Kariotyp człowieka - kompletny zestaw chromosomów komórki somatycznej organizmu. Kariotyp jest cechą charakterystyczną dla osobników tego samego gatunku, tej samej płci oraz dotkniętych tymi samymi aberracjami chromosomowymi (albo całkowicie zdrowymi).

W kariotypie wyróżnia się autosomy (u człowieka 22 pary) oraz chromosomy płci ( x i y).

Kariotyp przedstawiany jest graficznie na idiogramach, zwykle w czasie metafazy mitozy.

CYKL KOMÓRKOWY

Pojedynczy cykl komórkowy można podzielić na kilka głównych faz, które reguluje tykający zegar biologiczny:

- faza G1 - wysoka aktywność metaboliczna, wzrost komórki - komórka wykonuje zadania, do których została powołana, i przygotowuje się do skopiowania swojego materiału genetycznego, czyli replikacji DNA;
- faza S (synteza) - replikacja DNA;
- faza G2 - końcowe przygotowania do podziału;
- faza M - mitoza - podział, w którym powstają dwie komórki potomne o tej samej liczbie chromosomów.
Obie komórki powstające podczas mitozy wchodzą w fazę G1 i cykl komórkowy zaczyna się od nowa.
W cyklu życiowym komórki wyróżnia się jeszcze fazę G0. Komórka też musi odpocząć... Faza G0 jest właśnie taką fazą spoczynkową, do której komórka 'wychodzi' najczęściej z fazy G1 albo G2. Komórki znajdujące się w fazie G0 też pełnią funkcje, do których zostały powołane przez organizm, ale przestają się dzielić (takimi komórkami są np. dojrzałe neurony). Niektóre komórki mogą wracać z fazy G0 do cyklu komórkowego i dalej się dzielić, jeśli zostaną odpowiednio pobudzone na przykład przez hormony albo czynniki wzrostowe.

Jednak komórka nie może niezależnie podejmować decyzji o podziałach. Stwarzałoby to niebezpieczeństwo nadmiernego wzrostu albo powstania komórki nowotworowej. Dlatego w podejmowaniu decyzji o mitozie pomagają jej 'sąsiadki', czyli położone obok niej inne komórki, oraz zależność od zakotwiczenia komórki do podłoża (większość komórek swobodnie zawieszonych w roztworze nie chce się dzielić, w przeciwieństwie do komórek rakowych, które trąca kontrolę nad cyklem komórkowym oraz zależność od zakotwiczenia i mogą bez trudu dzielić się pływając w roztworze). 'Sąsiadki' wydzielają specjalne białka - czynniki wzrostowe, które łączą się ze swoimi receptorami w błonie komórkowej tej komórki, dla której przeznaczony jest sygnał, i w ten sposób uruchamiają kaskadę sygnałową. Taka kaskada może polegać np. na przyłączaniu grup fosforanowych do kolejnych cząsteczek białek, które po uaktywnieniu wędrują w dół, aż do jądra komórkowego, gdzie uaktywniane są czynniki transkrypcyjne. Aktywne czynniki transkrypcyjne pobudzają wybrane geny, które pozwalają komórce przejść do kolejnych faz cyklu komórkowego.

Białka takich kaskad sygnałowych często są kodowane przez tzw. protoonkogeny, czyli geny, które po uszkodzeniu mogą zmienić komórkę w komórkę nowotworowa, bezustannie pobudzając ją do wzrostu i podziałów. Protoonkogenami są np. geny białek Ras. Białka Ras są przyczepione do wewnętrznej powierzchni błony komórkowej i przekazują sygnały pobudzające od receptorów czynnika wzrostowego do innych białek znajdujących się niżej w kaskadzie sygnałowej.

Ale każdy mechanizm ma włącznik i wyłącznik - zegar cyklu komórkowego również...
W przypadku komórki takim wyłącznikiem są inne kaskady sygnałowe, czyli szlaki hamujące, które działają przeciwnie do szlaków pobudzających - zatrzymują cykl komórkowy. Geny kodujące białka należące do tych kaskad często są kodowane przez geny supresorowe, czyli geny przeciwdziałające transformacji nowotworowej komórek.

