Biologia, III rok

BIOLOGIA KOMÓRKI

Wykłady

“Omnis cellula e cellula”

HISTORIA

300 lat temu odkryto mikroskop świetlny.

1655r. Hook użył pierwszy raz mikroskopu do obserwacji komórek korka.

1676r. Livencook odkrył I formy żywotne (pierwotniaki) a 10 lat później odkrył bakterie.

1833r. Brown w komórkach storczyków zaobserwował jądro komórkowe.

1838r. Schleiden i Schwann ogłosili teorię komórkową: „Każdy organizm roślinny i zwierzęcy składa się z komórek zawierających jądro komórkowe”.

1857r. Kelliker w komórkach mięśni opisał mitochondria.

1879r. Fleming opisał podziały komórkowe oraz opis zachowania chromosomów.

1898r. Golgi odkrył struktury zwane aparatem Golgiego.

1902r. Boveri, iż chromosomy związane są z dziedziczeniem.

1952r. trzej uczeni rozwinęli metodę mikroskopii elektronowej. Po raz pierwszy zbadano Cytoszkielet.

1957r. Robertson opisał dokładną budowę błony komórkowej.

STOSOWANE METODY BADAWCZE

1. Badania mikroskopowe - zapoznanie z budową i funkcja komórek. Przeciętna średnica komórek 5-20 µm.

1. ŚWIETLNE - max powiększenie do 1000x. Zdolność rozdzielcza mikroskopu tj. najmniejsza odległość 2 widocznych punktów wynosi 0, 2 µm. Rozróżnianie szczegółów.

3 ważne czynniki:

• Odpowiednio przygotowany preparat (utrwalony, cienko pocięty, wybarwiony);

• Padające światło musi być skupione na oglądanym preparacie za pomocą soczewek kondensora;

• Odpowiedni zestaw soczewek obiektywu i okularu.

4 odmiany mikroskopu świetlnego:

• KONTRASTOWO - FAZOWY - pokonanie braku kontrastu dla oka ludzkiego pomiędzy elementami komórki oraz między komórkami a otoczeniem. Kontrastuje struktury. Dodatkowa soczewka.

• INTERFERENCYJNY - stwarza podobne możliwości. Można oglądać preparat niebarwiony. Układ optyczny Nomarskiego. Następuje interferencja promieni świetlnych (nakładanie się).

• FLUORESCENCYJNY - źródłem światło jest lampa UV. Oglądanie niezabarwionych preparatów. Pozwala wykryć określone związki chemiczne.

• AUTOFLUORESCENCJA =pierwotna=naturalna. Np. chlorofil - czerwony; kutyna - żółtozielona; lignina - żółtopomarańczowo zielona.

• FLUORESCENCJA WTÓRNA - po zastosowaniu fluorochromów łączących się z elementami komórki. Np. oranż akrydyny łączy się z DNA i RNA. Wówczas DNA - zielony, a RNA - czerwony. Błękit anilinowy do wykrycia kalozy barwiącej się wtedy na żółto.

• KONFOKALNY = współogniskowy - źródłem światła jest laser emitujący promieniowanie w zakresie bliskim UV. Kreśli równoległe linie po badanym preparacie. Eliminacja tła preparatu. Obraz bardzo wyraźny. Mikroskop często połączony jest z kamerą i monitorem. Przez zmianę odległości obiektywu od preparatu można oglądać poszczególne warstwy. Obraz przestrzenny komórki - bryła. Dokładna lokalizacja organelli.

MIKROSKOP ELEKTRONOWY I JEGO TYPY

Źródłem światła jest strumień elektronów. Powiększenie do miliona razy. Zdolność rozdzielcza ok. 2nm. Obserwacja budowy organelli oraz pojedynczych cząstek. Ogólna konstrukcja zgodna z zasadami budowy mikroskopu świetlnego. Strumień elektronów wytwarzany przez działo elektronowe, przyspieszane i uginane przez soczewki elektromagnetyczne. 2 typy:

• TRANSMISYJNY - (TME); preparat niebarwiony, do 2nm. Do skontrastowania używane SA sole metali ciężkich. Obraz rzutowany na ekran monochromatyczny (czarno-biały), utworzony przez ciemne i jasne kontury.

• SKANINGOWY - (SME); obraz trójwymiarowy; 3-20 nm; uzyskuje się elektronogramy.

Przygotowanie preparatów: do zobrazowania organelli stosuje się cieniowanie. Stosowana jest platyna. Struktury wypukłe - cienka warstwa Pt; a struktury wklęsłe - gruba warstwa Pt.

