ORGANELLE KOMÓRKOWE

otoczone pojedynczą błoną:

1. Siateczka śródplazmatyczna:

1. Siateczka szorstka = SER ma postać płaskich cystern, które bezpośrednio kontynuują otoczkę jądrową.

1. Powstanie jądra i ER w ewolucji komórki eukariotycznej (inwaginacja).

2. Połączenie błony z rybosomami - białka dokujące i receptory rybosomów jako kompleks błonowy utrzymujący rybosom, pośrednictwo cząsteczki SRP i receptory dla tej cząsteczki pomagają w kotwiczeniu rybosomów.

3. Synteza białek i ich wprowadzanie do błony lub wnętrza cysterny - reakcja białka dokującego na sekwencję sygnalną z metioniną.

4. Rola domeny sygnalnej w dalszym losie białka; domeny hydrofobowe i hydrofilne decydują o ułożeniu białka w błonie.

5. Skład cytoplazmy zawartej we wnętrzu ER: liczne typy enzymów.

6. Przemiany cząsteczek białkowych w cysternach SER, proteoliza sekwencji sygnalnych, wstępna glikozylacja.

2. Siateczka gładka w postaci kanałów i różnokształtnych cystern.

1. Specyficzne enzymy syntetyzujące fosfolipidy związane z błonami gładkiego ER po stronie cytoplazmy.

2. Segregacja fosfolipidów i przenoszenie wybranych cząsteczek z warstwy zewnętrznej do wewnętrznej z udziałem flipaz.

3. Synteza kotwic glikolipidowych i dolicholu; ich ruch w błonach to dyfuzja boczna w warstwie; udział kotwic w transporcie białek wewnątrz cystern ER.

4. Wewnątrz cystern i kanałów odbywa się przetwarzanie cząsteczek białkowych, dołączanie grup prostetycznych i dalsza glikozylacja - adresowanie do innych przedziałów komórkowych.

5. Sortowanie i przemieszczanie białek (cargo) w świetle gładkiego ER do miejsc formowania pęcherzyków.

6. Oddzielanie pęcherzyków o różnej zawartości i przeznaczeniu metabolicznym; oznakowanie błon receptorami typu SNARE i Rab-GTPazy.

3. Wyspecjalizowane formy ER:

1. Siateczka sarkoplazmatyczna jako magazyn jonów Ca w komórkach mięśniowych.

2. Miejsce syntezy i gromadzenia barwników w komórkach skóry oraz w czopkach i pręcikach siatkówki oka.

3. Miejsce syntezy i gromadzenia białek zapasowych w k. miękiszu spichrzowego w nasionach traw (komórki aleuronowe w bielmie ziarniaków).

4. Miejsce syntezy przeciwciał (immunoglobulin) w limfocytach typu B .

2. Aparat Golgiego (diktiosomy) = stosy Golgiego

1. Struktura pojedynczego diktiosomu, strona cis i trans

2. Funkcje: glikozylacja białek, sortowanie i zagęszczanie, synteza polisacharydów;

3. Oddzielanie pęcherzyków egzocytarnych - funkcja wydzielnicza;

4. Populacja pęcherzyków promowych w czynnych diktiosomach.

3. Peroksysomy i glioksysomy - organelle zawierające enzymy z grupy peroksydaz i katalaz, funkcje inaktywacji poprzez utlenianie i detoksykacja poprzez utlenianie substratu, beta-oksydacja lipidów w glioksysomach (tłuszcze utleniane są do węglowodanów).

4. Lizosomy - polimorfizm postaci i funkcji, organelle o szerokim spektrum litycznym:

1. lizosomy pierwotne: zawartość enzymów litycznych typu hydrolaz - ich skład i koncentracja do powstania parakryształu, specyfika błony lizosomalnej - wyższa zawartość cholesterolu, pH wewnątrz lizosomu jako czynnik regulujący aktywność enzymów;

2. lizosomy wtórne - wakuole trawiące (autofagiczne i heterofagiczne) powstają na skutek fuzji endosomów z lisosomami pierwotnymi;

3. różnorodność procesów w lizosomach wtórnych: zmiany aktywności enzymów na skutek zmiany pH do ok. 5 dzięki uaktywnieniu pomp protonowych w błonie, różny stopień degradacji substratu i dalsze jego przemiany, możliwość uwalniania do cytozolu monosacharydów i aminokwasów, lipidy są wbudowywane do błony lisosomu. ciałka resztkowe, ich egzocytoza to proces wydalania;

Lizosomy

Nazwa lizosomy obejmuje bardzo różnorodne organella pęcherzykowe otoczone pojedyńczą błoną, należące do przedziału katabolicznego komórki. Określa się nią zarówno lizosomy pierwotne jak i lizosomy wtórne choć struktury te mają zupełnie inny charakter. Wspólną cechą wszystkich objętych tą nazwą pęcherzyków jest związek z procesem trawienia komórkowego.

Lizosomy pierwotne są pęcherzykami zawierającymi skoncentrowane lecz nieczynne enzymy z różnych grup hydrolaz (hydrolazy = ogólna nazwa dla enzymów rozrywających wiązania we wszelkiego typu złożonych związkach organicznych przy udziale wody). W lizosomie pierwotnym enzymy te są tak zagęszczone, że często tworzą parakryształ = regularny układ cząsteczek organicznych. Występujące w błonie lizosomu pierwotnego pompy protonowe są nieczynne. Jednym słowem:

Lizosom pierwotny to pęcherzykowy magazyn enzymów hydrolitycznych, przygotowanych na wszelki wypadek, ale jeszcze nie używanych.

Lizosomy wtórne to nazwa zbiorcza dla kilku typów wodniczek trawiących w różnych fazach ich działania. Powstają one z połączenia pęcherzyka zawierającego jakąś substancję przeznaczoną do strawienia z lizosomem pierwotnym. Materiał do strawienia może pochodzić z zewnątrz (np. bakteria, wielkocząsteczkowe związki odżywcze), pobierany jest wówczas na drodze endocytozy i zamykany w tzw. pęcherzyku endocytarnym. Pęcherzyk ten po połączeniu z lizosomem pierwotnym staje się wakuolą heterofagiczną. Może to być także przeznaczony do eliminacji, zbędny element komórki (np. uszkodzone mitochondrium, obszar cytoplazmy obfitujący w nieczynne rybosomy itp.). Zostaje on otoczony błonami i zamknięty w wakuoli autofagicznej. Pęcherzyk endocytarny lub wakuola autofagiczna same w sobie, przed połączeniem z lizosomami pierwotnymi jeszcze niczego nie trawią. Dopiero po połączeniu się i wlaniu enzymów hydrolitycznych do obszaru wakuoli fagicznej, gdzie jest coś do strawienia następuje zapoczątkowanie procesów litycznych. Enzymy hydrolityczne zmieniają się w formę czynną dzięki przyłączeniu reszty fosforanowej z ATP, a niekiedy jeszcze innych rodników wyzwalających ich aktywność. Ponadto w błonie lizosomu wtórnego uczynniają się pompy protonowe wpompowujące do jego wnętrza jony H+. Powoduje to zmianę pH na bardziej kwaśne, czego skutkiem jest wzrost aktywności enzymów hydrolitycznych. Zatem :

Trawienie odbywa się w lizosomach wtórnych - zwanych w tym czasie wakuolami auto- lub hetero-fagicznymi.

W komórce możemy obserwować różne lizosomy wtórne: świeżo utworzone wakuole trawiące i takie, w których trawienie jest zaawansowane lub już się kończy. Ich zawartość jest mniej lub bardziej płynna a odrywane cząsteczki powoli są transportowane z wakuoli trawiącej do cytoplazmy. Jeśli w takim lizosomie wtórnym pozostanie coś nie strawionego, to powstaje pęcherzyk zawierający ciało resztkowe, który może odpączkować od wakuoli trawiącej. W ten sposób tworzy się wakuola egzocytarna, która jest przesuwana w kierunku plazmolemy i wydalana poza komórkę. Wakuole egzocytarne mogą też transportować płynną zawartość. Nazwa wakuola egzocytarna podkreśla jedną z funkcji pełnionych przez lizosom wtórny pod koniec jego aktywności. Trawienie wewnątrzkomórkowe jest procesem obejmującym szereg etapów rozciągniętych w czasie. Na preparatach zaś, zależnie od fazy tego procesu, widzimy tylko wybrane postacie lizosomów: pierwotne - nieczynne w procesie trawienia lub wtórne znajdujące się w jednym z etapów trawienia lub wyrzucania resztek.

W komórkach roślinnych pewne funkcje lizosomalne pełnią wakuole.

Funkcje pęcherzyków w komórkach

1. Segregacja i izolacja białek o różnych funkcjach (kompartmentyzacja) - przedział kataboliczny i anaboliczny;

2. Transport przez błonę otaczającą pęcherzyk zależy od receptorów skierowanych na zewnątrz oraz osmotyczności i pH zawartości (cargo);

3. Selektywne włączanie białek i sacharydów z cytoplazmy; zagęszczanie cargo, dwukierunkowy przepływ ATP;

4. Transport między kompartmentami dzięki pączkowaniu i fuzji z kompartmentem docelowym (rola receptorów SNARE)- droga od szorstkiego ER do plazmolemy to egzocytoza a z powierzchni plazmolemy do wnętrza komórki endocytoza;

5. Ukierunkowany transport określonych pęcherzyków ku wybranej powierzchni komórki (domenie błonowej); rozbudowa i odnowa jej składu poprzez włączanie błon pęcherzyków pochodzących z ER i Aparatu Golgiego.

6. Odnowa i wymiana błon: możliwość wycofywania z powierzchni fosfolipidów i białek kanałowych w błonie pęcherzyków endocytarnych; krążenie klatryny i receptorów.