Przechodzenie komórki przez poszczególne fazy cyklu jest napędzane przez ewolucyjnie konserwatywny mechanizm regulujący. Ten mechanizm składa się z dwóch głównych rodzajów białek - cyklin i kinaz cyklinozależnych.

Cykliny to białka, których poziom w komórce zmienia się w różnych fazach cyklu komórkowego. W miarę przechodzenia komórki przez fazy G1, G2 i S gwałtownie wzrasta poziom cyklin typu D, A, E i w końcu B. Te cykliny łączą się ze swoimi kinazami cyklinozależnymi (kinazy to enzymy, które przyłączają grupy fosforanowe do innych cząsteczek, czyli przeprowadzają fosforylację tych cząsteczek; słowo 'cyklinozależne' wskazuje na to, że aktywność tych kinaz jest regulowana przez cykliny).

Jak kinazy cyklinozależne wymuszają przejście komórki do następnych faz cyklu?
Na początku fazy G1 wiele czynników transkrypcyjnych potrzebnych w kolejnych fazach cyklu wiąże się z białkiem Rb. Rb to główny hamulec cyklu komórkowego, który mocno 'przytrzymuje' czynniki transkrypcyjne potrzebne komórce do podziału (np. czynnik transkrypcyjny c-myc, zresztą protoonkogen). Uruchomione kinazy cyklinozależne fosforylują białko Rb. Wtedy hamulec puszcza i Rb uwalnia związane czynniki transkrypcyjne, a to pozwala komórce przygotować się do podziału. (Białko Rb jest znanym genem supresorowym nowotworów; jego uszkodzenie pozwala rozregulować cykl komórkowy. Mutacje genu Rb są przyczyną złośliwego siatkowczaka - retinoblastoma - oraz innych nowotworów złośliwych, np. nowotworu kości - osteosarcoma).

Moment, w którym komórka 'decyduje się' na podział, nosi nazwę punktu restrykcyjnego. Po przejściu tego punktu (czyli zwolnieniu hamulca, za który odpowiada głownie Rb) komórka dokończy podział, jeśli nie zdarzy się nic nieprzewidzianego. A co może się zdarzyć? Na przykład materiał genetyczny komórki może zostać uszkodzony przez promieniowanie jonizujące albo inne czynniki mutagenne. Wtedy powinien włączyć się inny hamulec, który zatrzymuje cykl komórkowy i pozwala naprawić uszkodzenia genów, bo skopiowanie błędów w DNA może ułatwić powstanie komórek nowotworowych. Za taki hamulec odpowiada m.in. białko p53, 'strażnik genomu' znajdujący się w jądrze komórkowym. Po wykryciu uszkodzeń DNA białko p53 jest fosforylowane przez specjalne enzymy, a potem jako czynnik transkrypcyjny uruchamia ekspresje innych genów. Między innymi - genu p21, który koduje białko hamujące kinazy cyklinozależne. Zatrzymanie kinaz cyklinozależnych oznacza zatrzymanie cyklu komórkowego.

Podsumowując: komórka przechodzi przez kolejne fazy cyklu, kiedy poziom poszczególnych cyklin zwiększa się i cykliny uruchamiają swoje kinazy cyklinozależne. Te kinazy fosforylują rożne białka (m.in. białko Rb) i pozwalają komórce przechodzić przez cykl komórkowy. Cykl życiowy komórki może zostać zatrzymany między innymi za pośrednictwem białka p53, które uruchamia białka hamujące kinazy cyklinozależne i w ten sposób neutralizuje działanie cyklin.

Poziom cyklin w komórkach znajdujących się w fazie G0 utrzymuje się na bardzo niskim poziomie. Jednak kiedy komórkę 'obleje się' czynnikami wzrostowymi, ilość cząsteczek cyklin wzrasta i komórka zaczyna przygotowywać się do podziału. Mniej więcej na tym polega powrót komórki z fazy G0 do cyklu komórkowego.

A skąd komórka wie, kiedy się zestarzeć i przestać się dzielić?
Niektórzy twierdzą, że duże znaczenie mają segmenty DNA zwane telomerami. Telomery znajdują się na końcach chromosomów i niczym 'kapturki' chronią chromosomy przed sklejaniem podczas podziałów i innymi uszkodzeniami. Jednak w fazie S, czyli podczas replikacji DNA, telomery nieznacznie się skracają... aż po (najczęściej) kilkudziesięciu podziałach osiągają wartość progową. To jest dla komórki sygnałem, że należy wejść w etap starzenia się, a potem śmierci.