2. METODY CYTOCHEMICZNE - można uzyskać dokładne informacje o budowie cząsteczek. Wykrycie In situ określonych związków chemicznych.

1. Reakcja PAS - wykrywa wielocukry;

2. Reakcja Folgena - wykrywa DNA;

3. Reakcja FIF - fluorescencja indukowana, wykrywa aminy;

IMMUNOCYTOCHEMIA - wykrycie przy pomocy przeciwciał pojedynczych rodzajów białek. Reakcja antygen-przeciwciało.

HYBRYDOCYTOCHEMIA - wykrycie określonych fragmentów kwasów nukleinowych. Zjawisko hybrydyzacji kwasu nukleinowego.

METODA PCR - powielenie DNA o takiej samej sekwencji.

3. AUTORADIOGRAFIA - wykrycie białek i kwasów nukleinowych. Wykorzystanie zjawiska zaczernienia emulsji światłoczułej. Podaje się izotopy promieniotwórcze. Znakowane nukleotydy są włączane do organelli. Promieniowanie beta emitowane przez izotop wytraca ziarna metalicznego srebra.

4. CYTOMETRIA PRZEPŁYWOWA - pozwala na ilościowa ocenę właściwości fizycznych i chemicznych komórek. Używane są zawiesiny komórek. Mogą to być same wyizolowane jądra. Odczyty są zliczane i analizowane przez komputer. Nie należy ona do technik mikroskopowych; obejmuje metody immunocytochemiczne. Ma zastosowanie w cytologii, medycynie, weterynarii. Można wykryć kształt i rozmiary komórek, obecność określonych białek, cukrów aktywność receptorów. Służy do diagnostyki chorób krwi, zaburzeń układu immunologicznego.

5. BADANIA BIOCHEMICZNE I MOLEKULARNE - najbardziej dokładne. Pierwszy etap to elektroforeza - zdolność do poruszania się cząsteczek obdarzonych ładunkiem w polu elektrycznym. Metoda służy do rozdziału mieszanin białek i kwasów nukleinowych. W przypadku kwasów nukleinowych elektroforeza odbywa się na żelu agarozowym; a w przypadku białek - na żelu poliakrylamidowym w obecności dodecylosiarczanu sodu (SDS). Największa efektywność daje elektroforeza dwukierunkowa. Umożliwia rozdział białek na dwuwymiarowej płaszczyźnie. Wyodrębnia około 1000 białek. W drugim etapie identyfikuje się rozdzielone białka i kwasy nukleinowe. Do identyfikacji służy metoda BLOTTING (odciskanie). Wyróżnia się 3 odmiany blottingu:

• SOUTHERNBLOTTING - wykrycie DNA lub RNA. Stosowane są sondy znakowane fluorochromem.

• NOTHERNBLOTTING - wykrywa RNA;

• WESTERNBLOTTING - wykrywa białka. Sondą znakowane są przeciwciała.

BUDOWA I RÓŻNICOWANIE KOMÓRKI

Komórka jest podstawową jednostka budulcową i strukturalną każdego organizmu. Samodzielnie ma zdolność do wzrostu podziału. Średnia średnica jej wynosi 5-20 µm. Wszystkie komórki wg teorii ewolucjonizmu powstały ze wspólnej prakomórki wyjściowej około 3 - 3, 5 mld lat temu.

PROCARYOTA (bez jądra)

• Bakterie

• Cyjanobakterie = sinice

Małe organizmy długość do 7 µm, jednokomórkowe, ale tworzą łańcuchy, grona przypominające struktury wielokomórkowe. Brak błony jądrowej, nie mają wyodrębnionego jądra. Brak organelli. Występuje gruba ściana komórkowa 15-100 nm, czasami pokryta śluzem. U bakterii chorobotwórczych śluz może być bardzo gruby. Chroni przed rozerwaniem, pomaga utrzymać kształt. Właściwa błona - kompleks białkowo-lipidowy. U niektórych bakterii tworzy wypustki do wnętrza by zwiększyć powierzchnię oddechową. Błona posiada receptory białkowe, odbiór bodźców ze środowiska. Chromosom bakterii - dwuniciowa kolista cząsteczka DNA =plazmid. W cytoplazmie 3 rodzaje RNA: m, t i r. Stała sedymentacji rybosomów: 70S. Zdolność ruchu poprzez wytworzenie licznych rzęsek zbudowanych z flageliny (białko).