7. Trzy typy opłaszczenia pęcherzyków, klatryna głównie na pęcherzykach endocytarnych i transportujących cargo pochodzenia lizosomalnego, białka opłaszczające kaweole i pęcherzyki pinocytarne to koatomery i adaptyny.

Organelle otoczone podwójną błoną

występują tylko w komórkach Eukaryota.

Mitochondria i plastydy uczestniczą w endogennych przemianach energetycznych.

1. Źródła energii dla żywych komórek na tle warunków zmieniających się w historii Ziemi: światło, procesy utleniania związków mineralnych, utlenianie związków organicznych.

2. Bilans pozyskiwania energii (opcja beztlenowa i tlenowa oddychania).

3. Uniwersalizm metaboliczny i strukturalny w procesie pozyskiwania energii:

1. korzystanie z emisji elektronów przy zmianie wartościowości Fe, Cu, S;

2. szeregi enzymów oksydoredukcyjnych;

3. budowa i funkcje kompleksu syntazy ATP- wykorzystanie potencjału wodorowego;

4. metaboliczne nośniki energii.

4. Egzogenna teoria pochodzenia mitochondriów i plastydów:

1. Cechy organelli, które nawiązują do Prokaryota: ciągłość pochodzenia i dziedziczenie, podział przez przewężenie, nukleoid, mutacje niezależne od jądra, typ rRNA, własna replikacja, transkrypcja i translacja, różnice w budowie błony zewnętrznej i wewnętrznej; korzystanie w potencjału wodorowego.

2. Drzewo rodowe organizmów - poziomy ewolucyjne wniknięcia pramitochondriów i praplastydów.

3. Współczesne organizmy najbardziej podobne do pramitochondriów i praplastydów żyją w specyficznych warunkach geotermalnych.

4. Wytłumaczenie pełnego uzależnienia organelli od stanu fizjologicznego komórki eukariotycznej i od jej genomu długim okresem wzajemnej adaptacji i wspólnej ewolucji oraz wymianą genów na drodze transpozycji.

Mitochondria.

1. Budowa - dwa przedziały metaboliczne;

2. Różnice w składzie i przepuszczalności błon, miejsca przepustowe;

3. Specyficzny układ enzymów oksydo-redukcyjnych w błonie wewnętrznej - szereg o zwiększającym się powinowactwie do elektronów doprowadza je do tlenu jako akceptora;

4. Kompleks enzymatyczny tzw. grzybka, czyli syntazy ATP i pompy protonowej;

5. Zagęszczanie jonów wodorowych w przestrzeni międzybłonowej, przepływ protonów (H+) dostarcza energii, kierunki tego przepływu w bakteriach, mitochondriach i plastydach są metabolicznym napędem produkcji ATP;

6. Specyfika matrix mitochondrialnej - enzymy glikolizy i cyklu kwasów trójkarboksylowych (Krebsa),

7. Wydajność energetyczna procesów oddechowych;

8. Zmiany liczby i ultrastruktury mitochondriów w zależności od aktywności metabolicznej komórki i dostępu tlenu (przykłady: nieczynne mitochondria w komórkach zarodków w uśpionych nasionach, w strzępkach grzyba podczas suszy itp. w stanie aktywnym w komórkach nerwowych i wątrobowych, fuzja w witce plemnika i w intensywnie pracujących k. mięśniowych).

9. Własny genom mitochondrialny, jego ekspresja i specyficzne rRNA - teoria o egzogennym pochodzeniu organellom.

10. Teoria ewolucyjna pramatki - możliwość określenia pochodzenia i pokrewieństwa organizmów na podstawie sekwencji genetycznej genomu mitochondrialnego; im więcej mutacji tym młodszy organizm

Plastydy

1. Budowa typowego chloroplastu, podwójna błona, tylakoidy gran i międzygranowe, centra barwników i enzymów fotosyntetycznych, układ enzymów oksydo-redukcyjnych związanych z błoną wewnętrzną, stroma -enzymy cyklu Calvina (rubisco, synteza glukozy).

2. Inne typy barwników i struktury plastydów u glonów.

3. Pirenoid i synteza skrobi fotosyntetycznej.

4. Specjalizacja plastydów do pełnienia różnych funkcji:

1. proplastyd - forma niedojrzała, charakterystyczna dla komórek embrionalnych;

2. leukoplast - forma nieaktywna, występuje o tkankach wewnętrznych i korzeniowych tam, gdzie nie ma dostępu światło;

3. amyloplast - plastyd spichrzowy;

4. chromoplasty - forma wyspecjalizowana lub ostatecznie dojrzała, nadająca zabarwienie pochodzące od karotenoidów rozpuszczonych w globulach lipidowych; specyficzne chromoplasty w marchwi;

5. elajoplast - struktura dyskusyjna.

5. Ontogeneza plastydów, a szczególnie chloroplastów na świetle i w ciemności;

6. Teoria egzogennego pochodzenia plastydów:

1. własne DNA i rRNA typu bakteryjnego,

2. charakter błony zewnętrznej podobnej do plazmolemy, nieprzepuszczalnej dla rybulozo 1,5-bifosforanu i ATP,

3. ciągłość plastydów - namnażanie przez podział i przechodzenie jednej formy w drugą (przykłady),

4. niezdolność do życia poza komórką roślinną na skutek bardzo długiej symbiozy i wspólnej ewolucji.

Podobieństwa i różnice między plastydami i mitochondriami.

1. Budowa - dwie błony i przedział międzybłonowy, system szeregowy enzymów oksydo-redukcyjnych, kompleks pompy protonowej i syntazy ATP, przedział wewnętrzny z wysokim potencjałem jonów H+.

2. Ciągłość ontogenetyczna - rozmnażanie przez podział po replikacji własnego DNA niezależnie od cyklu komórkowego.

3. Integralność genetyczna, DNA i RNA typu bakteryjnego; genom mitochondrialny jest mniejszy od plastydowego i bardzo różnorodny na skutek wielokrotnych zmian - transmutacji.

4. Różnice w metabolizmie - na błonie wewnętrznej transformacje energetyczne w odwrotnym kierunku, różny skład białkowy stromy i matrix warunkuje przeciwstawne procesy syntezy lub hydrolizy glukozy.

5. Pochodzenie organelli biorących udział w przemianach energetycznych ustalone na podstawie podobieństwa genetycznego do mikroorganizmów wskazuje na ich różne pochodzenie:

Mitochondria ----od Methanococcus (Archea);

Plastydy ---------od Cyanobacterium (Bacteria).

Współczesne organizmy najbardziej spokrewnione z przodkami mitochondriów i plastydów żyją w środowiskach o wysokiej temperaturze. Archea w oceanach przy otworach hydrotermalnych, zaś pokrewne Cyanobacteria w gejzerach.

6. Zależność metaboliczna mitochondriów i plastydów od genomu jądrowego i aparatu translacyjnego komórki eukariotycznej jest wynikiem długotrwałej wspólnej ewolucji. Koegzystencja doprowadziła do włączenia w genom jądrowy znacznej puli genów z obu typów organelli. W wielu komórkach glonów i mszaków występuje wyraźna synchronizacja mitozy i podziału plastydu, a nawet wspólne wrzeciono podziałowe.

Ontogeneza i zmiany specjalizacji plastydów

Pierwotną formą plastydu występującą w komórkach młodocianych (merystematycznych) jest P R O P L A S T Y D. Jest to niewielkie, pęcherzykowate organellum otoczone podwójną błoną, przy czym wewnętrzna błona tworzy płytkie i nieliczne wpuklenia do stromy. Z proplastydów różnicują się dojrzałe formy plastydów, które mają rozmaitą strukturę wynikającą z funkcji, jakie pełnią w wyspecjalizowanych komórkach. Zdolność przekształcania się jednej formy plastydu w inną, odpowiednią do funkcji pełnionych przez komórkę wskazuje na wspólne pochodzenie i ciągłość ontogenetyczną wszystkich plastydów w organizmie roślinnym. Najpowszechniej występują 2 postacie plastydów: chloroplasty i leukoplasty.

1. C H L O R O P L A S T Y w komórkach liści i łodyg wystawionych na działanie światła. Chloroplasty są zdolne do fotosyntezy, ponieważ zawierają skomplikowany system błon wewnętrznych tzw. Tylakoidów skupionych w gran. W błony tylakoidów wbudowane są barwniki (chlorofile a i b oraz karotenoidy) i enzymy oksydo-redukcyjne czynne podczas jasnej fazy fotosyntezy. W stromie chloroplastów są enzymy uczestniczące w cyklu Calvina czyli ciemnej fazie fotosyntezy. W pewnych miejscach chloroplastu występują skupienia enzymów zdolnych do syntezy skrobi z glukozy powstającej podczas fotosyntezy; są też enzymy hydrolizujące tę skrobię.

W tkankach odizolowanych czasowo od dostępu światła, a z natury zdolnych do fotosyntezy występuje bezbarwne stadium przejściowe w rozwoju chloroplastów - E T I O P L A S T. Jest to stan plastydu, w którym następuje synteza błon wewnętrznych, lecz nie organizują się one w tylakoidy, ani nie syntetyzują chlorofilu. Błony tworzą rurki ułożone w stos parakrystaliczny tzw. ciało prolamellarne. Ciało to rozpada się pod wpływem nawet znikomego bodźca świetlnego, po czym struktura plastydu szybko organizuje się w tylakoidy, następuje też synteza chlorofilu. Ostatecznie plastyd osiąga budowę i funkcję typowego chlorosplastu.

2. L E U K O P L A S T Y występują w komórkach miękiszowych niezdolnych do fotosyntezy np. w korzeniach, w głębokich tkankach łodyg, w skórce poza komórkami szparkowymi. Leukoplasty zawierają prosty system błon wewnętrznych bez barwników i stromę bez enzymów cyklu Calvina. Mogą natomiast gromadzić w stromie białka zapasowe i drobne ziarna skrobi, jeśli występują w komórkach spichrzowych np. w cebuli lub korzeniu. Leukoplasty nie pełniące funkcji spichrzowych występują w płatkach korony białych kwiatów. Biała barwa jest wynikiem rozpraszania światła na powierzchniach bezbarwnych komórek miękiszu.