Niektóre komórki wytwarzają enzym zwany telomerazą, który potrafi wydłużać telomery i 'oszukiwać' ten zegar biologiczny. Takie komórki mogą dzielić się dłużej niż inne. Telomerazę produkują m.in. komórki zarodkowe, komórki macierzyste szpiku kostnego, komórki jelit i inne komórki, które szybko się dzielą. Wiele komórek nowotworowych też wytwarza telomerazę; uważa się, że między innymi z tego powodu komórki raka mogą dzielić się tak szybko i w niekontrolowany sposób. Jednak rola telomerazy w powstawaniu nowotworów nie jest jeszcze do końca wyjaśniona: być może sama obecność telomerazy w komórce utrudnia mutacje (bo telomeraza przyczepia się do telomerow i zabezpiecza chromosomy przed uszkodzeniem), a długość telomerów nie ma tak dużego znaczenia. Istnieją też inne teorie tłumaczące starzenie się komórek. Niektóre z nich uwzględniają duże znaczenie uszkodzeń DNA (zwłaszcza mitochondrialnego) przez wolne rodniki.
Niektóre komórki, na przykład te, w których doszło do poważnych uszkodzeń DNA, opuszczają cykl komórkowy i umierają na drodze programowanej śmierci, czyli apoptozy.

MEJOZA

Interfaza

faza G1 - komórka rośnie i odżywia się po poprzednim podziale komórkowym. Można powiedzieć że komórka prowadzi swoje „normalne życie”.

faza S - po zakończeniu procesów wzrostowych następuje synteza (replikacja) DNA. Z sześciu cząsteczek DNA w komórce powstaje dwanaście. Każda cząsteczka DNA „dzieli się” na dwie identyczne potomne cząsteczki nazywane siostrzanymi. Morfologicznie objawia się to powiększeniem wymiarów jądra. Jest to proces bardzo wyczerpujący dla komórki. Żeby zreplikować DNA musi ona wykorzystać dużo energii i materiałów budulcowych (trifosforanów nukleozydów), oraz wytworzyć wiele białek umożliwiających syntezę DNA (histony, polimerazy DNA, helikazy itd.). Bezpośrednio z fazy S komórka przechodzi do właściwej mejozy (nie ma tu fazy G2 jak w mitozie), oznacza to, że w trakcie fazy S musi dojść do ostatecznego przygotowania się komórki do mejozy, np. następuje podział centrosomu.

Właściwa mejoza obejmuje dwa podziały jądra następujące po sobie. Czasami pomiędzy nimi wyróżnia się jeszcze krótka interfazę.

Profaza I - jest długa (może trwać latami) i skomplikowana, dzieli się ja na pięc etapów: leptoten - pojawiają się chromosomy, każdy złożony z dwóch jeszcze stosunkowo cienkich i długich chromatyd, które końcami przyczepiają się do otoczki jądrowej. Chromatydy do końca profazy będą grubieć i skracać się. Chromosomy homologiczne układają się blisko siebie.

zygoten - chromosomy homologiczne łączą się w pary tzw. biwalenty. Każdy biwalent składa się wiec z dwóch chromosomów, a więc z czterech chromatyd. Dlatego inną nazwą dla biwalentu jest tetrada (chromatyd). Chromosomy w tetradzie połączone są za pomocą kompleksu synaptonemalnego - białkowej struktury tworzącej się pomiędzy chromatydami homologicznymi (nie siostrzanymi!).

pachyten - chromatydy są już silnie zgrubiałe, na tym etapie podziału zachodzi crossing-over - chrosomy homologiczne wymieniaja się odcinkami chromatyd. Crossing-over zachodzi tylko pomiędzy chromatydami połączonym ze sobą bezpośrednio za pomocą kompleksu synaptonemalnego. Prowadzi to do powstania chromosomów o zupełnie nowym składzie genetycznym. W obrębie danego biwalentu crossing-over może nie wystąpić w ogóle, raz lub wiele razy.

diploten - zanika kompleks synaptonemalny, a chromosomy homologiczne są złączone tylko w miejscach, gdzie zaszło crossing-over. Te miejsca nazywane są chiazmami. Chromosomy odłączają się od otoczki jądrowej.

diakineza - chiazmy przesuwają się ku końcom chromosomów, aż całkowicie zanikają. Zaczyna degenerować też otoczka jądrowa i w cytoplaźmie mikrotubule zaczynają się organizować we wrzeciono podziałowe.