SINICE

Najpierwotniejsze organizmy autotroficzne. Mogą zawierać karoten, ksantofil. Barwniki te są rozproszone w cytoplazmie bądź wbudowane w błoniaste struktury przypominające tylakoidy. Bakterie i sinice mają złożone układy molekularne umożliwiające syntezę wszystkich związków niezbędnych do życia. Dzięki swojej wszechstronności zasiedliły planetę i stanowią główną jej masę.

EUCARYOTA

Obecność wyodrębnionego jądra komórkowego. Mitochondria, chloroplasty, system błon (ER, AG, lizosomy = tzw. System GERL), pęcherzyki transportujące. Cytoszkielet wewnątrz komórki. Do Eucaryota zaliczamy organizmy:

• Jednokomórkowe - drożdże, pierwotniaki;

• Wielokomórkowe - grzyby, rośliny i zwierzęta.

JĄDRO

• Największe organellum, centralnie zlokalizowane;

• Magazyn informacji genetycznej;

• Otoczona błoną jądrową;

• Przed podziałem DNA przybiera zwartą strukturę w postaci chromosomów;

• 2n komórki somatyczne;

• 1n komórki płciowe;

MITOCHONDRIA

• Zawierają własne DNA

• Owalne, otoczone błoną;

• Wytwarzają energię chemiczna w postaci ATP;

CHLOROPLASTY

• Tylko w komórkach roślinnych;

• Zawierają własne DNA

• Otoczone podwójna błoną;

• Wnętrze zawiera stosy błon (tylakoidy) z chlorofilem;

AG - diktiosom; stos spłaszczonych woreczków.

LIZOSOMY - trawienie wewnątrzkomórkowe.

PEROKSYSOMY - małe, rozkładają nadtlenek wodoru.

PĘCHERZYKI BŁONOWE - udział w stałej wymianie materiałów.

Wszystkie organelle są zanurzone w przestrzeni o charakterze półpłynnego żelu - cytozol.

CYTOSZKIELET - system włókienek (cienkich filamentów i mikrotubul) rozciągających się przez cały Cytoszkielet. Niezbędny do funkcjonowania komórki. Nadaje odporność mechaniczną. Warunkuje kształt komórki. Ma decydującą rolę w podziałach komórkowych.

JEDNOŚĆ I RÓŻNORODNOŚĆ KOMÓREK

Wszystkie komórki różnią się wielkością, kształtem i pełnionymi funkcjami. Kształt ich może być bardzo zróżnicowany:

• Pantofelek - kształt łodzi podwodnej; dużo rzęsek.

• Neuron mózgu - liczne wypustki mogące być 10 x dłuższe niż grubsze;

• Komórka roślinna - mniej zróżnicowany kształt.

Niektóre komórki otoczone są cienka błoną i warstwą śluzu. Komórki kostne otoczone są twardą, zmineralizowaną substancją.

Komórki różnią ponadto wymaganiami: jedne potrzebują tlenu, a dla innych może on być zabójczy.

Komórki wydzielnicze funkcjonują jak fabryki.

ORGANIZMY MODELOWE

1. PROCARYOTA - bakterie to najmniejsze i najprostsze komórki, żyją najprościej. Kształt kulisty, pałeczki, śrubowaty. Ściana komórkowa, błona komórkowa podwójna lub pojedyncza; cząsteczka DNA. Brak wyodrębnionego jądra. Rozmnażanie przez podział, (co 20 minut). Szybkie tempo podziału: w ciągu 11 godzin jedna bakteria tworzy 5 mld komórek potomnych!! Populacje mogą szybko ewoluować, mogą nabywać nowe cechy. Mogą żyć w gorących wulkanach. Zdolność do foto- lub chemosyntezy. Główna masa biosfery. Np. Escherichia coli żyje w jelicie cienkim kręgowców; DNA kieruje syntezą około 4000 różnych białek. Replikacja i transkrypcja zachodzą tak samo jak w naszych organizmach.

2. GIARDIA - najprymitywniejszy Eucaryota. Ma wyodrębnione dwa jądra i cytoszkielet. Jednokomórkowy organizm pasożytniczy. Brak innych organelli. Żyje w warunkach beztlenowych w jelicie cienkim.

3. DROŻDŻE PIEKARNICZE - prosta komórka; małe, jednokomórkowe grzyby. Mają ścianę komórkową, ale nie maja chloroplastów. Rozmnażanie przez podział. Organizmy roślinne - zwierzęce.