3. A M Y L O P L A S T Y mogą różnicować się bezpośrednio z proplastydów lub z chloroplastów albo leukoplastów. Amyloplasty pełnią funkcję organelli spichrzowych - gromadzą skrobię. Niekiedy ziarna skrobi stają się tak duże, że błona zewnętrzna plastydu ulega rozerwaniu. Amyloplasty mogą zmienić się stopniowo w chloroplasty pod wpływem światła (zazielenienie miąższu ziemniaka). Amyloplasty niekiedy zdolne są do wytwarzania małej ilości karotenoidów i mają wtedy żółtawe zabarwienie.

4. C H R O M O P L A S T Y powstają z proplastydów w komórkach płatków korony kwiatów w rodzinie Asteraceae (słonecznik, gerbera, arnika itp). Mają ubogi system błon wewnętrznych a w stromie liczne, duże globule lipidowe zawierające karotenoidy w różnym składzie i stężeniu, co warunkuje nasilenie barwy okwiatu od jasno żółtej do ciemnobrunatnej. Z proplastydów lub leukoplastów mogą powstać chromoplasty gromadzące karoten jako materiał zapasowy np. w miękiszu kory korzenia marchwi. Tam chromoplasty gromadzą karoten w postaci parakryształu o romboidalnym kształcie. Chromoplasty mogą zmienić się w chloroplasty pod wpływem światła (zazielenianie szczytowej części marchewki wystawionej na światło).

Inne pochodzenie mają chromoplasty występujące w czerwonych owocach roślin psiankowatych np. pomidora lub papryki. W miękiszu owocni występują najpierw czynne chloroplasty, które podczas dojrzewania zmieniają swoją strukturę i stają się chromoplastami bogatymi w karotenoidy. Podczas dojrzewania owocu w chloroplastach zanika chlorofil i upraszcza się system błon wewnętrznych, a w stromie powstają globule lipidowe z karotenoidami. Podobne zmiany struktury występują w chloroplastach miękiszu asymilacyjnego liści pod wpływem skracania się dnia i obniżenia temperatury (jesień). Zmiany te prowadzą do zaniku zielonej barwy liści i ujawnienia barwy żółtej pochodzącej z karotenoidów. Na jesieni niektóre rośliny mają liście brązowe lub czerwone. Barwy te nie pochodzą jedynie od chromoplastów lecz od zabarwienia wakuoli. W liściach zabarwionych na brązowo dodatkowy efekt wprowadza obecność garbników i tanin, zaś w liściach czerwonych barwa jest zależna od składu antocjanów i pH soku wakuolarnego. Proces degradacji struktury chloroplastu do formy żółtego chromoplastu poprzedza całkowitą degenerację plastydów i jest nieodwracalny.

Przykłady przekształceń plastydów:

1. proplastyd - chloroplast - chromoplast w komórkach miękiszu asymilacyjnego;

2. proplastyd - etioplast - chloroplast - chromoplast w miękiszu liścia pora lub w łodydze szparaga;

3. proplastyd - amyloplast - chloroplast w miąższu bulwy ziemniaka;

4. proplastyd - leukoplast - chromoplast spichrzowy z karotenem w korzeniu marchwi; korzeń siewki jest bezbarwny, w miarę wzrostu żółknie i czerwienieje;

5. proplastyd - chloroplast - chromoplast w miękiszu owocni papryki lub pomidora;

6. chloroplast - amyloplast w miękiszu spichrzowym łodygi roślin zielnych im głebiej leżą komórki tym więcej gromadzą skrobi a mniej miejsca zajmuje w plastydach system membran z chlorofilem

7. amyloplast - chloroplast w powierzchniowych warstwach komórek miękiszu spichrzowego ziemniaka wystawionych na światło plastydy zazieleniają się

Cytoszkielet.

1. Nowoczesna koncepcja składu i funkcjonowania cytoplazmy: cytozol i elementy włókniste (stan żelu i zolu).

2. Metodyka badań nad cytoszkieletem:

1. metoda immunocytochemiczna z zastosowaniem podwójnych przeciwciał;

2. metoda z zastosowaniem falloidyny i rodaminy;

3. diagnostyka nowotworzenia.

3. Szkielet aktynowo miozynowy:

1. Aktyna jako podstawowe białko budujące mikrofilamenty, wiązki naprężeniowe, sieci utrzymujące organelle.

2. Białka pomocnicze współdziałające z aktyną G i aktyną F to kapaktyna, alfa-aktynina; strefy zolu i żelu w cytoplazmie.

3. Powiązanie cytoszkieletu aktynowego z błoną, plamki przylegania i połączenia międzykomórkowe, mikrokosmki - kształt i budowa komórki;

4. Miozyna, tropomiozyna i troponina oraz kalmodulina i jony wapniowe - substancje niezbędne do generowania ruchu cytoplazmy i skurczu.

5. Mechanizm działania sarkomeru i ruch pełzakowy.

6. Cytokineza typu zwierzęcego.

7. Przemieszczanie pęcherzyków i organelli dzięki cytoszkieletowi aktynowo-miozynowemu (egzocytoza i sekrecja).

4. Szkielet mikrotubularny:

1. Uniwersalny plan budowy wici i rzęsek.

2. Centriola jako struktura mikrotubularna, analogia do ciałka bazalnego wici.

3. Białka współdziałające z mikrotubulami: MTOC, MAP, Tau.

4. Białka motoryczne: dyneina i kinezyna, generowanie ruchu ślizgowego.

5. Szkielet kortykalny w komórkach roślinnych.

6. Szkielet mikrotubularny wrzeciona kariokinetycznego.

7. Ruch chromosomów związany z mikrotubulami.

8. Ruch pęcherzyków wydzielniczych i granulek barwnikowych z udziałem kinezyny w komórkach roślinnych i zwierzęcych.

9. Cytokineza typu roślinnego - fragmoplast i budowa blaszki pierwotnej.

10. Udział mikrotubul w ustawianiu kompleksów błonowych syntetyzujących celulozę - budowa ściany pierwotnej i wtórnej.

Cytoszkielet jest strukturą dynamiczną.

Zmiany postaci cytoszkieletu są bardzo szybkie. Polegają na polimeryzacji i depolimeryzacji struktur włóknistych oraz zmianach konformacji białek motorycznych. Utrzymanie postaci lub zmiana postaci cytoszkieletu wymaga nakładu energii z ATP i GTP. Czynniki regulujące działanie cytoszkieletu mogą być endogenne lub egzogenne.

Funkcje cytoszkieletu:

1. utrzymywanie kształtu komórki;

2. regulowanie kierunku wzrostu;

3. generowanie ruchu cytoplazmy

4. utrzymywanie w określonych miejscach organelli oraz udział w ich przemieszczaniu;

5. udział w procesie wydzielania i rozbudowy ściany

6. ruch całych komórek (pływkowy lub pełzakowy);

7. tworzenie struktury wrzeciona i ruch chromosomów;

8. połączenia międzykomórkowe i z podłożem;

Czynniki modyfikujące cytoszkielet:

1. Stałe wynikające z lokalizacji w biosferze:

1. kierunek wektora siły ciążenia ku środkowi Ziemi;

2. ciśnienie atmosferyczne i hydrostatyczne,

2. Inne bodźce mechaniczne - np. nacisk, naprężenia, gęstość otoczenia;

3. Inne bodźce fizyczne jak oświetlenie, promieniowanie UV, pole magnetyczne, temperatura;

4. Czynniki chemiczne: wapń, ATP, wolne rodniki, antymetabolity, itp.

5. Czynniki endogenne np.- stan fizjologiczny determinowany fazą cyklu życiowego; poziom energetyczny komórki.

PRZYKŁADY AKCJI CYTOSZKIELETU

W PROCESACH ŻYCIOWYCH KOMÓRKI:

1. Zmiany kształtu komórki:

1. Podczas wzrostu - szkielet aktynowy rozwija nowe połączenia z błoną rosnącej komórki; ustawienie mikrotubul jest modyfikowane w stosunku do kierunku wzrostu i długiej osi komórki: skośne, krótkie mikrotubule ustawiają się w warstwie przybłonowej a w głębszych warstwach cytoplazmy długie mikrotubule układają się wzdłuż osi wzrostu. Przykłady: komórki roślinne podczas wzrostu ślizgowego w obrębie tkanki przewodzącej lub mechanicznej; różnicowanie się komórki nerwowej i rozwój aksonu.

2. Pod wpływem bodźców mechanicznych - w komórce zwierzęcej nacisk powoduje rozpad cytoszkieletu aktynowego w warstwie podbłonowej przy równoczesnym aktywowaniu enzymów polimeryzujących nowe mikrofilamenty co przygotowuje odbudowę ektoplazmy po ustąpieniu bodźca; powrót do stanu wyjściowego zapewnia wytrzymałość i elastyczność filamentów pośrednich keratynowych i wimentynowych, w kom. roślinnej mikrotubule kortykalne także degradują się czasowo a utrzymanie kształtu umożliwia turgor i elastyczność ściany komórkowej; przykład komórki nabłonkowej często ulegającej odkształceniu pod wpływem nacisku; komórka miękiszu drzewnego lub komórka włoska utrzymują wysoki turgor przeciwstawiający się bodźcom odkształcającym, mają też do pewnego stopnia zdrewniałą ścianę.

