desmosomy – białka łączące do desmogleina i desmokalina, płytka desmosomowa zbudowana jest z białek pośredniczących – desmoplakiny I i II oraz plaktoglobiny, element cytoszkieletu: filament pośrednie

  • połączenia przylegające – kadeheryny, kateiny, mikrofilamenty – komórki nabłonkowe

  • połączenia septalne – u bezkręgowców, przylegają na długich odcinkach równolegle, błony komórkowe są połączone kompleksem białek o strukturze drabinkowej, przestrzenie międzykomórkowe są selektywnie przepuszczalne

• połączenia asymetryczne

  • półdesmosomy (hemidesmosomy) - połączenie pomiędzy komórką nabłonka a jego podstawą

  • zagęszczenia subplazmolemalne

  • ogniska przylegania

• połączenia barierowe

  • połączenia zamykające- uszczelniają sąsiednie komórki w nabłonku zapobiegając przepływowi cząstek pomiędzy komórkami

  • połączenia przegrodowe (desmosom przegrodowy) - tylko u bezkręgowców

• połączenia komunikacyjne szczelinowe – neksusy - połączenia międzykomórkowe pozwalające na przechodzenie rozpuszczalnych w wodzie małych jonów i cząsteczek

1. Test ELISA - test immunoenzymatyczny. Wykorzystuje enzymy do wykrywania reakcji antygenów ze swoistymi przeciwciałami. Początkowo test ELISA wykorzystywany był jedynie do wykrywania przeciwciał zawartych w surowicy (np. test na HIV). Jednak za jego pomocą, można również analizować ilość antygenów w badanej próbce. Znalazł również zastosowanie w przemyśle spożywczym (przy wykrywaniu alergenów takich jak jajka, migdały, orzeszki ziemne), toksykologii oraz rolnictwie.
   
   Testy ELISA standardowo wykonywane są na polistyrenowych lub pleksiglasowych, 96-dołkowych płytkach, składających się z 8 rzędów i 12 kolumn. Wszystkie analizowane próby znajdują się w osobnych studzienkach. Płytkę opłaszcza się odpowiednim antygenem lub przeciwciałem. Aby zapobiec nieselektywnemu wiązaniu się białek do fazy stałej podczas następnych etapów testu, wolne miejsca blokuje się za pomocą roztworu owoalbuminy lub odtłuszczonego mleka.

Łączenie się antygenu ze specyficznym przeciwciałem (reakcja antygen-przeciwciało) uwidacznia reakcja barwna, powstająca dzięki odpowiednim enzymom. Najczęściej stosowane enzymy to:

- fosfataza alkaliczna (przekształca bezbarwny fosforan p-nitrofenolu w żółty p-nitrofenol),

- peroksydaza chrzanowa (daje niebieskie zabarwienie w obecności tetrametylobenzydyny),

- oksydaza glukozowa(z kwasem 5-aminosalicylowym daje kolor brunatny).

Zmiana barwy roztworu mierzona jest spektrofotometrycznie, a uzyskany wynik porównuje się z próbami kontrolnymi tworzącymi tzw. krzywą kalibracyjną. W celu jej uzyskania wykonuje się szereg roztworów o znanych rozcieńczeniach. Umieszcza się je na płytce i poddaje takim samym zabiegom, co próby badane. Zapewnia to właściwą ocenę stężenia analitu. Z powstałego w ten sposób wykresu odczytuje się zawartość białka w badanym materiale.

1. Oznaczenia radioimmunologiczne - metoda RIA znajduje zastosowanie w endokrynologii do oznaczania niemal wszystkich znanych hormonów, a także w onkologii do oznaczania markerów nowotworowych oraz do oznaczania stężenia leków we krwi.

Metody radioimmunologiczne oparte są na pomiarze radioaktywności substancji znakowanej izotopem promieniotwórczym, wchodzącej w skład reakcji antygen-przeciwciało. Znakowaniu może być poddany antygen lub przeciwciało. Do znakowania substancji wchodzących w skład reakcji immunologicznej używa się następujących izotopów: 125l, ,3,I (emitery y), 14C, 3H (emitery P). Do znakowania antygenów białkowych używa się zwykle jodu, a do znakowania związków drobnocząsteczkowych - trytu lub węgla.

Do wytwarzania przeciwciał przeciwko oznaczanym substancjom, czyli antygenom, używa się gatunków heterologicznych, np. królik, świnka morska. Jeżeli substancja badana nie jest immunogenna, np. jest haptenem, to łączy się ją z cząsteczką o większej masie (np. z albuminą lub y-globuliną) - powstaje kompleks zdolny do indukcji i wytwarzania przeciwciał.

1. Histochemia, nauka badająca skład chemiczny i procesy biochemiczne w obrębie tkanek, stosująca metody nieuszkadzające struktury badanego obiektu. Histochemia umożliwia śledzenie badanych reakcji dokładnie w miejscu ich powstawania w tkankach, wykorzystując do tego celu mikroskopy świetlne i elektronowe.
   Dzięki metodom histochemicznym można precyzyjnie oznaczać w tkankach białka, kwasy nukleinowe, enzymy, węglowodany jak również wykonywać niektóre badania histochemiczne.