4. PIERWOTNIAKI - jednokomórkowe, tworzą wiele form. Fotosynteza, ale mogą być mięsożerne. Skomplikowana budowa, rzęski. Np. Didinum - mięsożerny pierwotniak (odżywia się pierwotniakami). Kuliste ciało owinięte dwoma pasmami rzęsek. Szybko pływa.

5. Arabidopsis thaliana (gęsiówka)

6. Caenorhabditis elegant (nicień) - dokładna liczba komórek tworzących jego ciało to 959.

7. Homo sapiens - ludzkie komórki badane tylko w hodowlach komórkowych In vitro.

ORGANELLE KOMÓRKOWE

BŁONY BIOLOGICZNE

Podstawowy składnik każdej komórki. Bariera oddzielająca. Utrzymuje kształt, wzrost i zmiany kształtu. Bakterie mają pojedynczą błonę. Komórki eukariotyczne mają cytolemmę oraz błony otaczające wszystkie organelle. Tworzą one przedziały komórkowe. Błona jądrowa to nukleolemma.

Wszystkie błony zbudowane są z 3 elementów:

• Lipidów

• Białek

• Węglowodanów

Wszystkie maja wspólny plan budowy.

Model płynno-mozaikowej budowy błon: podwójna warstwa lipidowa, w której są zanurzone cząsteczki białka. Grupy hydrofilowe na powierzchni warstwy; a hydrofobowe, wewnątrz dwuwarstwy.

Lipidy błonowe są to cząsteczki amfipatyczne.

Właściwości błon:

1. Względna ciągłość tylko warstwy lipidowej. Ma ona zdolność rozsuwania się i obejmuje agregaty białkowe. Białka nie stanowią fazy ciągłej.

2. Białka posiadają labilność połączeń, co umożliwia zmianę położenia i występowanie w różnych miejscach.

3. Lipidy i białka maja zdolność zmiany położenia. Mogą przechodzić z jednej warstwy do drugiej.

4. Mozaikowość - rozmieszczenie lipidów i białek jest asymetryczne. Bark regularnie powtarzających się jednostek. Jedna strona różni się od drugiej.

LIPIDY

1. FOSFOLIPIDY

1. Aminowe

1. Fosfatydyloetanoloamina

2. Fosfatydyloseryna

2. Cholinowe

1. Cholina

2. Mielina

3. Fosfatydyloinozytol

2. GLIKOLIPIDY

1. Glikosfingolipidy

2. Gangliozydy

3. Galaktocerebrozyd

3. CHOLESTEROL

W wodzie tworzą dwuwarstwę. Fosfolipidy są amfipatyczne. Główki rozpuszczają się w wodzie, tworzą wiązania wodorowe. Ogonki są nierozpuszczalne w wodzie (niepolarne). Poddane 2 siłom sprzecznym:

• Główka przyciągana przez wodę;

• Ogonki są odpychane.

W wyniku działania tych sił powstaje dwuwarstwa. Każda warstwa odciągana jest w przeciwnym kierunku. Dwuwarstwa ma zdolność samo zasklepiania się. W przypadku rozdarcia cząsteczki szybko się przegrupowuje i zasklepia rozdarcie. Jeśli rozdarcie jest duże to dwuwarstwa rozpada się na pęcherzyki.

Dwa rodzaje ruchów lipidowych:

• ROTACYJNE - obrót wokół własnej osi w obrębie jednej warstwy.

• FLIP-FLOP - cząsteczki zmieniają swoje położenie; z górnej warstwy do dolnej i na odwrót.

Płynność bony jest bardzo ważna dla komórki:

1. Umożliwia dyfuzję białek błonowych i ich wzajemne oddziaływanie;

2. Umożliwia fuzje błon ze sobą i wymienianie się cząsteczek;

3. Ważna w podziałach komórkowych;

4. W komórkach zwierzęcych płynność błony zmieniana jest przez cholesterol. Powoduje on usztywnienie błon. Zmniejsza się ich płynność oraz przepuszczalność. Odkłada się on w przestrzeniach między sąsiednimi cząsteczkami fosfolipidów.

5. Asymetria dwuwarstw wynika z:

1. Nierównomiernego rozmieszczenia fosfolipidów;

2. Nierównomiernego rozmieszczenia glikolipidów, ale tylko po stronie zewnętrznej, tworzących tzw. Glikokalix czyli płaszcz ochronny.