3. Ruch pełzakowy - Pierwotniaki i ameby oraz komórki embrionalne i niektóre komórki krwi są zdolne do pełzania. Ich motoryka wiąże się z plynnym lub pulsacyjnym przekształcaniem cytoszkieletu zarówno aktynowego jak i mikrotubularnego. Ruch pełzakowy polega na zmianie kształtu komórki = wysunięciu nibynóżki i obkurczeniu końca, przemieszczeniu zawartości protoplastu w przestrzeni, co wymaga działań mechanicznych. Do ich realizacji komórka potrzebuje miejsca przyłożenia siły - takimi miejscami są plamki przylegania do podłoża. Plamki te powstają dzięki przyczepieniu włóknistych elementów cytoszkieletu (aktynowych wiązek naprężeniowych) do białek błonowych, które z kolei są receptorami wiążącymi się z podłożem (integryny i kadhedryny). Wysunięcie nibynóżki (szerokiego wiotkiego fałdu okrytego plazmolemą) wymaga degradacji filamentów aktynowych w ektoplazmie oraz zerwanie połączeń cytoszkieletu aktynowego z plazmolemą. W takim, niezwiązanym z cytoszkieletem, miejscu nacisk cytoplazmy może uwypuklić błonę. Cytoplazma w żywej komórce jest pod pewnym stałym ciśnieniem i porusza się. Dzięki temu napływa do wysuwającej się nibynóżki i przynosi pęcherzyki zawierające śluzy. Te pęcherzyki włączają się do plazmolemy i wylewają swoją zawartość na podłoże (patrz pkt. 3.). Dzięki temu zostaje ono zwilżone, a błony pęcherzyków zwiększają powierzchnię plazmolemy na nibynóżce. Transport pęcherzyków do nibynózki nie jest całkowicie bierny lecz odbywa się dzięki ukierunkowaniu przez elementy cytoszkieletu, głównie przez mikrotubule współdziałające z kinezyną i filamenty aktynowe z miozyną. Kolejną fazą ruchu jest budowa nowych mikrotubul wzdłuż osi wzrostu nibynóżki, dzięki czemu nibynózka zostaje usztywniona, utrwala to nowy kształt komórki i ustala kierunek przepływu cytoplazmy ku szczytowi nibynózki. Powoduje to przemieszczenie masy ciała komórki. Proces przemieszczenia jest wspomagany przez generowanie skurczu w ektoplamie tylnej części, gdzie filamenty aktynowe i miozyna przesuwają się względem siebie w wielu kierunkach, co daje efekt zmniejszenia przestrzeni czyli obkurczenia końca komórki. Równocześnie następuje inaktywacja integryn i demontaż plamek przylegania do podłoża. Komórka traci dotychczasowe miejsca przylegania = miejsca odpychania się a organizuje nowe pod nibynóżką. Wytworzenie plamek przylegania do podłoża polega na wbudowaniu do plazmolemy dolnej powierzchni nibynóżki nowych integryn i kadhedrym, powiązania ich z nowym układem włókien naprężeniowych i odtworzeniem aktynowego cytoszkieletu pod plazmolemą, tak by komórka została na całym obwodzie okryta ektoplazmą. Ustawienie organelli wewnątrz komórki o nowym kształcie i w nowym miejscu wiąże się z akcją cytoszkieletu (patrz pkt. 2). Przesunięcie organelli dzięki białkom motorycznym i zagęszczenie elementów włoknistych stabilizujące nowe położenie jest końcowym aktem w jednym cyklu przemian ruchu pełzakowego.

2. Zmiany położenia organelli np. przemieszczenie jądra. Wokół organelli pozostających w stałym miejscu w komórce występuje zagęszczona sieć mikrofilamentów i radialnie ułożone krótkie mikrotubule. Bodziec wywołujący reakcję zmiany położenia powoduje rozpad tych elementów cytoszkieletu, następnie akcję miozyny i aktyny przesuwającą organellum wzdłuż mikrofilamentu, albo akcję kinezyny lub dyneiny przesuwającą je wzdłuż mikrotubuli. Białka motoryczne nalezą do takich, które są zakotwiczone jednym końcem w błonie otaczającej organellum a drugim końcem kontaktują się z włóknem cytoszkieletu ułożonym w kierunku przesunięcia. W komórkach barwnikowych skóry niektórych zwierząt jest stały układ wiązek mikrofilamentów i mikrotubul nadający kierunek ruchu pęcherzyków zawierających barwniki. Pęcherzyki te są przesuwane wzdłuż elementów włóknistych dzięki aktywacji białek motorycznych.

3. Egzocytoza - pęcherzyki wydzielnicze gromadzą się w okolicy podbłonowej z tej strony komórki, z której powinny wylać swoją zawartość dzięki procesowi przesuwania opisanemu w poprzednim punkcie z udziałem cytoszkieletu i białek motorycznych. Do ostatecznego ich wypchnięcia z komórki potrzebny jest wzrost stężenia wapnia w cytoplazmie. Wapń jest wiązany przez kalmodulinę, która aktywuje białka motoryczne i generuje lokalnie silniejszą interakcje miozyny z mikrofilamentami. Ta interakcja prowadzi do zwiększenia nacisku ektoplazmy na cytosol, co jest podstawą mechanizmu wypychającego pęcherzyki z komórki na zewnątrz. W tej sekwencji zdarzeń aktywuje się typ miozyny tworzącej krótkie włókna czynne w obkurczaniu ektoplazmy i miozyny cząsteczkowej zdolne do wbudowywania się w błony organelii, zaś aktyna występuje w formie kierunkowych wiązek lub jako sieć mikrofilamentów. Cytoszkielet uczestniczy też w procesie endocytozy, kiedy zagłębiają się domeny receptorowe aż do całkowitego zamknięcia pęcherzyków endocytarnych. Szkielet ektoplazmatyczny generuje skurch a ponieważ jest połączony z plazmolemą, to pociaga ją do wnętrza komórki. Skurcz naokołó tworzącego się dołka powoduje zbliżenie brzegów i zamknięcie pęcherzyka. Dalsza wędrówka endocytosomu przez cytoplamę odbywa się dzięki akcji elementów włóknistych i białek motorycznych podobnie jak w egzocytozie i przemieszczaniu organelli.

4. Budowa ściany komórkowej - rozmieszczenie kompleksów błonowych syntetyzujących celulozę, ich ustawienie pod kątem decyduje o gęstości sieci fibrylli oraz ich kierunku w ścianie. Na warstwie ściany pierwotnej komórki odkładają różne substancje tworzące ścianę wtórną. Substancje te są wydzielane jako cargo w pęcherzykach pochodzących w aparatu Golgiego lub siateczki śródplazmatycznej. Proces przesuwania pęcherzyków i ich wydzielania jest analogiczny jak podczas egzocytozy jednak bardziej zaznacza się rola podbłonowego układu mikrotubul. Oprócz skośnych mikrotubul kortykalnych nad miejscem rozbudowy ściany tworzą się prostopadłe do powierzchni komórki pęczki krótkich mikrotubul. Stanowią one tory prowadzące do miejsca wydzielania.

5. Cytokineza :

1. Typ zwierzęcy - podbłonowo w płaszczyźnie podziału tworzy się pierścień aktynowo-miozynowy, który generuje skurcz i pociąga za sobą błonę komórkową aż do zamknięcia dwóch oddzielnych przestrzeni komórek potomnych.

2. Typ roślinny - Płaszczyzna podziału komórek roślinnych zostaje zaznaczona jeszcze zanim nastąpią jakiekolwiek zmiany w jądrze wskazujące na wejście w profazę mitotyczną. Przed profazą w przyszłej płaszczyżnie podziału organizuje się pasmo z mikrotubul ułożonych równolegle do błony komórkowej. Mikrotubule tworzą pierścień zwany pasmem lub wstęgą preprofazową. Wstęga zanika na przed utworzeniem wrzeciona podziałowego. Wrzeciono kariokinetyczne powstaje z tubuliny, która jest syntetyzowana na matrycy innych genów niż tubulina budująca pasmo preprofazowe i innych niż tubulina budująca szkielet kortykalny w komórkach nie dzielących się. Zatem u roślin naczyniowych w genomie jest co najmniej 3 zestawy genów na tubulinę i każdy z nich podlega ekspresji w innej fazie życia komórki. Wrzeciono podziałowe rozwija się od początku profazy i działa aż do końca telofazy. W telofazie część mikrotubul wrzeciona podziałowego zanika, a pomiędzy jądrami potomnymi rozbudowuje się gęsta struktura miktotubularna = fragmoplast; pęcherzyki produkowane przez aparat Golgiego są przesuwane w kierunku płaszczyzny równikowej fragmoplastu. Zawierają one pektyny i hemicelulozy, które po zlaniu pęcherzyków w warstewkę tworzą zaczątek przyszłej ściany komórkowej + blaszkę środkową. Blaszka środkowa jest utrzymywana przez fragmoplast dopóki nie rozprzestrzeni się i nie połączy ze ścianą obwodową komórki macierzystej. Mikrotubule skierowane do płaszczyzny równikowej teraz kierują kompleksy enzymów syntetyzujących celulozę, które wbudowują się w błony pokrywające blaszkę środkową, a następnie syntetyzują fibrylle celulozowe ściany pierwotnej. Pewne mikrotubule penetrujące fragmoplast od jednego jądra aż do drugiego pozostają niezmienione przez dłuższy czas a wokół nich powstają otworki w blaszce środkowej i nowotworzonej ścianie pierwotnej - w ten sposób cytoszkielet zaznacza miejsca przyszłych plazmodesm .

Wydzieliny komórek

jako otoczenie determinujące funkcjonowanie.

MATRIX EKSTRACELULARNA = to środowisko wewnątrz organizmu tkankowego, które umożliwia funkcjonowanie komórek, podlega modyfikacjom zależnie od stadium rozwoju i potrzeb fzjologicznych

1. Wydzieliny w organizmach zwierzęcych:

1. Wydzieliny pierwotniaków i śluzowców.

2. Mezogleja zwierząt niższych.

3. Błony podstawne i matriks międzykomórkowa zwierząt wyższych; białka: laminy, kolagen, elastyna, chondroityna, osseina, proteoglikany i glikoproteiny. 2 ostatnie typy związków mają rdzeń białkowy i liczne łańcuchy polisacharydowe (makromolekuły z dużym udziałem kwasu glikuronowego i hyaluronowego oraz arabinogalaktozy o odczynie kwaśnym), zatrzymują wodę i jony w tym wapnia, stabilizują enzymy i inne substancje czynne wydzielane przez komórkę, kreują środowisko, działają jako czynniki nadające kierunek wzrostu, polaryzacji, podziału, ruchu i organizacji tkanki.