Cechy reakcji histochemicznych:

- specyficzne – swoiste reakcje

- między wykrywaną substancją a związkami chemicznymi wprowadzonymi do środowiska

- powstaje produkt w miejscy występowania wykrywanej substancji

- ilość i lokalizacja analizą mikroskopową

Produkt reakcji:

- musi być widoczny w obserwacji mikroskopowej

- nierozpuszczalny w środowisku reakcji

- nie może się przemieszczać

- Reakcja bezpośrednia – wykrywana substancja reaguje bezpośrednio z dodanym substratem – barwny prdukt w miejscu danej substancji np. uwidocznienie reszt tyrozynowych białek

- Reakcja specyficznego wiązania – np. barwników przez związki wysokocząsteczkowe np. wykrywanie DNA

- Selektywna rozpuszczalność barwników np. identyfikacja lipidów Sudenem III

- Reakcja specyficzna wykrywania enzymów poprzez produkty reakcji tych enzymów

- Reakcja dwu lub kilku etapowa – wykrywanie wielocukrów, w podwójnej reakcji: utleniania i reakcji barwnej

1. Identyfikacja enzymów

   1. W zawiesinie komórkowej lub hodowli można dokonać identyfikacji komórek, stosując testy na obecność enzymów specyficznych dla danych komórek, np. dehydrogenaz, reduktaz, czy oksydaz,

   2. Histochemiczne wykrywanie enzymów nie polega na identyfikacji ich jako konkretnych substancji (umożliwia to zastosowanie techniki immunohistochemicznej), lecz na uwidocznieniu produktu ich aktywności (wykrywany jest produkt reakcji histochemicznej).

Wykrywany enzym musi być czynny, odpowiednie procedury przygotowywania materiału:

- Barwienie tkanki bezpośrednio po pobraniu

- Zaniechanie metod utrwalania materiału

Reakcja histochemiczna pozwalająca na wykrycie aktywności enzymu to INKUBACJA, środowisko reakcji to PŁYN INKUBACYJNY (pH, temperatura optymalna dla działania enzymu):

- zawiera specyficzny dla wykrywanego enzymu substrat,

- jony stymulujące aktywność danego enzymu

- dodatkowe składniki biorące udział w reakcji – koenzymy

1. Identyfikacja hydrolaz:

- Reakcja precypitacji z kationami metali – reakcja Gomoriego

Pod wpływem enzymu obecnego w tkance dochodzi do rozszczepienia substratu, a następnie wytrąceniu rozszczepionego substratu (jonami metali Cu 2⁺, Pb 2⁺)

Tworzy się nierozpuszczalna sól, widoczna w mikroskopie elektronowym, do celów mikroskopii świetlnej należy przeprowadzić dodatkowo reakcje barwną

- Reakcja sprzęgania do związków azotowych

Pod wpływem obecnego w tkance enzymu dochodzi do rozszczepienie substratu (zazwyczaj jest to pochodna naftolu)

Dochodzi do przekształcenia pochodnej naftolu w barwny i nierozpuszczalny produkt

- Reakcja indygogenna

Pod wpływem obecnego w tkance enzymu dochodzi do rozszczepienie substratu (zazwyczaj jest to pochodna indoksylu)

Dochodzi do utleniania substratu, produkt reakcji ma zabarwienie indygo

1. Przykłady barwienia hydrolaz

- ATPaza - enzym katalizujący rozpad wiązania wysokoenergetycznego w ATP, występuje m.in. w siateczce śródplazmatycznej komórek mięśni szkieletowych i wewnętrznej błonie mitochondrialnej – produkt końcowy to brązowo-czarny siarczek kobaltu

- Kwaśna fosfataza - występuje w dużych stężeniach w prostacie. Aktywność jej bardzo wzrasta w chorobie nowotworowej tego gruczołu, co wykorzystuje się w diagnostyce do wczesnego rozpoznawania tej postaci raka. Produkt to siarczek ołowiu.

1. Identyfikacja dehydrogenaz.

Reakcja z udziałem soli tetrazolowych

Sole tetrazolowe w postaci utlenionej są bezbarwne i rozpuszczalne w wodzie, w formie zredukowanej przekształcają się w formazany, produkty reakcji histochemicznej (barwne i nierozpuszczalne)

Płyn inkubacyjny – zawiera swoisty substrat (np. mleczan bursztynianu), koenzymy, sól tetrazolową

Wyniki: w miejscu aktywności dehydrogenazy – niebiesko-purpurowe zabarwienie

1. Przebieg mitozy

***Interfaza nie jest częścią mitozy. Stanowi część cyklu komórkowego pomiędzy podziałami komórki. Stanowi najdłuższą fazę życia komórki, należącą do cyklu komórkowego. Jest etapem, w którym komórka przygotowuje się do podziału mitotycznego lub mejotycznego. Interfazę stanowią trzy stadia:

- Faza G1– poprzedza ją zakończony podział mitotyczny i jest fazą wzrostową komórki. Następuje synteza różnych rodzajów białek, m.in. strukturalnych czy enzymatycznych i zwiększenie organelli, takich jak: mitochondria, czy lizosomy. Komórka w tej fazie zwiększa swoją masę i objętość, osiągając stadium komórki macierzystej. Pod koniec fazy G1 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w fazę S.

- Faza S – dochodzi do replikacji DNA, czyli do podwojenia ilości kwasu deoksyrybonukleinowego (z 2c do 4c, gdzie c oznacza ilość DNA). Poza tym zachodzi synteza histonów, a pod koniec fazy replikacja centriol.

- Faza G2 – następuje synteza białek wrzeciona podziałowego, głównie tubuliny jak również składników błony komórkowej potrzebnych do jej wytworzenia po zakończonym podziale. Pod koniec fazy G2 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w mitozę.

- Faza G0 – w przypadku, gdy nie dojdzie do wytworzenia białek odpowiedzialnych za przejście faz G1 i G2 do następnego stadium, komórka przechodzi w fazę G0. Interfaza ulega wtedy zatrzymaniu, komórka traci zdolność replikacji DNA i zaczyna się specjalizować. Dotyczy to np. komórek nerwowych czy mięśniowych. W niektórych przypadkach może dojść do powrotu do cyklu komórkowego poprzez stymulację komórek np. hormonami.