3. Po stronie wewnętrznej - przewaga białek integralnych i powierzchniowych.

6. Selektywnie przepuszczalne - błony przepuszczają tylko pewne cząsteczki. Stanowią barierę kontrolującą transport. Szybko dyfundują:, CO₂, O₂, benzen, woda, etanol. Wolniej: glicerol. Nieprzepuszczalne dla wszystkich jonów i związków rozpuszczalnych w wodzie. Aby mogły one przeniknąć przez błonę muszą być transportowane przy udziale białek transportujących.

BIAŁKA BŁONOWE

Białka pełnią większość funkcji. Różnią się one budowa i ciężarem. U zwierząt zawartość białek stanowi do 50 % masy błon.

Białka:

1. Sposób związania z błoną:

1. Strukturalne = integralne; integralnie związane z błoną;

2. Peryferyczne = powierzchniowe - związane tylko z jedną warstwą dwuwarstwy.

2. Z uwagi na funkcje:

1. Transportujące, np. pompa sodowo-potasowa - wprowadza potas a wyprowadza sód.

2. Wiążące np. integryny.

3. Receptory, np. PDGF;

4. Enzymy.

Białka błonowe związane z dwuwarstwą w dwojaki sposób; bezpośrednio i pośrednio.

Roślinne białka błonowe - funkcje i budowa są mniej poznane. Bardzo dobrze poznana u szpinaku. Błona szpinaku zawiera ponad 100 polipeptydów. 80 % to białka integralne, a pozostałe 20 % to białka powierzchniowe. Przykłady:

• Pompa protonowa i wapniowa;

• Nośniki jonów P i azotanowych;

• Nośniki sacharozy i auksyny;

• Kanały potasowe i wodne;

• Receptory etylenu i cytokinin;

• Grupa kinaz białkowych.

Zwierzęce białka błonowe - białka integralne erytrocytów. Błony erytrocytów - model do poznania budowy błon komórkowych. Glikoforyna A oraz białko B3SE (białko 3. Szczytu elektroforetycznego).

GLIKOFORYNA A

• Białko transbłonowe, monotypowe;

• 28 kDa

• Składa się z 131 reszt aminokwasowych

• Należy do bardzo silnie zglikozylowanych

• Część, do której przyłączone są cukry wystaje ponad błony;

• Główną reszta cukrową jest kwas sjalowy;

• W 1 erytrocycie jest 6 x 10⁵ glikoforyny A

• Funkcja nie została poznana;

• Organizmy pozbawione tego białka nie wykazują żadnych zaburzeń.

B3SE:

• Występuje w liczbie 1x10⁶ na powierzchni erytrocytu;

• 100 kDa

• 939 reszt aminokwasowych

• 5x większe od glikoforyny A;

• Należy do grupy białek politropowych (około 10 x przechodzi przez błony)

• Białko transbłonowe;

• Reguluje transport anionów podczas usuwania, CO₂ z erytrocytów.

Innym białkiem błonowym bakterii jest, BAKTERIORODOPSYNA:

• 250 reszt aminokwasowych

• W błonie bakterii słonolubnych

• 7-krotnie przechodzi przez błonę (politropowe);

• Grupa receptorów białkowych

• Działa jak transbłonowe białko transportujące

• Każda cząsteczka zawiera cząsteczkę retinalu, która nadaje bakterii charakterystyczną ciemnofioletową barwę.

BIAŁKA SZKIELETOWE:

• Tworzą pod błona specjalna wyściółkę włóknistą;

• Kotwiczą się do niektórych białek, np. do B3SE;

• Łącznik pomiędzy białkami błonowymi a elementami cytoszkieletu;

• Utrzymuje kształt komórki;

• Zapewnia elastyczność i wytrzymałość;

• 11 typów białek szkieletowych;

SPEKTRYNA - białko szkieletowe erytrocytów:

• Najważniejsze

• Dimer (monomer α i β), 240 I 220 kDa

• Dimery łączą się tworząc tetramer

• Konce filamentów łączą się z filamentami aktyny I tropomiozyny;

Białka utrzymują kształt dwuwklęsły erytrocytów.

Zaburzenia w ekspresji alfa lub beta spektryny powodują zmiany kształtów erytrocytów, co prowadzi do poważnych zaburzeń metabolicznych. Podłoże genetyczne.