Wymienione składniki matrix zewnątrzkomórkowej współtworzą tkankę wraz z protoplastami czyli komórkami. Oba elementy wzajemnie na siebie wpływają i są ściśle powiązane poprzez integryny błonowe, które łączą białka matrix extracellularnej z cytoszkieletem.

4. Wydzieliny komórek krwi - składniki tzw. dopełniacza, nośniki informacji immunologicznej i fizjologicznej;

5. Wydzieliny komórek nerwowych - nośniki informacji międzykomórkowej i czynniki pobudzenia przewodnictwa nerwowego, neurotransmitery;

6. Glikokaliks i śluzy na nabłonkach endodermalnych jako warstwa ochronna.

7. Pokrywa łojowa na powierzchni epidermy kręgowców i okrywa chitynowa u stawonogów, okrywa śluzowa zwierząt wodnych w tym ryb i płazów jako warstwa izolacyjna i osłonowa.

2. Ściana komórkowa - wydzielina komórki roślinnej

Symplast = protoplasty połączone plazmodesmami

Apoplast = ściany komórkowe i przestrzenie międzykomórkowe wewnątrz rośliny. Zdecydowana większość wydzielin komórek roślinnych wchodzi w skład apoplastu.

Ściana komórkowa jest aktywną strukturą decydujacą o funkcjach, powstaje i modyfikuje się zależnie od aktualnych potrzeb fizjologicznych żywej komórki.

1. Nowa teoria matrix pozakomórkowej - podobieństwo biochemiczne do matrix zwierzęcej: obecność białek bogatych w hydroksyprolinę, znaczne ilości glikoprotein, arabinogalaktanów i mostków wodorotlenowych.

2. Ściana w komórkach bakteryjnych (cukry+białka+glikolipidy).

3. Ściana komórek grzybowych; (cukry + chityna).

4. Blaszka środkowa (pektyny, henicelulozy, śluzy = polisacharydy).

5. Ściana pierwotna (luźna sieć włókien celulozowych + obfita matrix ekstracelularna).

6. Ściana wtórna: z polisacharydów: celulozy, kalozy, hemiceluloz, pektyn.

7. Ściana wtórna z polimerów lipidowych: ligniny, suberyny, kutyny i wosków, sporopoleniny (najtrwalsza substancja organiczna).

8. Znaczenie ligniny w komórkach roślinnych.

9. Nowe ujęcie roli ściany komórkowej - czynnika formującego środowisko wewnętrzne organizmu roślinnego.

10. Inne typy wydzielin roślinnych np. nektar, olejki eteryczne, enzymy trawienia zewnątrz-komórkowego itp.

Wakuola w komórkach roślinnych

Wakuola jest czynnym przedziałem komórkowym, istotnym do pełnienia funkcji, a nie martwym obszarem gromadzenie odpadów.

1. Proces wakuolizacji jest zsynchronizowany ze wzrostem komórki

2. Tonoplast jest selektywną błoną biologiczną.

3. Typy wakuoli i ich funkcje.

1. rezerwuar wody, regulator ciśnienia osmotycznego i turgoru

2. rezerwuar substancji zapasowych w formie roztworów cukrów, aminokwasów, witamin itp. lub stałych ziaren aleuronu (białko zapasowe)

3. zbiornik substancji zapasowych tłuszczowych w formie emulsji np. sok mleczny u Euphorbia

4. zbiornik substancji biologicznie czynnych np. alkaloidów, tanin i garbników

5. depozyt substancji trujących lub ubocznych produktów metabolicznych (szczawianów wapnia, glikozydów)

4. Rola wakuoli w regulacji turgoru i generowaniu ruchów typu nastii i nutacji - zmiany turgoru wynikają z przepuszczalności tonoplastu. Po zadziałaniu bodźca, np. zmniejszeniu natężenia światła kanały w tonoplaście otwierają się i pozwalają na wypłynięcie jonów, co powoduje spadek ciśnienia osmotycznego w wakuoli, wypływ wody i zwiotczenie komórki. Zmiany turgoru pozwalają na szybkie i odwracalne zmiany kształtu komórki (np. komórki szparkowe), a to jest podstawą mechanizmu ruchów organów (nastie) np. zmiana położenia liści lub płatków korony zależne od oświetlenia bądź temperatury, zamykanie pułapki liściowej pod wpływem dotyku.

JĄDRO KOMÓRKOWE

centrum informacji dotyczącej rozwoju i funkcjonowania komórki

Podczas interfazy jadro komórkowe pełni istotną funkcję, bez której ustaje życie w komórce - jest miejscem syntezy cząsteczek mRNA niosących do cytoplazmy informację o strukturze potrzebnych białek oraz tRNA i rRNA - cząsteczek potrzebnych w procesie translacji czyli syntezy białek.

1. Jądro komórkowe zawiera informację genetyczną zapisaną w cząsteczkach DNA połączonych z białkami (chromatyna). Liczna i struktura cząsteczek chromatyny czyli chromosomów jest charakterystyczna dla gatunku i określa się ją jako genom haploidalny. Informacja ta w większości komórek organizmów eukariotycznych występuje w 2 kopiach (genom diploidalny). Informacja genetyczna zawarta w genomie diploidalnym pozwala korzystać z genów pochodzących od ojca i od matki, co zwiększa zdolność adaptacyjną organizmu i maskuje działanie genów zmutowanych.

2. W każdej komórce Eukaryota jest pełna informacja genetyczna (sekwencje nukleotydów = geny) potrzebna do syntezy wszystkich białek strukturalnych i enzymów, które powstają w danym organizmie (geny strukturalne). Informacja dotyczy także sposobu ekspresji tych genów (geny regulatorowe).W DNA są też sekwencje kodujące strukturę rybosomalnego RNA i transportujacego RNA.

3. Część tej informacji jest wykorzystywana w danym okresie życia komórki = pula genów podlegająca ekspresji; pozostała część informacji jest nieaktywna = pula genów wyciszonych. Układ ten ulega zmianom wraz z rozwojem komórki i zmiennymi potrzebami fizjologicznymi. Zmienna i wybiórcza ekspresja genów jest podstawą różnicowania się komórek danego organizmu oraz adaptacji ich funkcji w zmieniających się warunkach. Odcinki chromosomów podlegające ekspresji mają rozluźnioną strukturę - euchromatyna, zaś odcinki nieczynne są skondensowane - heterochromatyna.

4. Protoonkogeny - geny czynne w okresie, kiedy komórka dzieli się (kodują białka potrzebne do pełnej replikacji DNA i podziału), potem, kiedy komórka różnicuje się i dojrzewa do pełnienia określonej funkcji powinny być wyciszone.

5. Geny strukturalne są to odcinki DNA o specyficznej sekwencji, składają się z sekwencji kodujących peptyd - egzonów i z sekwencji nonsensownych tzw intronów. Sekwencja złożona z egzonów jest wzorcem dla sekwencji aminokwasów w I-rzędowej strukturze białka.

6. W komórkach zróżnicowanych geny kodujące białka stale potrzebne do wypełnienia funkcji komórki mogą być zwielokrotnione (amplifikowane) na skutek wybiórczej replikacji - przykładem są chromosomy politeniczne w komórkach gruczołowych.

7. Odcinek DNA podlegający transkrypcji (przepisaniu informacji na mRNA) oprócz genu strukturalnego składa się jeszcze z odcinków regulatorowych: promotora - kodonów oznaczających początek genu, aktywatorów - kodonów pobudzających polimerazy RNA do syntetyzowania łańcucha mRNA, enhancerów - kodonów wzmagających transkrypcję, supresorów - sekwencji spowalniających i wyciszających transkrypcję i sekwencji terminalnych = kodonów oznaczających koniec odczytu i odłaczenie polimeraz od nici DNA.

8. Geny regulatorowe mogą być także genami strukturalnymi kodującymi białka wiążące się z DNA, przez co dochodzi do regulacji ekspresji. Jest kilka takich białek np. CRO, CAP, NTR, SIR. Modyfikują one strukturę chromatyny, ułatwiają lub ograniczają dostępność do nici DNA enzymów replikacyjnych lub transkrybcyjnych: helikazy, gyrazy, topoizomeraz i polimeraz RNA, ligaz i.t.p. - czyli całej puli enzymów biorących udział w replikacji i transkrypcji.

9. Jadro komórkowe jest miejscem syntezy kwasów nukleinowych niezbędnych do translacji czyli syntezy białek w cytoplazmie. Odczyt informacji zawartej w genach strukturalnych to proces transkrypcji, czyli tworzenie informacyjnego RNA a także przetwarzanie jego cząsteczek w celu usunięcia intronów (ang. „slicing”). Równocześnie odbywa się synteza (transkrypcja) cząsteczek rRNA i tRNA i wszystkie te cząsteczki kwasów nukleinowych są transportowane do cytoplazmy poprzez pory w otoczce jądrowej.

10. Splicing Cząsteczki mRNA bezpośrednio po transkrypcji zawierają sekwencje komplementarne dla wszystkich odcinków genu. Ich budowa jest kontrolowana przez enzymy nukleolityczne zdolne do odnajdywania i reagowania na sekwencje zaznaczające początek i koniec intronu oraz sekwencje regulatorowe. Enzymy te rozcinają w tych miejscach pierwotne mRNA. Wyciete introny i sekwencje regulatorowe są degradowane przez nukleazy. Exony odpowiednie ligazy sklejają we właściwą cząsteczkę mRNA. Dopiero taka cząsteczka mRNA zawiera informację o I rzędowej strukturze peptydu i po przeniesieniu do cytoplazmy staje się prawidłową matrycą w procesie translacji.