Metafaza I - następuje całkowity zanik otoczki jądrowej i wykształca się w pełni wrzeciono podziałowe, a biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki.
Anafaza I - następuje rozdział chromosomów homologicznych przez wrzeciono podziałowe do biegunów komórki.
Telofaza I - dochodzi do częściowej despiralizacji chromosomów, odtworzenia otoczki jądrowej i jąderka, zaniku wrzeciona podziałowego i cytokinezy. Często trudna do wyróżnienia i szczątkowa.

Drugi podział mejotyczny (jest to zwykła mitoza):
Profaza II - trwa krótko i jest jakby odwróceniem telofazy I. Chromosomy ponownie ulegają zgrubieniu (kondensacji), ulega zanikowi otoczka jądrowa i jąderko, tworzy się wrzeciono podziałowe. Jeżeli poprzedzająca ją telofaza była szczątkowa to i profaza II jest pominięta.
Metafaza II - chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej, przyłączają się do nich włókna wrzeciona podziałowego.
Anafaza II - następuje rozdzielenie chromatyd siostrzanych do biegunów komórki, powstają chromosomy potomne.
Telofaza II - zanika wrzeciono podziałowe, odtwarzana jest otoczka jądrowa i jąderko, chromosomy despiralizują, następuje druga cytokineza.

To, w jaki sposób zostaną przydzielone chromosomy, a później chromosomy potomne, do poszczególnych komórek jest kwestią przypadku (tzw. losowa segregacja).
Cytokineza jest oczywiście różna u zwierząt i roślin. W pierwszym przypadku jest związana z powstawaniem przewężenia błony pomiędzy nowo powstałymi jądrami komórkowymi, w drugim z wytworzeniem ściany komórkowej.

Transport przez błony biologiczne -

Błony białkowo-lipidowe są selektywnie przepuszczalne. Oznacza to, że niektóre substancje mogą swobodnie przenikać przez dwuwarstwę fosfolipidową na zasadzie dyfuzji, natomiast inne cząsteczki lub jony są transportowane na drugą stronę błony przez specjalne białka przenośnikowe na zasadzie dyfuzji ułatwionej (inaczej: dyfuzji wspomaganej) lub transportu aktywnego. Dla niektórych dużych cząsteczek (na przykład pewnych białek albo wielocukrów) błona plazmatyczna może być całkowicie nieprzepuszczalna. Przechodzenie cząsteczek wody przez selektywnie przepuszczalną błonę nosi nazwę osmozy.

Transport aktywny - Niektóre cząsteczki lub jony są przenoszone przez błonę plazmatyczną przeciwnie do gradientu ich stężenia, a więc są wypompowywane z roztworu, w którym jest ich mniej, do roztworu, w którym jest ich więcej. Pokonanie gradientu stężeń wymaga zużycia pewnej ilości energii zmagazynowanej w ATP. Taki sposób przenoszenia substancji przez błonę białkowo-lipidową jest określany jako transport aktywny.

Przykładem transportu aktywnego jest działanie pompy sodowo-potasowej, transportera zlokalizowanego w błonie komórkowej komórek zwierzęcych. Płyn zewnątrzkomórkowy w porównaniu do cytoplazmy zawiera więcej kationów sodu, a mniej kationów potasu. Błona komórkowa jest w niewielkim stopniu przepuszczalna dla jonów sodowych i potasowych, które przechodzą przez nią zgodnie z gradientem stężeń. Dlatego potas nieustannie ucieka na zewnątrz komórki, a sód przechodzi przez błonę w przeciwnym kierunku - z płynu zewnątrzkomórkowego do cytoplazmy. Wyrównanie stężeń tych jonów po obu stronach błony komórkowej byłoby zabójcze dla komórki. Na szczęście pompa sodowo-potasowa przez cały czas wypompowuje z komórki niepotrzebne jony Na⁺ i wpompowuje do cytoplazmy jony K⁺. Podczas jednego obrotu pompy ulega zużyciu jedna cząsteczka ATP, trzy jony sodu zostają przeniesione na zewnątrz komórki, a dwa jony potasu przechodzą z płynu zewnątrzkomórkowego do cytoplazmy.