Funkcje białek błonowych:

1. Przyczepiają filamenty cytoszkieletu do błony komórkowej

2. Przyczep do macierzy międzykomórkowej

3. Udział w transporcie do i z komórek ( białka nośnikowe, kanałów, pompy)

4. Działają jak receptory dla sygnalizacji chemicznej;

5. Wykazują swoistą aktywność enzymatyczna.

WĘGLOWODANY

Decydują one o asymetrycznej budowie błony komórkowej. Stanowią 5-10 % masy i występują, jako cukrowce związane z białkami tzw. Glikoproteiny, a także z tłuszczami tworząc glikolipidy. Białka błonowe, do których przyłączane SA długie łańcuchy cukrów to PROTEOGLIKANY, a krótkie łańcuchy to OLIGOSACHARYDY. Na powierzchni błony występują: galaktoza, mannoza, glukoza, fukoza, galaktozamina, glukozamina, kwas sialowy. Cukry mogą się łączyć różnymi typami wiązań tworząc rozpuszczalne łańcuchy oligosacharydowe. Węglowodany wspólnie z białkami tworzą na powierzchni glikokalix. Funkcje glikokalixu:

• Zabezpieczenie powierzchni komórek przed uszkodzeniami mechanicznymi, chemicznymi;

• Silnie pochłania wodę, że powierzchnia komórek jest śliska, (co pozwala na przeciskanie się leukocytów przez naczynia włosowate);

• Zwiększa asymetrię;

Funkcje węglowodanów białkowych:

• Występowanie określonych monosacharydów na końcu oligosacharydów determinuje grupy krwi;

• Kwas sialowy odpowiada za ładunek;

• Oligosacharydy pomagają w utrzymaniu glikoprotein w błonie;

• Umożliwiają utrzymanie IV-rzędowej struktury białkowej;

• Biorą udział w rozpoznawaniu innych komórek, przyleganiu i adhezji;

TRANSPORT PRZEZ BŁONY:

• BIERNY wynika z różnicy gradientu stężeń po obu stronach błony. Zewnętrzna warstwa błony ma ładunek ujemny a więc cząsteczka naładowana dodatnio łatwo jest transportowana; a naładowana ujemnie - trudniej.

• DYFUZJA PROSTA polega na transporcie przez błony zgodnie z gradientem stężeń bez udziału przenośników. Mogą przenikać substancje łatwo rozpuszczalne w lipidach, cząsteczki gazów CO₂, N, glicerol, etanol.

• DYFUZJA UŁATWIONA = transport wspomagany - uzależniona od Bałek transportujących. Każdy typ błony ma swój charakterystyczny zestaw białek transportujących.

2 klasy białek transportujących:

1. NOŚNIKOWE - wiążą przenoszone związki np. jony, zmieniają swoja konformację, w ten sposób mogą być przenoszone małe cząsteczki organiczne i jony nierozpuszczalne.

2. KANAŁOWE - są zamknięte. Mogą się otworzyć pod wpływem zmiany ładunku elektrycznego błony, depolaryzacji błony lub związania się ligandem lub w skutek czynności mechanicznych. Białka kanałowe tworzą w błonie pory, przez które substancje mogą przechodzić. Większość przepuszcza tylko jony - kanały jonowe.

• AKTYWNY - wbrew gradientowi stężeń transport substancji od stężenia mniejszego do większego. Transport czynny, energochłonny związany z określonymi procesami chemicznymi, w których bierze udział ATPaza. W ten sposób transportowane są jony sodu, potasu i wapnia.

DZIAŁANIE POMPY Na-K

Transport sodu na zewnątrz a potasu do wnętrza komórki. Utrzymywanie różnicy jonów zachodzi przy użyciu energii. ATPaza, hydroliza ATP do ADP i ulega fosforylacji. Sód jest uwolniony następnie de fosforylacja ATPazy w wyniku tej konformacji na zewnątrz są transportowane 3 jony Na a do wnętrza 2 jony K. Pompa ta występuje w błonach komórek nerwowych powodując ich polaryzację i depolaryzację a także hamowanie i pobudzanie impulsów nerwowych.

POMPA WAPNIOWA

Zasady działania podobne do pompy Na-K. Jony wapnia umożliwiają skurcz mięśnia. Energia potrzebna do transportu czerpana jest z hydrolizy ATP. Transport jonów odbywa się w 2 kierunkach:

1. OSCYLACYJNYM - przy przenikaniu jonów wapnia do wnętrza komórek mięśniowych (do sarkoplazmy) i następuje skurcz komórki mięśniowej.