*** Mitoza:

Faza 1 - profaza

Jest to początek podziału. Podczas tej fazy można zaobserwować następujące zjawiska:

- chromatyna wypełniająca jądro komórkowe zaczyna się zagęszczać. W efekcie coraz lepiej widać chromosomy. Każdy z nich składa się z dwóch podłużnych połówek zwanych chromatydami. Chromatydy są ze sobą złączone w miejscu zwanym centromerem. Chromatydy wchodzące w skład chromosomu to dwie identyczne cząsteczki DNA, powstałe podczas replikacji w fazie S.

- rozpoczyna się zanikanie błony jądrowej;

- na terenie cytoplazmy, z białek powstają włókienka tworzące wrzeciono podziałowe. Skupiają się one przy dwóch przeciwległych biegunach komórki.

Faza 2 - metafaza

Podczas tej fazy:

- zanika całkowicie błona jądrowa

- chromosomy ustawiają się w środkowej części komórki; do każdego z nich w centromerze dołączone są dwa włókienka wrzeciona podziałowego w ten sposób, że ich drugie końce znajdują się na przeciwległych biegunach komórki.

Faza 3 - anafaza

Następuje skurcz włókien wrzeciona podziałowego. Skutkiem tego jest pęknięcie centromerów i odciąganie poszczególnych chromatyd w przeciwne strony. W tym momencie nastąpiło precyzyjne rozdzielenie materiału genetycznego, a chromatydy stały się oddzielnymi chromosomami.

Faza 4 - telofaza

Teraz następuje już zakończenie procesu. Polega ono na odbudowie błony jądrowej i powstaniu dwóch jąder potomnych. Struktura chromosomów zaczyna się rozluźniać i przestają one być widoczne. W tym czasie rozpoczyna się też proces cytokinezy i po jego zakończeniu otrzymujemy dwie identyczne komórki potomne.

***Mejoza

Profaza I – złożony i rozciągnięty w czasie etap. Ze względu na strukturę i aktywność chromosomów podzielono go na pięć zachodzących po sobie faz:
- Leptoten - chromatyna ulega kondensacji tworząc cienkie, długie i splątane ze sobą chromosomy, których telomery przyłączone są do otoczki jądrowej. Organelle komórkowe usuwają się na peryferie komórki.
- Zygoten - chromosomy homologiczne, tzn. o takim samym kształcie i wielkości, łączą się ze sobą w pary tworząc tzw. biwalenty (tetrady) złożone z czterech chromatyd. Obecne w komórkach zwierzęcych centriole dzielą się i dążą do biegunów komórki.
- Pachyten - zachodzi dalsza kondensacja chromosomów oraz synteza charakterystycznych dla mejozy histonów. Najważniejszym procesem jest jednak wymiana (rekombinacja) materiału genetycznego - crossing- over. Między chromatydami niesiostrzanymi chromosomów homologicznych tworzą się tzw. chiazmy.
- Diploten - następuje koniec crossing-over. Środkowe części chromosomów homologicznych zaczynają odpychać się od siebie.

- Diakineza - ostatecznie kończy się kondensacja chromosomów i następuje terminalizacja chiazm. Zanika jąderko oraz błona jądrowa, a nici powstałego wrzeciona kariokinetycznego łączą się z centromerami. Komórka przygotowuje chrom. do podziału.

Metafaza I

Połączone z wrzecionem kariokinetycznym biwalenty układają się w płaszczyźnie równikowej w taki sposób, że chromatydy jednego chromosomu kierują się w stroną pierwszego bieguna, natomiast drugi chromosom wędruje w przeciwną stronę.

Anafaza I

Na tym etapie następuje redukcja liczby chromosomów oraz niezależna segregacja materiału genetycznego. Biwalenty rozdzielają się na chromosomy homologiczne i wędrują do przeciwległych biegunów komórki. Zachowana zostaje jednak wartość 2C DNA, gdyż każdy chromosom zbudowany jest z dwóch chromatyd.

Telofaza I

Za jej początek uznaje się osiągnięcie przez chromosomy maksymalnego oddalenia. Błona jądrowa i jąderko mogą zostać zrekonstruowane, natomiast chromosomy mogą ulec częściowej despiralizacji. Na tym etapie zanika również wrzeciono kariokinetyczne biorące udział w pierwszym podziale.

***Podział mitotyczny

Profaza II
Zanika ewentualne jąderko i błona jądrowa. Złożone z dwóch chromatyd chromosomy ulegają ponownej kondensacji i połączone są ze sobą jedynie centromerami.

Metafaza II

Tworzą się dwa wrzeciona podziałowe. Ich włókna łączą się z chromatydami, a chromosomy układają się w płytce równikowej.

Anafaza II

Następuje podział centromerów i utworzenie chromosomów potomnych, które rozpoczynają wędrówkę do przeciwległych biegunów komórki. Na tym etapie powstaje również wrzeciono cytokinetyczne.

Telofaza II

Rozpoczyna się w momencie, kiedy chromosomy zakończą swoją wędrówkę i znajdą się na przeciwległych biegunach komórki. Budująca je chromatyna ulega despiralizacji. Rekonstruuje się błona komórkowa oraz jąderka.
Podczas cytokinezy następuje podział cytoplazmy i znajdujących się w niej organelli. Tworzą się komórki potomne, które w swoich jądrach posiadają o połowę mniejszą liczbę chromosomów niż komórka macierzysta.

1. Cykliny i Kinazy cyklinozależne formują razem aktywny heterodimer, przy czym cykliny tworzą jednostkę regulatorową, a CDKs pełnią funkcję katalityczną w obrębie heterodimeru. Cykliny nie mają żadnej aktywności katalitycznej, zaś CDKs są nieaktywne przy braku obecności partnera cyklinowego. CDKs po związaniu się z cyklinami ulegają aktywacji i przeprowadzają reakcje fosforylacji białek docelowych, które przez to zostają zaktywowane lub inaktywowane.