ZAKODOWANIE I ODCZYT INFORMACJI genetycznej

Sekwencje regulatorowe: replikacyjne i transkrypcyjne

TATA, TAAT, TAAC, CAAT - inicjacja replikacji i transkrypcji

AUG, AAG, AGU< i inne z wielokrotnym A i AU na początku - inicjacja translacji z cząsteczki mRNA

UAA, UAG, UGA, wielokrotne U na początku - terminalizacja translacji

Poli G -początek intronu

Poli AG - koniec intronu - informacja dla enzymów wycinających, czynnych podczas procesu dojrzewania mRNA

Informacja o kolejności i specyfice aminokwasów w genach strukturalnych jest zapisana kodem trójkowym (trzy kolejne zasady tworzą kodon specyficzny dla danego aminokwasu);

KOT ŚPI POD STO-ŁEM

Mutacje punktowe i genowe powstają podczas replikacji i zazwyczaj stają się przyczyną wad metabolicznych albo onkogenezy.

Delecja (wypadnięcie)1 zasady (np. K): OTS PIP ODS TOŁ EMx

Insercja (wstawienie) 1 zasady (np. O na początku): OKO TSP IPO DST OŁE Mxx

Oba odczyty mogą być „nonsensowne” lub „ułomne” - tzn. sekwencja zawiera luki lub kodony inne niż powinna

Rezultat: A. Odczyt nonsensowny może spowodować terminalizację czyli zakończenie ekspresji i białko w ogóle nie powstanie; B. Powstanie białko wadliwe, niezdolne do przyjęcia funkcjonalnej konformacji. Np. peptyd bez jednego aminokwasu po delecji, lub z dodatkowym innym aminokwasem po insercji traci zdolność właściwego pofałdowania i przyjęcia należytej struktury II-IV rzędowej, więc jeśli jest enzymem, to jest nieaktywny, co powoduje zaburzenia metabolizmu. C. Mutacje punktowe w sekwencjach regulatorowych są także bardzo szkodliwe np. w supresorowych mogą wyzwolić ekspresję genu, który powinien być wyciszony - skutek to zaburzenia rozwojowe lub onkogeneza.

EKSPRESJA GENU - przeniesienie informacji zapisanej jako kod genetyczny na poziom aktywnego białka.

Na proces ekspresji składa się:

1. Odsłonięcie i rozwinięcie odcinka DNA kodującego białko: eksony (sekwencje kodujące kolejność aminokwasów) i introny (szereg nukleotydów nonsensowny) oraz odcinki regulatorowe.

2. Trankrypcja mRNA z tego odcinka.

3. Splicing czyli wycinanie intronów i odcinków regulatorowych spośród odcinków kodujących, a następnie ligacja (sklejenie) tych ostatnich w jedną cząsteczkę mRNA kodującą peptyd (szeregowy układ aminokwasów czyli I-rzędową strukturę białka).

4. Transport mRNA z jądra do cytoplazmy.

5. Połączenie mRNA z rybosomami i translacja peptydu.

Zaburzenia ekspresji mogą powstać na różnych poziomach:

1. Włączenie nieodpowiedniej zasady w cząsteczkę DNA - błąd replikacji wywołuje konsekwencje podczas amplifikacji genu w różnicującej się komórce = niewłaściwa informacja o strukturze białka lub niemożność ekspresji;

2. Pomyłka we włączaniu nukleotydów podczas transkrypcji - zmieniona informacja o strukturze białka lub ekspresji;

3. Wadliwe przekształcenie cząsteczki mRNA podczas „dojrzewania” (splicing) = wadliwa struktura białka, które jest nieczynne;

2. Wadliwy odczyt mRNA podczas translacji - np. wypadnięcie aminokwasu, lub włączenie innego = wadliwa struktura białka jw.;

3. Nieprawidłowe pofałdowanie struktury białka i niewłaściwe procesy modyfikacji chemicznej np., metylacja na innym aminokwasie, nadmierna hydroksylacja lub jej brak, brak glikozylacji, utworzenie wiązań wodorowych lub mostków siarkowych w nieco innym układzie zmieniają funkcję białka lub je inaktywują.

Regulacja ekspresji zależy od sygnałów odbieranych przez komórkę, od drogi i sposobu ich przesyłania do jądra oraz od aktywności białek chromatyny decydujących o odsłonięciu sekwencji DNA

METYLACJA DNA (na cytozynie) blokuje ekspresję czyli powoduje wyciszanie genu, prawdopodobnie jest nieodwracalna w pewnych genach. Uważa się, że metylacja jest mechanizmem blokowania ekspresji protoonkogenów.

Zmiany informacji genetycznej nie będące mutacjami

a powodujące w konsekwencji zmiany metabolizmu komórki:

1. Infekcje wirusowe - wirus wprowadza swoją informację genetyczną do komórki, która jest odczytywana tak, że powstają białka wirusowe, a jej replikacja namnaża informację genetyczną wirusa potrzebną dla wirusów potomnych. Wirusy z rdzeniem DNA na ogół wprowadzają swoją informację do jądra, wirusy z RNA pierwotnie tylko do cytoplazmy.

2. Infekcje wirusami typu”retro” (z rdzeniem RNA i genem na odwrotną transkryptazę) - skutki letalne lub onkogeneza.

3. Przemieszczanie transpozonów i plazmidów.

4. Wniknięcie prionów = białek aktywnie i trwale zmieniających inne białka.

5. Celowe manipulacje genetyczne = transgenowanie.

Metody genetyki molekularnej pozwalają na: odczytanie sekwencji DNA, sekwencji RNA, sekwencji aminokwasów w białku, zsyntetyzowanie sztucznych cząsteczek DNA, RNA i białek o pożądanej sekwencji, wykrycie miejsc ekspresji w genomie, podanie inhibitorów ekspresji, pobudzenie ekspresji poprzez aktywację odcinków promotorowych, zablokowanie ekspresji przez włączenie sekwencji nonsensownych, mutowanie na różnym poziomie itp.

Połączenie badań biochemicznych, cytologicznych i komputerowego opracowania wyników pozwoliło na szybki postęp wiedzy z dziedziny genetyki, szczególnie ekspresji genów u Eukaryota. Badania tego typu zmierzają do jak najlepszego poznania mechanizmów biologicznych i wykorzystania ich do celów praktycznych: 1) w medycynie - leczenie chorób genetycznych i nowotworowych; 2) doskonalenie upraw oraz zwierząt hodowlanych. Ostatnio zaczęto stosować metody genetyki molekularnej w połączeniu z kulturami in vitro w celu ochrony gatunków ginących, a więc 3) do ochrony przyrody.

TRANSGENOWANIE -zamierzona zmiana informacji genetycznej na drodze:

- Infekcji (wprowadzenie obcych genów za pomocą zakażenia bakteryjnego, niekiedy wirusowego, plazmidowego)

- Introdukcji (wprowadzenie obcych genów przez wstrzyknięcie lub inkubację w środowisku zawierającym roztwór cząsteczek DNA)

- Mutagenezy, (amplifikacja, poliploidyzacja, delecja, transpozycja)

- Hybrydyzacji (seksualnej i somatycznej)

Infekcję lub introdukcję można wykorzystać do wprowadzenia sztucznych tzn. nieistniejących w przyrodzie genów = konstruktów.

Sztuczne geny konstruuje się metodami biochemicznymi z odcinków DNA występujących w różnych organizmach oraz z odcinków syntetycznych. Konstruuje się rodzaj plazmidu, który składa się z odcinka promotorowego - odpowiedzialnego za przyszłą ekspresję, sekwencji 2 genów: strukturalnego właściwego i markerowego - oba wnoszą nową cechę oraz odcinka ligującego -włączającego obce DNA do chromosomu. Sztuczne geny tzw. konstrukty są opatentowane i produkowane w komercyjnych laboratoriach na sprzedaż; informacja o konstruktach jest w internecie.

Celem transgenowania jest wprowadzenie nowej cechy do organizmu, Koduje ją pożądany gen strukturalny, zaś pozostałe odcinki sztucznego genu (tzw. konstruktu) umożliwiają włączenie go do genomu gospodarza i rozpoczęcie ekspresji. Cecha kodowana przez gen markerowy (także strukturalny) umożliwia stwierdzenie czy transgenowanie doszło do skutku, a niekiedy pozwala też na selekcję i eliminację nie stransgenowanych komórek

Wektory genów: drobiny nieorganiczne pokryte cząsteczkami DNA (introdukcja poprzez iniekcję lub wstrzelenie), wirusy lub bakterie z plazmidami (infekcja).

TERAPIA GENOWA - nowoczesna metoda leczenia chorób metabolicznych o podłożu genetycznym np.: cukrzycy, fenyloketonurii, bielactwa itp. Choroby te powstają na skutek braku lub nieaktywności enzymów regulujących metabolizm. W przypadku cukrzycy są to enzymy regulujące gospodarkę glukozą, w fenyloketonurii - przemiany skrobi i innych cukrowców, a bielactwa wytwarzanie melaniny, czerwieni wzrokowej i bilirubiny.

Terapia genowa może polegać na wprowadzeniu prawidłowych genów do własnych komórek (transgenowanie) lub na wprowadzeniu całych komórek o prawidłowym genomie do organizmu. Ich zadaniem jest zastąpienie wadliwych komórek tak, by możliwe było wytwarzanie brakujących organizmowi białek. Trudności mogą wynikać z równoczesnego działania własnych a nieprawidłowych komórek, których nie można usunąć z organizmu.