Transport bierny
Dokomórkowy i odkomórkowy transport różnorakich substancji jest jedną z najważniejszych funkcji błon komórkowych. Jeśli transport danego składnika nie wymaga nakładu energii (odbywa się on na skutek np. z różnicy stężeń) to nazywany jest transportem biernym. Najmniej skomplikowanym przypadkiem transportu biernego jest dyfuzja prosta, opisywana równaniem Ficka. Wynika z niego, że wielkość strumienia dyfuzyjnego danej substancji jest proporcjonalna do różnicy stężeń tej substancji w poprzek błony. Kolejnym typem błonowego transportu biernego jest dyfuzja ułatwiona (nośnikowa). W tym przypadku cząsteczki transportowanej substancji przenikają przez błonę po utworzeniu kompleksu z nośnikiem. Rola nośnika polega na ogół na umożliwieniu przenikania danej cząsteczki przez błonę - klasycznym przykładem jest tu walinomycyna, która tworzy hydrofobową otoczkę wokół jonów potasu i umożliwia w ten sposób ich przechodzenie przez hydrofobowe wnętrze błony. Transport nośnikowy może być związany z ruchem kompleksów cząsteczka-nośnik w poprzek błony, ale możliwa jest także sytuacja w której nośnik wiąże substancję transportowaną po jednej stronie błony, zmienia konformację i następnie uwalnia przeniesione cząsteczki po drugiej stronie błony. Choć pojedyncze cząsteczki transportowane są dzięki nośnikowi szybciej niż bez niego, to jednak wielkość całkowitego strumienia jest ograniczona przez liczbę cząsteczek nośnika. Z tego powodu przy dużych różnicach stężeń strumień substancji przestaje zależeć od gradientu stężenia i utrzymuje się na stałym poziomie (ulega nasyceniu). Szczególnymi przypadkami transportu nośnikowego są symport i antyport. W przypadku symportu cząsteczki dwu różnych substancji są transportowane jednocześnie (przez ten sam nośnik) w tą samą stronę, w antyporcie każda z nich przenoszona jest w przeciwną stronę. Systemy antyportu nazywane są także mechanizmami wymiany.
Transport aktywny
Transportem aktywnym nazywamy transport substancji wymagający nakładu energii. Zachodzi on zawsze z udziałem wyspecjalizowanych struktur błonowych (białek inegralnych) sprzęgających transport z procesem uwalniania energii. Źródłem energii bardzo często jest hydroliza ATP i dlatego białka biorące udział w tym procesie traktowane są jako enzymy posiadające własności ATPazy. W większości przypadków transport aktywny odbywa się wbrew różnicy stężeń danej substancji (w stronę większego stężenia) i w związku z tym mechanizmy tego transportu często nazywane są "pompami". Dobrze poznanym przykładem takiego mechanizmu jest pompa sodowo-potasowa. Jest ona jednocześnie przykładem transportu wymiennego (antyportu). Transportuje ona bowiem jony sodu z wnętrza komórki na zewnątrz, jednocześnie przenosząc jony potasu w kierunku odwrotnym. Na jedną rozłożoną przez tę pompę cząsteczkę ATP przypada transport trzech jonów sodu i dwóch jonów potasu. Działanie pompy sodowo-potasowej ma olbrzymie znaczenie dla utrzymania stałej różnicy stężeń tych jonów, zwłaszcza w komórkach pobudliwych. Jak wiadomo bowiem bierny transport jonów zachodzący zarówno podczas spoczynku komórki jak i w czasie trwania potencjału czynnościowego po pewnym czasie prowadziłby do wyrównania stężeń jonów sodu i potasu wewnątrz i na zewnątrz komórki. W przypadku pompy sodowo-potasowej występuje bezpośrednie sprzężenie transportu z procesem uwalniania energii (hydrolizą ATP) i dlatego nazywamy ten transport "aktywnym pierwotnym". Jeśli pomiędzy procesem uwalniania energii a transportem istnieją mechanizmy pośredniczące to transport taki nazywamy wtórnym. Przykładem transportu wtórnego jest proces resorpcji glukozy w jelitach.