Powoduje to skoordynowane wejście komórki w następną fazę cyklu. Różne kombinacje cyklina-CDK decydują o tym, które z białek docelowych ulegną fosforylacji. CDKs podlegają konstytutywnej ekspresji w komórce, podczas gdy cykliny są syntetyzowane w określonych fazach cyklu komórkowego w odpowiedzi na różne sygnały molekularne.

Ważnym punktem kontrolnym jest faza G2, podczas której następuje sprawdzenie czy DNA jest nienaruszony i całkowicie zreplikowany, a w razie potrzeby zostałaby przedłużona faza G1, lub nawet cykl przeszedłby do fazy G0.

Kinazy poddawane są fosforylacji w celu aktywacji. Kinazy są zależne od cyklin np. MCdK jest kinazą promującą mitozę.

Cykliny to białka regulatorowe syntezowane cyklicznie, czyli w trakcie trwania cyklu komórkowego.

Ubikwitynacja cykliny M, czyli jej degradacja, powoduje dezaktywację kinazy.

Udział kompleksu APC powoduje wyjście z mitozy. Do aktywacji APC wymagana jest obecność MCdK oraz cykliny Cdc20.

Kompleks CdK z cyklinami powoduje zmiany fazy cyklu komórkowego.

Kompleksy z cykliną-cdK: G1-CdK, S-CdK, G1/S-CdK

CdK6- kompleks z ORC – promuje przyłączenie kolejnych białek

Kompleksy prereplikacyjne GJ/S-CdK i S-CdK są cyklinozależne i promujące fazę S

Uszkodzenie DNA – cykl zatrzymany w G1

P53 komórkowy supresor nowotworowy, p21 komórkowy inhibitor CdK

1. Licencjonowanie (kontrola pozytywna) – zapewnia, że chromosomy będą się replikować tylko wtedy, gdy w sposób prawidłowy przejdą przez mitozę i znajda się w komórce potomnej. Aby nastąpiła inicjacja, do ORI musi się przyłączyć Kompleks Rozpoznający Origin (ORC – Origin Recognition Complex) i dodatkowe białka (czynniki licencjonujące Cdc-6 i Cdt-1), promujące przyłączanie białek, czyli umożliwiające ścisłe pokrycie sąsiadującego DNA białkami MCM (Minichromosome Maintenance). Tylko DNA pokryty białkami MCM może być replikowany. Białka MCM są usuwane przez przesuwające się widełki replikacyjne.

2. Aktywacja fizjologicznej śmierci komórki może zachodzić pod wpływem wielu różnych czynników:
   • biologicznych, takich jak zakażenia, niedobór czynników wzrostu, sygnały śmierci wysyłane przez inne komórki, produkty limfocytów Tc (np. cytokiny, perforyny);
   • chemicznych, czyli stresu oksydacyjnego wywołanego obecnością reaktywnych form tlenu, chemoterapeutyków stosowanych w terapii przeciwnowotworowej;
   • fizycznych, to jest promieniowania jonizującego, szoku termicznego.

Apoptoza, czyli programowana śmierć komórki

- aktywacja zewnętrzna z udziałem limfocytów T, czyli tak zwanych komórek śmierci - limfocyt T ma ligandy pasujące do receptorów (receptorów śmierci), w wyniku czego aktywowane zostają kaspazy.
Rozpoczyna się on od pobudzenia błonowych receptorów śmierci DR, charakteryzującej się posiadaniem wewnątrzkomórkowej domeny śmierci DD. Wiąże ona zarówno ligand, jak i cytoplazmatyczne białka adaptorowe (np. FADD) tworząc kompleks DISC, który uczynnia kaspazę 8 - bezpośredni aktywator kaspazy 3. W ten sposób uruchomiona zostaje kaskada kaspaz, prowadząca do apoptozy komórki.

- rozpad organneli staje się sygnałem wewnętrznym - uszkodzenie mitochondrium powoduje uwolnienie cytochromu c i bałka Apaf1, które razem tworzą apoptosom, uczynniający kaspazę 9, prowadząc do powstania kaskady kaspaz. Również białka Bcl2 decydują o życiu bądź śmierci komórki. Innymi uwalnianymi czynnikami są endonukleaza G i AIF. Ostatni czynnik po uwolnieniu do cytoplazmy transportowany jest do jądra komórkowego, gdzie następnie aktywuje odpowiednie kaspazy przeprowadzające fragmentację chromatyny jądrowej.

- pojedyncza kaspaza powoduje uruchomienie kolejnych enzymów – kaskada kaspaz

Kaspazy enzymami trawiącymi białka zarówno jądrowe jak i cytoplazmatyczne.

1. Kaspazy są to enzymy z grupy proteaz cysteinowych. Kaspazy kontrolują programowaną śmierć komórki. Przecinają odpowiednie białka, doprowadzając do podzielenia materiału genetycznego na drobne części. Poza tym odpowiadają za zmiany kształtu komórki i tworzenie pęcherzyków apoptotycznych. Kaspazy występują w cytoplazmie w nieaktywnej formie proenzymów, aż do momentu aktywacji. Aktywacja jest autokatalityczna, występuje w obrębie apoptosomu. Apoptosom to kompleks składający się z Bcl-2, Apaf-1, prokaspazy i ATP. Pierwsza aktywowana kaspaza (najczęściej 9) aktywuje kolejnie kaspazy (poprzez inaktywowanie inhibitorów) co prowadzi do kaskady kaspaz.  Jest to samonapędzająca się machineria.