W każdym organizmie zwierzęcym istnieje silna obrona immunologiczna skierowana przeciw obcym białkom i komórkom, jakimi są także komórki introdukowane w terapii genowej. Np. w przypadku pewnych białaczek najpierw usuwa się lub uśmierca własne komórki pnia, aby nie było własnych białych krwinek = limfocytów, które konkurowałyby z wszczepionymi prawidłowymi i wywoływały w organizmie blokadę podziałów skierowaną do komórek wszczepionych. Dopiero po zabiciu własnych komórek pnia wszczepia się prawidłowe komórki szpiku i one namnażają zdrowe limfocyty w odpowiedniej ilości. Można też zastosować introdukcję macierzystych komórek plazmatycznych pochodzących z krwi pępowinowej (rodzaj przeszczepu). Ostatnio dowiedziono, że komórki płodowe mają zdolność namnażania się i różnicowania w bardzo rozmaity sposób. W warunkach in vitro można je pobudzić do wykształcenia nawet komórek nerwowych, co do niedawna uważano za niemożliwe.

Metoda inplantacji własnych komórek macierzystych (płodowych) jest najbardziej bezpieczna, ponieważ nie wywołuje reakcji odrzutu immunologicznego. Niestety stworzenie banków komórek macierzystych dla każdego nowonarodzonego człowieka jest bardzo kosztowne, a niekiedy niemożliwe z innych przyczyn.

Przeszczepy i klonowanie.

Przeszczep polega na operacyjnym usunięciu własnego organu i wszczepieniu do organizmu organu innego osobnika (człowieka lub zwierzęcia). Zabieg ten wymaga starannego doboru tkanek dawcy do konstytucji immunologicznej biorcy a także przygotowanie biorcy poprzez obniżenie jego wrażliwości immunologicznej, mimo to często następuje odrzucenie przeszczepu. Przeszczep z innego osobnika wywołuje mobilizację układu immunologicznego, który stara się usunąć obce komórki, dlatego przed dokonaniem przeszczepu konieczne jest zablokowanie układu immunologicznego biorcy. Jest to zabieg niekorzystny dla organizmu, gdyż uszkadza naturalne mechanizmy odporności na infekcje i nowotworzenie. Okres przed dokonaniem przeszczepu i po operacji wymaga specjalnej opieki nad chorym, co komplikuje i podnosi koszty kuracji.

Ostatnio podjęto próby wszczepiania komórek macierzystych lub transgenowanych do chorej tkanki. Wszczepione komórki stymuluje się do podziałów i różnicowania w odpowiednie komórki wypełniające ubytki, np., komórki zdolne do wydzielenia insuliny wszczepia się do wysepek Langerhansa w trzustce, k. macierzyste wszczepia się do serca chorym po zawale aby zastąpiły w mięśniu sercowym komórki martwicze. Specyficzne metody auto-przeszczepów są możliwe w wypadku, gdy od pacjenta można pobrać niewielką cześć tkanek, hodować je przez pewien czas in vitro i ponownie wszczepić do organizmu. Np. po oparzeniach pobiera się fragmenty skóry ze zdrowych miejsc, hoduje w kulturach in vitro i pokrywa nimi ubytki lub blizny. Kultury in vitro skóry, fragmentów tkanki wątrobowej i odcinków naczyń krwionośnych są dość zaawansowane, nie udaje się jednak hodować narządów o większej objętości i miąższości (np. nerka), gdyż nie można in vitro zapewnić tkankom głębiej położonym należytego odżywienia i oddychania. Być może w przyszłości problem ten zostanie rozwiązany dzięki nowym urządzeniom technicznych, które zastąpią naturalny krwiobieg w miąższu hodowanego narządu. Kultury in vitro tkanek i organów jako źródło przeszczepianych komórek budzą mniej oporów natury etycznej niż transplantacje organów ze zwłok, a co gorsza z żywych ludzi. Ostatnio ujawniono możliwość klonowania ludzi in vitro, co stwarza możliwość wyhodowania klonu na przeszczepy. Jest to wysoce niebezpieczne dla równowagi moralnej ludzkości.

Postęp w metodach manipulacji genetycznych i doskonalenie kultur in vitro niesie wiele nadziei ludziom chorym a równocześnie kreuje nowe dylematy etyczno-moralne, prawne i religijne. Niestety trzeba mieć świadomość, że żadne zakazy nie powstrzymają ludzkości przed wykorzystywaniem metod biotechnologicznych, także do złych celów. Prawo i jego konsekwentne egzekwowanie może jednak znacznie zmniejszyć lub opóźnić szkodliwe aspekty tego działania.

Połączenia międzykomórkowe:

Mechaniczne i spajające:

Zamykające

Zwarte = neksus

Desmosomy

Półdesmosomy

Integrujące :

Koneksony (nexus)

Kanały cytomiktyczne

Plasmodesmy

W organizmach zwierzęcych komórki embrionalne są zdolne do ruchu pełzakowego i mogą się przemieszczać w obrębie embrionu. Po dotarciu do miejsca przeznaczenia agregują się tworząc organ. W tym stadium występuje zjawisko hamowania kontaktowego. Komórki rozpoznają się jako podobne sobie i wytwarzają połączenia międzykomórkowe. Typ połaczenia zależy od funkcji komórki w organizmie. W tkankach nabłonkowych, szczególnie nabłonków okrywających istotne jest trwałe połączenie komórek w nieprzepuszczalną warstwę, dlatego komórki nabłonkowe łącza się ze sobą połączeniem zwartym, strefą zamykającą, desmosomami, do podłoża przylegają dzięki hemidesmosomoma, natomiast mniej wytwarzają pól koneksonowych. Tkanka łączna tworzy przestrzenną sieć komórek, które charakteryzują się licznymi desmosomami spajającymi wypustki rożnokształtnych komórek. W komórkach o zsymchronizowanym metabolizmie np. komórkach Sertoliego odżywiających spermatocyty występują duże pola koneksonowe. Komórki nerwowe wytwarzają między sobą 2 rodzaje połączeń synaptycznych :synapsy chemiczne i elektryczne. Synapsy są tworzone też w kontakcie kom. nerwowej i mięśniowej oraz komórek zmysłowych i nerwowych.

U roślin komórki oddzielone są ścianami o budowie odpowiedniej do funkcji tych komórek. W scianach komórkowych istnieją otworki przez które komórki komunikują się między sobą. Mogą to być plasmodesmy łączące zywe komórki lub jamki łaczące martwe elementy tkanek przewodzących. W rozwoju komórek najpierw tworzą się plazmodesmy: po zakończeniu kariokinezy następuje cytokineza, która polega na wytworzeniu przegrody pierwotnej w płaszczyźnie równikowej podziału. Bierze w tym udział specjalny układ mikrotubul rozciągających się między jądrami potomnymi - fragmoplast. Kieruje on pęcherzyki zawierające pektyny do płaszczyzny równikowej, tam one się zlewają w blaszkę środkową ale jest ona nadal poprzebijana mikrotubulami. W ten sposób zaznaczone są miejsca, gdzie w nowotworzonej ścianie pozostają połączenia między protoplastami w formie kanalików wyścielonych plazmolemą. Kanaliki te to plasmodesmy. Tkanki merystmatyczne charakteryzuje zwarte ułożenie komórek poprzedzielanych cienkimi ścianami pierwotnymi z licznymi plasmodesmami. W starszych zróżnicowanych tkankach obserwuje się rozwój wtórnych ścian komórkowych, zmniejszenie liczby plasmodesm, wytworzenie w ich miejscu jamek jak np. w cewkach i naczyniach lub pól sitowych (perforacji) w rurkach sitowych łyka. W miękiszu obserwuje się rozklejanie komórek, które tracą kontakt między sobą na znacznej powierzchni ściany, zmniejsza się wtedy liczba plasmodesm. Plasmodesmy zamykają się w komórkach przeksztalcających się w mejocyty. Bardzo liczne i szerokie plasmodesmy występują w tkankach fizjologicznie zsynchnizowanych np. w tapetum, endotelium.

ZAKODOWANIE I ODCZYT INFORMACJI genetycznej

Sekwencje regulatorowe: replikacyjne i transkrypcyjne

I. W DNA:

TATA, TAAT, TAAC, CAAT - inicjacja replikacji DNA i transkrypcji RNA

II. W RNA

AUG, AAG, AGU< i inne z wielokrotnym A i AU na początku - inicjacja translacji z cząsteczki mRNA

UAA, UAG, UGA, wielokrotne U na początku - terminalizacja translacji czyli sygnał koniec odczytu mRNA

Poli G -początek intronu

Poli AG - koniec intronu - informacja dla enzymów wycinających, czynnych podczas procesu dojrzewania mRNA

SEKWENCJE STRUKTURALNE = kolejność kodonów:

Każdy aminokwas jest kodowany przez 3 nukleotydy = kodon, lecz niektóre aminokwasy są kodowane prze 2-4 nieco odmiennych kodonów.

AUG, AGU = metionina;

AUA = isoleucyna u ludzi

AGA = arginina lub seryna u Drosophila, CUG = leucyna lub seryna u drożdży

UGG = tryptofan; UAU,UAC = tyrozyna

CG, CCGG, CGG, CGC = miejsce metylacji na cytozynie

Metylacja powoduje blokadę ekspresji danej sekwencji; dziedziczenie kodonów przeznaczonych do metylacji decyduje o właściwym wyciszaniu genów. Jest to szczególnie ważne dla protoonkogenów. Powinny one zaprzestać ekspresji, lub podlegać silnej supresji w komórkach różnicujących się.

Zapis informacji genetycznej

Informacja o kolejności i specyfice aminokwasów w białku jest zapisana w genach strukturalnych kodem trójkowym tzn. trzy kolejne nukleotydy tworzą kodon specyficzny dla danego aminokwasu. Odczyt sekwencji nukleotydów trójkami daje sensowną informację, czyli koduje kolejne aminokwasy w peptydzie.