2. W kierunku odwrotnym - rozkurcz. Odpowiednie stężenie jonów wapnia umożliwia mitozę i apoptozę.

Transport makrocząsteczek np. bakterie, fragmenty komórek, endocytoza polega na transporcie makrocząsteczek w postaci obłonionej z zewnątrz do wnętrza. Wpuklona błona tworzy pęcherzyk endocytarny - ENDOSOM. Jest to małe, kuliste ciałko otoczone błoną.

EGZOCYTOZA - transport makrocząstek z wnętrza do przestrzeni międzykomórkowej. Fuzja pęcherzyków z błoną i następnie wydalane jest na zewnątrz.

FAGOCYTOZA - polega na włączeniu do komórek stałych dużych cząstek o powierzchni 250 nm. Do pęcherzyka dołączają się lizosomy tworząc fagolizosomy.

PINOCYTOZA - transport mniejszych cząsteczek 150-250 nm. Włączenie do komórki substancji rozpuszczonych w płynie.

TRANSCYTOZA - sposób transportu makrocząsteczek przez cytoplazmę z jednej powierzchni na inną przez całe wnętrze komórki. Endocyt jest transportowany z endosomów wczesnych do późnych z pośrednictwem pęcherzyków transportujących.

POTOCYTOZA - rodzaj transportu do komórek małych cząsteczek. Pęcherzyki tworzą się przez tworzenie jamek zawierających receptory dla transportowanych cząsteczek.

POŁĄCZENIA MIĘDZYKOMÓRKOWE

Komórki w tkankach ściśle ze sobą współgrają, przylegają. Jest to możliwe za pomocą struktur nazwanych połączeniami międzykomórkowymi. Umożliwiają rozpoznawanie przyleganie do błony podstawnej komunikację między komórkami.

Możemy je podzielić na 3 typy:

1. Połączenia typu zamykającego ACCLUDENS

2. Połączenia zwierające ADHESCENS

3. Połączenia jonowo-metaboliczne NEXUS

Połączenia te zbudowane są z 2 tych samych części, z których każda należy do 2 sąsiednich komórek.

ACCLUDENS - bardzo szczelne, nieprzepuszczalne. Reprezentowane przez specyficzny rodzaj połączeń: obwódka zamykająca i szczelina. Nieprzepuszczalne dla jonów i cząsteczek. Wyjątkowa szczelność wynika z częściowej fuzji błon. Wspomagana przez białka receptorowe tworzące rodzaj sznurów równoległych do powierzchni nabłonka. Biegną wzdłuż bocznych ścian komórki. Odgraniczają wierzchołek od środowiska zewnętrznego.

Okrywają jelito cienkie, zapobiegają przenikaniu enzymów trawiennych, ograniczają obszar błony.

Występują w pęcherzu moczowym - zapobiegając przed ucieczką wody do moczu.

ADHESCENS - Zapewniają mechaniczną wytrzymałość. Odporne na rozrywanie. Powstają przez połączenie cytoszkieletów komórek. Występują w 3 postaciach:

1. Obwódka zwierająca

2. Desmosomy

3. Hemidesmosomy

Występowanie:

• W komórkach wyściełających jelito cienkie, gdzie tworzą pasma;

• W nabłonkach - naskórek, pochwa, szyjka macicy;

• Między komórkami mięśnia sercowego.

NEXUS - Najczęściej występujący typ połączeń. Przenikają przez niego jony oraz związki drobnocząsteczkowe do 1500 masy cząsteczkowej. Kształt pasm biegnących wzdłuż bocznych ścian komórkowych. Połączenie przypomina ścianę z otworkami = koneksomy. Zbudowane z białka KONEKSYNY z 6 podjednostek. W środku kanał 1, 5 nm. Kanały mogą się otwierać lub zamykać w wyniku zmiany konformacji koneksyny. Transport wymaga energii ATP, jonów wapnia i wodoru.

Występowanie:

• W komórkach nerwowych tworzą synapsy elektryczne;

• W komórkach mięśniowych i gruczołowych;

• W sercu synchronizują skurcz tkanki i automatyczne skurcze serca.

WYTWORY BŁON

Struktury na powierzchni błon:

• Mikrokosmki

• Rzęski

• Wici

• Stereocylia

MIKROKOSMKI

Palczaste wypustki nabłonków absorpcyjnych. Tworzą Rabek szczoteczkowy lub wchłaniający. Długość 0, 5-1 µm; szerokość 0, 1 µm. Na powierzchni 1 komórki znajdują się 3000 mikrokosmków. Zwiększają one powierzchnię chłonną. Otoczone błona komórkową. Rdzeń składa się z 30 równoległych do siebie filamentów aktynowych. Szczytowa część pokryta glikokalixem. Mogą wykonywać ograniczone ruchy zgodnie z mechanizmem ślizgowym.