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 i fagocytozę.

Fagocytoza (gr. phagein - jeść, kytos - komórka) rodzaj endocytozy spotykany u komórek i organizmów jednokomórkowych. Polega na pobraniu ze środowiska pokarmów stałych, odizolowaniu od cytozolu poprzez utworzenie wodniczki pokarmowej (lub innego tworu o podobnym przeznaczeniu, np. heterofagocyty) i trawieniu z udziałem lizosomów. W tym procesie nie następuje utrata błony komórkowej. Ewentualne niestrawione resztki są usuwane przez włączenie się do 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. Fagocytoza jest skuteczną metodą obrony przed organizmami chorobotwórczymi.

W drodze FAGOCYTOZY komórka pochłania duże cząstki pokarmowe np. bakterie. FAGOCYTOZIE nie towarzyszy ubytek błony komórkowej. 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.

Pinocytoza jest to sposób odżywiania się organizmów jednokomórkowych (protista) lub wielokomórkowych (np. gąbek). Podczas pinocytozy pobierane są na przykład drobiny białek lub inne wielkocząsteczkowe substancje rozpuszczalne w wodzie. Pinocytoza polega na tworzeniu kanalików zakończonych banieczkami wypełnionymi pobieraną substancją. Takie pęcherzyki, zwane pęcherzykami pinocytarnymi lub wodniczkami pokarmowymi, odrywaja się od błony komórkowej i zaczynają wędrówkę w cytoplazmie. W jej trakcie pęcherzyki zostają w całości enzymatycznie rozłożone (strawione) przy udziale lizosomów i rozproszone w cytoplazmie.

Układ odpornościowy, zwany również układem immunologicznym, nadaje kręgowcom zdolność odróżnienia własnych składników ustroju (ang. self) od obcych (ang. non-self) i odpowiedzi immunologicznej, dzięki której zwalcza zakażenia wywołane przez wirusy, bakterie i pierwotniaki, odrzuca obce przeszczepy tkankowe, a także przeciwstawia się rozwijającym się w organizmie nowotworom. Sprawnie funkcjonujący układ odpornościowy wychodzi na ogół zwycięsko z tej walki, ale w przypadku nowotworów ponosi zwykle porażkę.

Typy układów immunologicznych

Wielokomórkowe organizmy posiadają złożony układ immunologiczny pozwalający na walkę z patogenami. Składniki układu limfatycznego są również odpowiedzialne za wchłanianie płynów zewnątrzkomórkowych do krwi, jak i za produkcję białych ciałek krwi.

Bakterie i jednokomórkowe organizmy posiadają układ odpornościowy pozwalający na walkę przede wszystkim z bakteriofagami. Walka ta polega na wzmożeniu ekspresji genów enzymów tnących DNA w miejscach określonych sekwencji (enzymy restrykcyjne) oraz enzymów chroniących DNA przed enzymami restrykcyjnymi poprzez metylację. Dzięki temu mechanizmowi wirusowe DNA, które wniknęło do komórki bakteryjnej nie jest chronione i zostaje zdegradowane przez enzymy restrykcyjne.

Bezkręgowce posiadają różnego rodzaju mechanizmy obronne chroniące organizm przed patogenami. Są to zazwyczaj komórki żerne (np. celomocyty u pierścienic), enzymy proteolityczne, lektyny czy hemolizyny obecne w płynie jamy ciała.

Zazwyczaj, gdy mówimy o układzie odpornościowym mamy na myśli układ immunologiczny kręgowców. Rozważając bezkręgowce raczej mówimy o zjawiskach odpornościowych.

Główne komponenty

Skład i podstawowe mechanizmy działania układu immunologicznego człowieka

Układ immunologiczny może być rozpatrywany jako skomplikowana sieć informacyjna, składajaca się z wzajemnie ze sobą oddziałujących komórek, której zadaniem jest ciągła kontrola środowiska wewnętrznego organizmu, identyfikacja, ocena i ewentualna likwidacja zagrożeń natury biologicznej, czy wynikających z obecności innych organizmów (patogenów), czy niekontrolowanego namnażania się komórek własnego organizmu (nowotwór). Najważniejszymi elementami tej sieci są :

• Fagocyty (granulocyty, makrofagi itp.), komórki NK oraz dopełniacz i kilka innych składników osocza krwi jako składniki odpowiedzi nieswoistej, oraz odpowiedzialne za „podniesienie alarmu”.