KOT ŚPI POD STO-ŁEM

Podczas replikacji lub transkrypcji (syntezy cząsteczki kwasu nukleinowego odwzorowanego na matrycy DNA) może wystąpić wada odczytu i zmiana sekwencji o jeden nukleotyd. Jest to mutacja punktowa. Większość takich zmian jest usuwana przez istniejący w komórce system naprawczy włączany pod koniec fazy S lub podczas kontroli transkrypcji.

Mutacje punktowe (genowe) = różnica tylko jednego nukleotydu:

Delecja (wypadnięcie)1 zasady (np. K): OTS PIP ODS TOŁ EMx

Insercja (wstawienie) 1 zasady (np. O na początku): OKO TSP IPO DST OŁE Mxx....

Inwersja (odwrócenie) (O zamiast K na początku) OKT SPI POD....

Rezultat mutacji: odczyt (a) nonsensowny lub (b) zmieniony- (a) blokada translacji lub (b) białko wadliwe np.: bez jednego aminokwasu lub z wstawką innych aminokwasów inaczej się konformuje, więc jest nieaktywne.

Mutacje punktowe i genowe w sekwencjach strukturalnych: zazwyczaj prowadzą do wad metabolicznych (zupełny brak lub wadliwe enzymy są przyczyną np. wrodzonej cukrzycy lub fenyloketonurii) albo do onkogenezy. Onkogenezę wywołują mutacje w protoonkogenach = genach dla białek regulujących cykl komórkowy.

Mutacje w sekwencjach regulatorowych np. w supresorowych mogą spowodować ekspresję genu, który powinien być wyciszony a na skutek mutacji nadal będzie czynny, przez co powstanie białko utrzymujące komórkę w cyklu podziałowym - mutacja taka prowadzi do nowotworzenia.

JĄDRO KOMÓRKOWE: budowa i funkcje

1. Jądro komórkowe - obszar wydzielony kulistą cysterną zawierający chromatynę = substancje zbudowaną z DNA i białek oraz karioplazmę = cytoplazmę o specyficznym składzie m.in. zawiera enzymy syntezy DNA i RNA a także gyrazę, helikazę, nukleazy różnego typu.

2. Chromatyna jest nośnikiem informacji genetycznej ponieważ jej rdzeń stanowi DNA w postaci podwójnej spirali 2 cząsteczek ułożonych komplementarnie. Typowa struktura podwójnej halisy nosi nazwę B lub S, lecz spotyka się też stan skręcenia w odwrotnym kierunku w większe skręty zwany Z

3. Sposób rozmieszczenia chromosomów w jądrze i stan chromatyny (euchromatyna i heterochromatyna) zależą od typu komórki i jej stanu fizjologicznego.

4. Jąderko = pewne odcinki chromosomów kodujące rybosomalne RNA skupione w jednym obszarze jądra, gdzie następuje synteza rRNA. Wielkość jąderka zależy od aktywności metabolicznej komórki - jąderko powiększa się w komórkach o intensywnej syntezie białek, a maleje w komórkach wygłodzonych lub w stanie dormancji.

5. Otoczka jądrowa - cysterna połączona z RER - zewnętrzna błona otoczki przyłącza rybosomy, zaś wewnętrzna pokryta laminami, do których przyczepione są chromosomy.

6. W otoczce jądrowej występują otworki (pory) kontaktujące karioplazmę z cytoplazmą komórkową. Przez nie odbywa się szybki transport substratów i enzymów z cytoplazmy do jądra oraz rRNA, tRNA i mRNA z jądra do cytoplazmy.

7. Specjalne białka obudowują pory i regulują ich przepustowość. Liczba por może ulegać zmianie podczas życia komórki i zależy od aktywności metabolicznej.

8. Procesy metaboliczne zachodzące w jądrze to przeważnie syntezy DNA i RNA różnych typów, a także przemiany mRNA polegające na wycinaniu intronów i sklejaniu exonów (processing). Obok licznych typów syntaz (topoizomerazy i replikazy) są też nukleazy rozróżniające kolejność nukleotydów i specyficznie przecinające sekwencje lub wycinające pojedyńcze nukleotydy. Enzymy te biorą udział w procesach replikacji (synteza nici DNA) oraz transkrypcji (synteza RNA na matrycy DNA). Poza tym w karioplazmie występują liczne kinazy i inne białka regulatorowe oraz enzymy zmieniające strukturę chromatyny podczas ekspresji genów (helikaza i gyraza).

9. Funkcje jądra podczas interfazy polegają na przechowaniu i osłonie materiału genetycznego, jego powielaniu (replikacji) oraz udostępnianiu genów do ekspresji (transkrypcji), zgodnie z sygnałami odbieranymi przez komórkę. Jądro kieruje różnicowaniem komórki i jej metabolizmem dzięki swoistej i zróżnicowanej ekspresji genów.

TRANSLACJA

oraz

FORMOWANIE BIAŁEK I SPOSOBY ICH AKTYWACJI

1. Kwasy nukleinowe uczestniczące w translacji: transkrypcja mRNA, rRNA, tRNA; splicing i dojrzewanie cząsteczek, formowanie i transport do miejsc przyszłej translacji, głównie do cytoplazmy.

2. Rybosom - kompleks białkowo nukleinowy o charakterze enzymatycznym zdolny do powtarzalnych zmian konformacji.

3. Lokalizacja translacji w komórce: cytoplazma; stroma, matrix, karioplazma, błony RER i zewnętrzna błona otoczki jądrowej.

4. Przebieg asocjacji molekuł i proces tworzenia peptydu:

1. splicing i transport mRNA do cytoplazmy;

2. przyłączenie małej jednostki rybosomalnej do miejsca promotorowego;

3. przyłaczenie dużej jednostki rybosomalnej i aktywacja rybosomu;

4. przyłaczenie tRNA zwiazanego z metioniną na pozycji Aw rybosomie ustawionym tak by eksponować I kodon dla peptydu (najczęściej UAG = metionina);

5. przyłączenie do rybosomu następnego tRNA z aminokwasem na pozycje A po przestawieniu I tRNA na pozycje B;

6. aktywne akcja rybosomu kreująca wiązanie peptydowe między aminokwasami i przesunięcie II tRNA na pozycję B;

7. uwolnienie I tRNA i odłączenie go od I aminokwasu - metioniny; tRNA wraca do cytosolu;

8. przyłączenie następnego tRNA z nowym aminokwasem na pozycję A;

9. ponownie akcja rybosomu, przesuniecie tRNA na pozycję B, uwolnienie poprzedniego tRNA jak to było wcześniej;

10. wielokrotne powtarzanie cyklu zdarzeń skutkuje wydłużaniem peptydu, aż do ustawienia rybosomu na ostatnim kodonie (oznaczającym ostatni aminokwas I rzedowej struktury peptydu) i przesuniecie na sekwencje regulatorowe mRNA oznaczające koniec translacji;

11. uwolnienie peptydu, który ulega teraz sfaldowaniu do struktury II i III rzędowej, podczas gdy podjednostki rybosomalne odłączają się od cząsteczki mRNA i przechodzą do cytoplazmy; mRNA ulega nukleolizie a nukleotydy przechodzą do cytozolu skąd są transportowane do karioplazmy.

5. Peptyd w formie łańcucha aminokwasów powstały podczas translacji nie jest jeszcze białkiem czynnym. Musi ulec pofałdowaniu wg struktury II i III rzędowej, ulec dodatkowym procesom hydroksylacji, metylacji, fosforylacji glikozylacji itp. co ma wplyw na właściwe skonformowanie białka globularnego, a następnie połączyć się z innymi peptydami, zostać przetransportowany do miejsca przeznaczenia i dopiero tam zaczyna pełnić swoją funkcję. Jeśli jest enzymem może być wielokrotnie aktywowany i inaktywowany w różny sposób np. przez przyłaczenie reszty fosforanowej i po zadzialaniu odłaczenie jej, lub przez przyłaczenie innej cząsteczki + koenzymu.

6. Białko czynne może pełnić funkcje strukturalne lub może być enzymem katalizującym reakcje metaboliczne. Wiele białek pełni równocześnie obie te funkcje np. aktyna jest białkiem budującym włókno cytoszkieletu a zarazem ma aktywność enzymatyczną ATP-azy (odrywa resztę foforanową od ATP). Innym przykładem są białka tworzące pompy (n.p.sodową, wapniową lub wodorową) w błonach biologicznych - są składowymi błony ale także ATP-azami.

7. Ograniczenie czasu trwania układów translacyjnych i aktywności białek. W cytoplazmie zarówno mRNA jak i białko czynne po spełnieniu swoich funkcji podlegają degradacji. Po pewnym okresie działania są kierowane do proteolizy poprzez kompleksowanie i ubikwityną i wtedy w proteasomach ulegają degradacji do aminokwasów na terenie cytoplazmy. Mogą też być importowane do lizosomów, gdzie podlegają proteolizie przez odpowiednie hydrolazy. Do ponownego podjęcia reakcji szlaku metabolicznego Aby w komórce ponownie możliwy był jakiś proces metaboliczny następuje ponowna synteza mRNA i białek. Białka strukturalne i enzymatyczne stale podlegają stopniowej wymianie na nowe. Dla każdego białka odnawia się cały zestaw molekuł potrzebnych do translacji, co wiąże się z odpowiednią transkrypcją w jądrze. Przez całe życie w komórce musi od nowa zachodzić proces transkrypcji i translacji, zatem informacja genetyczna z jądra komórkowego jest stale potrzebna do przebiegu metabolizmu komórkowego. Jest ona odczytywana wybiórczo zależnie od stanu fizjologicznego komórki i bodżców odbieranych przez komórkę. Na tym polega rola jądra komórkowego jako organellum kierującego metabolizmem podczas interfazy.

JĄDRO KIERUJE METABOLIZMEM KOMÓRKOWYM

POPRZEZ WYBIÓRCZĄ EKSPESJĘ GENÓW.

1

---