2. Mikrotubule są to spiralne białka zbudowane z cząsteczek alfa i geta tubuliny, tworząc heterodimery tworzące mikrotubulę. Ma miejsce ciągła polimeryzacja i depolimeryzacja mikrotubul. Koniec dodatni mikrotubuli wydłuża się szybciej od końca minus. Do mikrotubul przyczepiają się różne białka określane wspólną nazwa MAP (microtubule-associated proteins). Funkcją mikrotubul jest nadawanie kształtu komórkom, zwłaszcza zwierzęcym, które nie mają sztywnej ściany komórkowej. Poza tym utrzymują organelle w odpowiednim położeniu w komórce. Są budulcem wici i rzęsek i pozwalają na ich ruch. Mikrotubule umożliwiają transport w komórce, budują także wrzeciono podziałowe, którego nici przyłączają się do chromosomów i odciągają chromatydy do przeciwległych biegunów nowo powstających komórek potomnych w procesach podziałów (mitozy i mejozy)

3. Mikrofilamenty są to cienkie włókna zbudowane z białka aktyny. Filamenty aktynowe są przez cały czas dynamicznie przebudowywane przez komórkę na zasadzie polimeryzacji (przyłączania nowych cząsteczek aktyny do mikrofilamentu) i depolimeryzacji (odłączania aktyny od włókienka). Odpowiadają za ruch cytoplazmy, nadają kształt komórce i zapewniają jej ruch pełzakowaty dzięki tzw. pseudopodiom, czyli nibynóżkom. Biorą również udział w endocytozie. Są zbudowane z połączonych ze sobą łańcuchów aktyny (białko biorące udział w skurczy mięśni). Występują tuż pod błoną komórkową. Każdy mikrofilament jest złożony z wielu cząsteczek aktyny tworzących strukturę helikalną. Filamenty aktynowe są wykorzystywane w komórce do ruchów związanych ze zmianą kształtu powierzchni. W komórkach mięśni ich funkcja wiąże się ściśle z innym białkiem – miozyną. Tworzy z nim kompleksy budując struktury kurczliwe. Mikrofilamenty mają średnicę 5-9 nm. Są elastyczne i krótsze od mikrotubul. Pełnią istotną rolę w budowie mikrokosmków, kory komórki, filopodiów i miofibryl.

4. Filamenty pośrednie są to struktury wzmacniające mechanicznie tkankę nabłonkową. Przebiegają one przez obszar cytoplazmy od jednego połączenia międzykomórkowego do drugiego. Przenoszą one siły mechaniczne działające w komórce i zapewniają jej wytrzymałość na rozciąganie. Filamenty pośrednie można podzielić na filamenty cytoplazmatyczne i jądrowe. Filamenty cytoplazmatyczne to filamenty keratynowe (w tkance nabłonkowej), filamenty wimentynowe i wiwentynopodobne ( w tkance łącznej, mięśniowej i nerwowej) oraz neurofilamenty (komórki nerwowe). Do filamentów jądrowych zalicza się laminy jądrowe. Jeden filament pośredni zbudowany jest z 7-8 kompleksów zwanych protofilamentami.

5. Białka motoryczne = białka kroczące = biała transportowe. Są to białka enzymatyczne, które wykazują zdolność generowania ruchu dzięki energii płynącej z hydrolizy ATP. Mogą wędrować wzdłuż mikrotubul, także przenosząc cargo (organellom, cząsteczkę, filament itp.). Białka motoryczne dzielą się na 2 rodziny: dyneiny i kinezyny. Kinezyny wędrują do końca + mikrotubul (czyli od środka do zewnątrz komórki). Dyneiny wędrują do końca – mikrotubul (czyli od zewnątrz do środka komórki).

6. Dyfuzja prosta (transport bierny beznośnikowy) – jest klasyfikowana jako transport bierny, czyli przebiegający bez udziału energii. Polega na mieszaniu się ze sobą cząsteczek spowodowanym ich przypadkowymi ruchami. Substancja przemieszczająca się na drodze dyfuzji będzie przechodzić ze środowiska o wyższym potencjale elektrochemicznym do środowiska, w którym ten potencjał jest niższy. Mówiąc prościej przemieszczanie się cząsteczek na drodze dyfuzji oznacza ich przechodzenie ze środowiska o wyższym stężeniu do środowiska o niższym stężeniu (zgodnie z gradientem stężeń). W taki sposób są transportowane cząsteczki małe, niepolarne lub hydrofobowe. Dyfuzja zachodzi sprawnie na krótkich dystansach,  lecz jest zbyt wolna aby zapewnić transport substancji na dłuższych dystansach. O szybkości dyfuzji prostej decydują 3 czynniki: 1) przejście substancji z fazy wodnej jednego kompartmentu do fazy hydrofobowej plazmalemmy z utratą wody hydratacyjnej, 2) dyfuzja cząstek przez hydrofobowy obszar błony i 3) przepływ substancji z błony do fazy wodnej drugiego obszaru.

7. 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). Jeżeli umieści się komórkę w środowisku o wyższym stężeniu, a więc w roztworze hipertonicznym, nastąpi wypływ wody z komórki na zewnątrz. W wyniku tego komórka traci jędrność (turgor). Takie zjawisko obserwuje się w komórkach roślinnych. Po umieszczeniu komórki roślinnej w roztworze hipertonicznym (np. NaCl), dojdzie do wycieku wody z komórki, a co za tym idzie kurczenie się wakuoli i odstawanie protoplastu od ściany komórkowej. Zjawisko to nosi nazwę plazmoliza. Jest to proces odwracalny, gdyż po umieszczeniu komórki w roztworze hipotonicznym woda napłynie z powrotem do komórki i wróci do stanu prawidłowego uwodnienia. To zjawisko to deplazmoliza. Jeżeli komórka będzie przechowywana w roztworze hipertonicznym dłuższy czas może dojść do pęknięcia błony komórkowej i rozerwania komórki.