• Komórki APC, limfocyty T, limfocyty B: część systemu odpowiedzialna za pozyskanie, ocenę antygenu oraz ewentualne zainicjowanie i kontrolowanie odpowiednich mechanizmów efektorowych. Procesy sterowane przez te komórki zwykło nazywać się odpowiedzia swoistą.

• Ramię efektorowe odpowiedzi immunologicznej, mające zwykle na celu likwidację, a przynajmniej neutralizację patogenu: fagocyty (w zasadzie te same co wyżej), komórki K, komórki NK, przeciwciała, limfocyty T (cytotoksyczne).

Ryc 1:Komórki uczestniczące w odpowiedzi immunologicznej

Antygeny

Antygeny to substancje (praktycznie to zwykle makromolekuły białek lub ich fragmenty) mające następujące właściwości:

• immunogenność, to znaczy zdolność do wywoływania przeciw sobie swoistej odpowiedzi immunologicznej

• antygenowość, czyli zdolność do swoistego łączenia się z immunoglobulinami i receptorami limfocytu T.

Substancję wykazującą tylko antygenowość nazywamy haptenem.

Jest to podstawowe pojęcie immunologii, ponieważ działanie układu immunologicznego polega na nieustannym patrolowaniu organizmu, przechwytywaniu, obróbce i ocenie istniejących w tym środowisku antygenów, ignorowaniu i hamowaniu odpowiedzi na antygeny własne i nieszkodliwe, oraz reagowaniu na groźne. Jak są rozróżniane antygeny własne od cudzych, prawidłowe od nowotworowych jest do dziś tajemnicą, niewątpliwie jest ona zakodowana komórkach układu immunologicznego i ich reakcjach, a ten co to odkryje niewątpliwie zasłuży na Nobla w kilku dziedzinach.

Mechanizmy swoiste i nieswoiste

W obrębie układu odpornościowego i w odpowiedzi immunologicznej istnieją mechanizmy swoiste i nieswoiste. Mechanizmy nieswoiste rozwinęły się na ogół wcześniej w filogenezie, są mniej precyzyjne ale za to reagują szybko, stanowiąc pierwsza linię obrony.

Mechanizmy swoiste są filogenetycznie młodsze. Pełen ich rozwój w odpowiedzi immunologicznej wymaga upływu określonego czasu, ale zwracają się precyzyjnie przeciw intruzowi.

Typy odpowiedzi immunologicznej

Wyróżnia się dwa zasadnicze typy odpowiedzi immunologicznej: odpowiedź immunologiczną komórkową i odpowiedź immunologiczną humoralną. Podział ten jest w pewnym sensie sztuczny, gdyż w każdej odpowiedzi odpornościowej są na ogół dwa składniki.

Ryc 2. Rozwój odpowiedzi immunologicznej typu komórkowego (limfocyt T) i humoralnego (limfocyt B)

Droga przetwarzania informacji

Są zasadniczo trzy drogi przekazywani antygenów do oceny przez układ immunologiczny.

• Wszelkie białka wewnątrzkomórkowe (z cytoplazmy) wszystkich jądrzastych komórek, po odpowiednim przetworzeniu (pocięciu) są na bieżąco eksponowane na powierzchni błony komórkowej przez odpowiedni kompleks białkowy, tzw. MHC typu I celem rozpoznania ich przez TCR limfocytów T CD 8+. Mówimy wtedy o prezentacji antygenu w kontekście kompleksu MHC I. Taką prezentacje dokonują wszystkie jądrzaste komórki organizmu. Celem tej prezentacji jest poszukiwane antygenów patogenów wewnątrzkomórkowych i nowotworów.