8. Dyfuzja ułatwiona zachodzi przy udziale białek pomocniczych, które uczestniczą w transporcie jonów i substancji o większych masach cząsteczkowych, nadal zgodnie z gradientem stężeń. Białka pomocnicze odgrywają rolę przenośników błonowych lub kanałów jonowych. Przenośniki błonowe posiadają w swej strukturze specjalne miejsce, do którego łączy się określona substancja (np. glukoza). Związanie substancji transportowanej do przenośnika powoduje chwilową zmianę jego konformacji przestrzennej, obrócenie i przeniesienie owej substancji na drugą stronę błony komórkowej.

Białka, które pełnią funkcje kanałów jonowych odpowiadają za transport takich jonów jak Na+, K+, Cl-, Ca2+. Mamy zatem kanały sodowe, potasowe, chlorkowe i wapniowe. Transport ten jest sprawny i szybki, odbywa się zgodnie z różnicą stężeń, a także potencjałem błony komórkowej. Potencjał błonowy jest spowodowany nierównomiernym rozmieszczeniem jonów po obu stronach błony. Po zmianie potencjału błonowego kanały jonowe otwierają się. Zmiana potencjału zachodzi pod wpływem różnych sygnałów np. na skutek pobudzenia błony komórki nerwowej otwierają się kanały sodowe albo też po przyłączeniu neuroprzekaźnika w synapsie nerwowej otwierają się kanały wapniowe.

1. Transport bierny zachodzi zgodnie z różnicą (gradientem) stężeń, dlatego nie wymaga wydatków energetycznych. Do mechanizmów transportu biernego zaliczamy dyfuzję prostą, osmozę i tzw. dyfuzję ułatwioną.

2. Transport aktywny zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Biorą w nim udział tzw. pompy jonowe. Pompy to struktury tworzone przez kompleksy białkowe. Przenoszą substancje (jony, glukoza, aminokwasy) dzięki energii pochodzącej z hydrolizy ATP. Do takich pomp należy pompa sodowo-potasowa. Jest to enzym, który uczestniczy w aktywnym transporcie jonów potasu i sodu. Utrzymuje równomierne stężenie jonów Na+ i K+ po obu stronach błony komórkowej. Jej działanie jest napędzane energią pochodzącą z hydrolitycznego rozkładu ATP. Na zewnątrz komórki przenikają trzy jony sodu, a do wnętrza dwa jony sodu. W komórkach nerwowych pompa sodowo-potasowa jest niezbędna w utrzymaniu potencjału spoczynkowego błony neuronu. Wyróżnia się 3 rodzaje transportu aktywnego. Są to uniport, symport i antyport. Uniport to transport jednej cząsteczki, symport polega na transporcie dwóch cząsteczek w tym samym kierunku, natomiast antyport to transport dwóch cząsteczek w przeciwnych kierunkach. Przykładem antyportu jest właśnie pompa sodowo-potasowa. Innym przykładem pompy jest pompa protonowa. Jest to białko integralne, dzięki któremu zachodzi transport jonów wodorowych H+ przez błony biologiczne.

3. Większe cząsteczki polarne (aminokwasy, glukoza, nukleotydy) oraz jony przechodzą przez błonę za pomocą białek transbłonowych. Białka transbłonowe dzielą się na nośniki, pompy i kanały. Różnica między kanałem a nośnikiem polega na sposobie rozróżniania cząsteczek przez nieprzechodzących. Kanały wyróżniają tylko wielkość i ładunek cząsteczki, więc gdy kanał jest otwarty, podobne do pożądanej  cząsteczki mogą prześlizgnąć się przez niego. Nośniki są bardziej wybiórcze: cząsteczka musi dokładnie pasować do struktury wiązania w nim. Jednorazowo przenoszą tylko jedną cząsteczkę. Transport przez nośniki i kanały generalnie jest bierny, chyba, że odbywa się wbrew gradientowi stężeń (wtedy jest aktywny i może się odbywać tylko przez nośniki sprzężone + pompy napędzane ATP i światłem). Pompy służą głównie do transportu jonów wbrew gradientowi stężeń.

4. Kanał jonowy – cylindryczne białko błonowe tworzące hydrofilowe pory, posiadające zdolność kontrolowanego przepuszczania jonów przez błony biologiczne wszystkich żywych komórek zgodnie z ich gradientem stężeń (w drodze dyfuzji). Kanały wykazują selektywność jonową, która zależy od wielkości i od ładunku elektrycznego cząsteczek. Umożliwiają 1000 razy szybszy transport niż przenośniki białkowe, ale w przeciwieństwie do nich pozwalają tylko na transport bierny. Kanały przechodzą w sposób przypadkowy ze stanu otwartego w zamknięty poprzez zmianę konformacji, jednak w zależności od warunków panujących w komórce lub na zewnątrz komórki (tzw. bramkowanie), zmienia się prawdopodobieństwo ich otwarcia. Możemy wyróżnić następujące typy bramkowania kanałów:

- kanał bramkowany napięciem – prawdopodobieństwo otwarcia jest regulowane przez potencjał błonowy; W większości komórek występuje różnica potencjału elektrycznego po obydwu stronach błony komórkowej. Zjawisko to nazywamy polaryzacją błony. W określonych warunkach potencjał ten może zaniknąć, depolaryzacja błony, lub zmienić się na przeciwny, repolaryzacja. Zmiana polaryzacji błony może wywołać taką zmianę konformacji białka kanałowego, że kanał przechodzi ze stanu zamkniętego w otwarty lub odwrotnie.

- kanał bramkowany ligandem – prawdopodobieństwo otwarcia jest kontrolowane przez związanie określonej cząsteczki (ligandem zewnątrz- lub wewnątrzkomórkowym) z białkiem kanału; Związanie cząsteczki sygnałowej z miejscem receptorowym kanału prowadzi do zmian konformacyjnych wywołujących jego otwarcie. Charakterystyczne jest przy tym, że oddziaływanie cząsteczki sygnałowej z miejscem receptorowym jest odwracalne i ma charakter dynamiczny, równowagowy. Obniżenie stężenia powoduje oddysocjowanie cząsteczki sygnałowej i zamknięcie kanału.