• Wszelkie białka pobrane przez specjalne komórki ze środowiska pozakomórkowego (fagocytoza czy pinocytoza) po odpowiedniej obróbce są eksponowane na błonie komórkowej w połaczeniu z podobnym kompleksem białkowym MHC klasy II , tym razem są one oceniane przez limfocyty CD4+ czyli tzw. pomocnicze. Prezentację w kontekście MHC klasy drugiej prowadzą tylko wyspecjalizowane komórki, do tych właśnie potocznie odnosi sie określenie komórki prezentujące antygen

• Specyficznym typem prezentacji antygenu jest prezentacja antygenu w kontekście MHC klasy II przez limfocyty B limfocytom Th, której mechanizm jest podobny jak u innych APC, ale specyficzny jest sposób pobierania antygeny: mianowicie przez związane z błoną, pełniące role receptorów, produkowane tylko przez tą komórkę przeciwciała ( zwane tutaj BCR.

Limfocyty T maja tą szczególną właściwośc, że mogą specyficznie rozpoznawać dany antygen i podlegać (lub nie) aktywacji lub supresji.

I tu się zaczynają schody, gdyż po aktywacji dany limfocy T, w zależności od subpopulacji do której należy, obecności (lub nie) różnych cytokin, stanu komórki APC, aktywności innych komórek , oraz nieznanych obecnie czynników, może stymulować odpowiedź immunologiczną na dany antygen (patrz ramię efektorowe odpowiedzi immunologicznej) lub też wywołać ignorowanie danego antygenu przez układ odpornosciowy (patrz. aktywna tolerancja immunologiczna).

Morfologia układu limfatycznego

Układ odpornościowy obejmuje: narządy i naczynia limfatyczne oraz krążące limfocyty. Narządy limfatyczne to: grasica, szpik, grudki limfatyczne samotne i skupione, migdałki, wyrostek robaczkowy, węzły limfatyczne i śledziona. U ptaków występuje także kaletka Fabrycjusza.

• Centralne narządy limfatyczne to: grasica, szpik kostny i kaletka Fabrycjusza

• Obwodowe narządy limfatyczne: pozostałe

Po opuszczeniu narządów centralnych limfocyty T i B lokują się w odpowiednich obszarach obwodowych narządów limfatycznych: limfocyty T głównie w tzw. obszarach grasicozależnych, a limfocyty B w obszarach szpikozależnych.

Należy podkreślić jednak, że w żadnym z obszarów obwodowych narządów limfatycznych nie występują tylko i wyłącznie limfocyty T bądź B. Obecność obok siebie obu rodzajów limfocytów, jak i komórek dendrytycznych i makrofagów umożliwia współdziałanie tych komórek, co jest warunkiem rozwoju właściwiej odpowiedzi odpornościowej.

Upośledzenia układu immunologicznego

Zespoły niedoboru odporności mogą być pierwotne bądź wtórne.

• Pierwotne niedobory odporności to m.in.:

• Agammaglobulinemia

• Hipogammaglobulinemia

• Zespół DiGeorge'a

• Zespół Wiskotta-Aldricha

• Ciężki złożony niedobór odporności SCID

• Zespół nagich limfocytów

• Wtórne niedobory odporności to przede wszystkim: AIDS czyli zespół nabytego niedoboru odporności (ang. Acquired Immunodeficiency Syndrome)

• Choroby nowotworowe wywodzące się z komórek układu odpornościowego to chłoniaki

Z drugiej strony skali istnieją choroby związane z nadmierną aktywnością układu immunologicznego (autoagresja komórek), objawiające się pod wieloma postaciami. Wśród nich są m.in. zespół Sjōgrena, zespół Guillain-Barré, toczeń rumieniowaty, Choroba Gravesa-Basedowa, cukrzyca typ 1,zespół Goodpasture'a i inne. Układ immunologiczny nie rozpoznaje organów lub układów organizmu za właściwe mu i atakuje je jako obce składniki ustroju. Obiektem ataku mogą być przykładowo: system nerwowy, system limfatyczny, nerki, tarczyca, wątroba. Pomimo tego, że niektóre z chorób autoimmunologicznych (np. zespół Sjōgrena) znane są od kilkudziesięciu lat, znajomość przyczyn ich powstawania jest mało

poznana. Leczenie jest zwykle objawowe i polega na łagodzeniu skutków autoagresji oraz na obniżaniu aktywności układu immunologicznego.

10

---