- kanał bramkowany stresem – prawdopodobieństwo otwarcia jest regulowane przez siłę mechaniczną przyłożoną do kanału (np. u komórek rzęsatych).

39. Tratwy lipidowe to heterogenne, bogate w sterole i sfingolipidy mikrodomeny znajdujące się w błonie komórkowej. Zlokalizowane są po zewnętrznej stronie błony a ich rozmieszczenie jest nierównomierne. Biorą one udział w zarządzaniu procesami związanymi z przekazywaniem sygnałów, wydzielaniem, apoptozą czy organizacją cytoszkieletu.

40. Endocytoza – jeden ze sposobów transportowania większych cząsteczek (np. cholesterolu) do wnętrza komórki. Cząsteczki te są zbyt duże, żeby mogły być transportowane za pomocą przenośników białkowych. Dlatego przenikają do komórki w wyniku tworzenia się wakuol. Przedostają się do komórki wraz z fragmentami błony komórkowej. Przez endocytozę odbywa się transport cieczy i cząsteczek. Endocytoza dzieli się na pinocytozę, fagocytozę.

41. Pinocytoza jest sposobem odżywiania się organizmów jednokomórkowych lub wielokomórkowych (np. gąbek). Podczas tego procesu pobierane są drobiny białek lub inne wielkocząsteczkowe substancje, które są rozpuszczalne w wodzie. Ten sposób odżywiania polega na tworzeniu kanalików zakończonych banieczkami, w których znajduje się pobierana substancja. Pęcherzyki takie, nazwane są pęcherzykami pinocytarnymi lub wodniczkami pokarmowymi. Odrywają się one od błony komórkowej i poruszają się w cytoplazmie. Pęcherzyki zostają wtedy w całości rozłożone enzymatycznie, przy udziale lizosomów, a następnie rozproszone w cytoplazmie. Podczas pinocytozy transportowane są substancje płynne. Ważne jest że w pinocytozie nie uczestniczą receptory błonowe i może mieć przypadkowy charakter.

42. Fagocytoza polega na pobraniu ze środowiska pokarmów stałych, odizolowaniu od cytozolu poprzez utworzenie wodniczki pokarmowej i trawieniu z udziałem lizosomów. W tym procesie nie następuje utrata błony komórkowej. Ewentualne niestrawione resztki są usuwane przez włączenie się wodniczki z powrotem w błonę komórkową (jest to egzocytoza). Fagocytoza jest powszechnym zjawiskiem u pierwotniaków, ale występuje też u organizmów wielokomórkowych: makrofagi człowieka niszczą codziennie miliardy starych erytrocytów. W drodze fagocytozy komórka pochłania duże cząstki pokarmowe np. bakterie. Gdy receptory błonowe wykryją obecność cząstki pokarmowej na powierzchni błony tworzy się wgłębienie, do którego wciągana jest cząstka pokarmowa. Wgłębienie przybiera postać pęcherzyka, który oddziela się od błony i zaczyna wędrować razem z cytoplazmą. Dołączają się do niego lizosomy i przelewają swoją zawartość, czyli enzymy trawienne. Od tej pory mówi się o wodniczce pokarmowej. Cząstka pokarmu zostaje strawiona i wchłonięta do cytoplazmy, a niestrawione resztki są wyrzucane na zewnątrz, gdy wodniczka z powrotem łączy się z błoną komórkową.

43. Retikulum endoplazmatyczne, siateczka śródplazmatyczna, ER – wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy system kanałów odizolowanych od cytoplazmy podstawowej błonami (membranami) biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i pęcherzyków.

• Retikulum endoplazmatyczne szorstkie (granularne) – ER-g – charakteryzujące się obecnością licznych rybosomów , osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni, rozbudowywana w komórkach szybko rosnących oraz w komórkach w których zachodzi biosynteza białek (np. neurony, komórki nabłonka gruczołowego trzustki).

• Retikulum gładkie (agranularne) – ER-a – niezwiązane z rybosomami , stąd jego nazwa – gładkie. Rozwinięta w komórkach syntezujących niebiałkowe produkty organiczne (np. komórki jelita, komórki tkanki tłuszczowej).

Funkcje:

synteza białek (szorstkie) i tłuszczów (gładkie)

uczestniczy w przemianach węglowodanów

przeprowadza unieczynnianie toksyn i leków (szczególnie w komórkach wątroby ).

pozwala na szybkie transporty wewnątrzkomórkowe ( cytoplazma jest w nim rzadsza)

dzieli cytoplazmę komórki na przedziały (kompartmenty), co pozwala na przeprowadzenie w różnych przedziałach reakcji, które przeszkadzałyby sobie wzajemnie.

44. Rybosomy

• Każda żywa komórka posiada rybosomy. Są to specjalne organella przeznaczone do produkcji białek w organizmie, w procesie translacji.

• Te ultrastruktury nie są oddzielone błoną biologiczną od cytoplazmy.

• Rybosomy powstają w jąderku komórkowym.

• Składniki rybosomu = rybosomalny RNA + białka ( zasadowe- strukturalne, kwaśne- enzymatyczne).

• Budowa: 2 podjednostki- duża podjednostka i mała podjednostka.

• Ze względu na rozmiar i występowanie możemy podzielić rybosomy na dwa typy:

1. Rybosomy małe występujące u Procaryota oraz w plastydach i mitochondriach u Eucaryota.
2. Rybosomy duże występujące w cytoplazmie komórek eukariotycznych.

Budowa rybosomu:

Proces biosyntezy białka zachodzi przy udziale rybosomów. U Eucaryota rybosomy zbudowane są z podjednostek 40S małej i 60S dużej, które razem tworzą cząsteczkę 80S ( S- jednostka Svedberga).

• Podjednostka duża zawiera białka i trzy klasy rRNA, a podjednostka mała posiada białka i pojednczą cząsteczkę rRNA.

• U Procaryota rybosom ma 70S, dwie podjednostki: dużą 50S i małą 30S.

• Pojednostki 30S (małe) i 50S (duże) rybosomów bakteryjnych zostały poznane na poziomie struktur atomowych

45. Biosynteza białka – proces prowadzący do wytworzenia cząsteczek białka. Proces ten zachodzi we wszystkich żywych komórkach, a także jest możliwy do przeprowadzenia in vitro.

Biosynteza białka może być rozumiana jako pełny proces w którym informacja zapisana w sekwencji DNA jest w procesie transkrypcji przepisywana na cząsteczki RNA, a powstałe w ten sposób cząsteczki RNA są wykorzystywane przez rybosomy jako źródło informacji potrzebnej do syntezy białka w procesie translacji. U organizmów eukariotycznych cząsteczki RNA powstałe w procesie transkrypcji są zwykle poddawane procesowi splicingu polegającemu na wycinaniu intronów.

Termin biosynteza białka jest czasami używany jako synonim procesu translacji odbywającego się w rybosomach. Często do procesu biosyntezy białka zaliczana jest także biosynteza aminokwasów.

46. MODYFIKACJE - przygotowanie białek do pełnienia funkcji w komórce.

Polegają one m.in. na odcięciu fragmentu białka z jednego z jego końców, wycięciu fragmentu ze środka czy przyłączeniu do aminokwasów różnych grup chemicznych(np. cukrowych, lipidowych, metylowych). Dotychczas poznano kilkadziesiąt różnych sposobów modyfikacji białek. W ich efekcie powstają białka o określonych właściwościach chemicznych i fizycznych, a także określonej aktywności i stabilności. Zmodyfikowane białko jest kierowane do miejsca przeznaczenia(np. białko błonowe jest transportowane do błony komórkowej). Informacja o jego lokalizacji może być zakodowana na wiele różnych sposobów, przykładowo w sekwencji aminokwasów lub w przyłączonej podczas modyfikacji grupie chemicznej.

Procesy wykorzystywane przez organizmy do modyfikowania białek to m.in.:

• obróbka proteolityczna – proteazy usuwają zbędne fragmenty

  • aktywacja białka poprzez usunięcie zbędnych fragmentów

  • usunięcie sekwencji liderowych

  • splicing polipeptydowy – usunięcie fragmentów ze środka łańcucha

  • usunięcie pierwszych podstawników

• N-acetylacja, N-metylacja, N-formylacja - dołączenie grupy acetylowej, metylowej i formylowej.

• hydroksylacja – dołączenie grupy hydroksylowej −OH

• fosforylacja – aktywacja białka przez dołączenie grupy fosforanowej

• defosforylacja – dezaktywacja przez odłączenie grupy fosforanowej

• glikozylacja – enzymatyczne przyłączenie reszt cukrowych

• ubikwitynacja – przyłączenie ubikwityny i późniejsza degradacja

47. Aparat Golgiego – organellum służące chemicznym modyfikacjom wytwarzanych przez komórkę substancji, ich sortowaniu oraz dystrybucji w obrębie komórki. Składa się ze stosu spłaszczonych cystern. Znane są dwie formy aparatu Golgiego, siateczkowa jest charakterystyczna dla komórek zwierząt kręgowych (nie występuje jedynie w oocytach i plemnikach), druga nazywaną łuskowatą albo diktiosomową występuje w komórkach roślinnych oraz w komórkach zwierząt bezkręgowych.

Wewnątrz cystern zachodzą potranslacyjne modyfikacje białek oraz modyfikacje lipidów przeznaczonych do eksportu. Przekształcenia polegają przede wszystkim na modyfikacji reszt cukrowych glikoprotein i glikolipidów. W organellum zachodzi także siarkowanie proteoglikanów. Aparat Golgiego uczestniczy w wytwarzaniu błony komórkowej oraz umieszczaniu hydrolaz w endosomach. Zapewnia również odzyskiwanie składników błony komórkowej oderwanych od niej w wyniku endocytozy. Odzyskane składniki błony zostają do niej powtórnie włączone w wyniku egzocytozy. Zjawisko określane jest jako recyklizacja błony. W komórkach roślin wytwarzane są w nim także hemicelulozy, pektyny i inne związki zużywane następnie do budowy ścian komórkowych.

48. Lizosom – organellum występujące licznie w komórkach eukariotycznych (z wyjątkiem komórek roślinnych), natomiast nieobecne w komórkach prokariotycznych. Są to niewielkie pęcherzyki o średnicy ok. 0,5 μm, otoczone pojedynczą błoną lipidowo-białkową o grubości ok. 7 nm. Zawierają kwaśne hydrolazy rozkładające białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze. pH wewnątrz lizosomu ma wartość optymalną dla występujących w nim enzymów, równą około 5. Dzięki przystosowaniu enzymów do kwaśnego środowiska, ich przypadkowe wydostanie się do cytoplazmy (pH ≈ 7,2) nie stanowi większego zagrożenia dla komórki, jednak wyciek z dużej liczby lizosomów może zniszczyć komórkę poprzez jej samostrawienie się. Niskie pH zapewnia wbudowana w błonę lizosomu H⁺-ATPaza, pompująca protony do wnętrza lizosomu. W lizosomach odbywa się rozkład pochłoniętych na drodze endocytozy substancji i usuwanie obumarłych części cytoplazmy (trawienie wewnątrzkomórkowe). Lizosomy wykorzystują również swoje enzymy w celu odzyskania przez komórkę materiału organicznego (przeprowadzają autofagię).