STEREOCYLIA

Długie mikrokosmki występujące w nabłonku wyściełającym przewód najądrza. Umożliwiają ruch gametocytów męskich. Występują również w uchu wewnętrznym - przedsionek i ślimak.

RZĘSKI I WITKI

Rzęski są ruchomymi wypustkami komórek nabłonkowych (komórki nabłonkowe jajowodu, tchawicy). Przesuwanie substancji płynnych lub ruch komórki jajowej. Długość rzęski 5-10 µm. Występują w liczbie 300 na powierzchni 1 komórki. Szerokość 0, 2 µm. U człowieka ogólna powierzchnia urzęsionych nabłonków wynosi 0, 6 m2.

Witki występują pojedynczo. Długość 80 µm. Nadają ruch plemnikom. Aksonema łączy się z cytoplazmą za pomocą ciałka podstawowego - kinetosomu. Zbudowane z 9 par mikrotubul ułożonych promieniście. Pary częściowo-połączone ze sobą. W środku 2 niepołączone mikrotubule. (9+2). Mikrotubule zbudowane z białka. Łączą się ze sobą za pomocą białka NEKSYNY. Ramiona z białka DYNEINY w każdej z mikrotubul. Aksonema zagłębia się do cytoplazmy za pomocą kinetosomu.

Ruch wg mechanizmu ślizgowego. Białko motorowe dyneina ślizga się wzdłuż sąsiednich par mikrotubul. Powoduje to ślizganie się witki lub rzęski. Szybkość: 20 ruchów/minutę rzęsek. Prędkość: 500 µm /sekundę.

Pierwsza faza zginania się (efektywna); druga - powrotna (prostowanie się).

Wici: ruchy symetryczne śrubowe/faliste.

JĄDRO KOMÓRKOWE

Opisane pod koniec XVII wieku. W 1832 r. Louis Brown nadał mu nazwę nucleus. Występuje w komórkach eukariotycznych, odpowiedzialne za replikacje DNA i transkrypcje. Wielkość jego i kształt zależą od stanu czynnościowego i typu komórki. W młodych komórkach o dużej aktywności jądro jest duże kuliste z jąderkiem i rozproszoną chromatyną. W komórkach starych - o małej aktywności kształt jądra ulega zmianom. Następuje kondensacja lub fragmentacja chromatyny. Kształt i wielkość jądra zależy od faz cyklu komórkowego.

G1 - jądra są małe, kuliste.

G2 - jądra duże o mniej regularnym kształcie.

Średnica od 5-40 µm. Brak go u erytrocytów i w komórce rogowej warstwy naskórka. W większości komórek występuje zazwyczaj jedno jądro. Dwa jądra w: komórkach gruczołowych żołądka, komórkach baldaszkowatych pęcherza moczowego i w komórkach tkanki chrzęstnej.

Wielojądrzaste: komórki tkanki kostnej i komórki mięśni szkieletowych.

Jądro może być zlokalizowane: centralnie, ekscentrycznie lub może zmieniać swoje położenie.

Składniki jadra interfazowego:

• Otoczka jądra

• Macierz

• Chromatyna

• Heterochromatyna - skondensowana

• Euchromatyna - rozproszona

• Jąderko

• Strefa per- i interchromatyny

• Ciałka jądrowe (wtręty jądrowe)

OTOCZKA JĄDROWA

• Struktura dynamiczna i asymetryczna

• Oddziela zawartość jądra od cytoplazmy komórki

• Transport i wymiana w porach jądrowych

• W obrębie otoczki wyróżniamy warstwy:

• Zewnętrzna błonę jądrową od strony cytoplazmy

• Wewnętrzną od strony nukleoplazmy

• Przestrzeń okołojadrową

• Blaszkę jądrową = lamina

• Pory jądrowe

CHROMATYNA

Chromatyna (z gr. chroma - barwa) wybarwia się na intensywny kolor.

Histony:

• Białka zasadowe

• 10-23 kDa

• Dużo aminokwasów zasadowych (Lys, Arg)

• 5 klas histonów: H2A, H2B, H3, H4, H1

• Nie wykazują swoistości gatunkowej ani tkankowej

• Najłatwiej można wyizolować histon H1

W jądrach interfazowych 2 rodzaje chromatyn:

• Euchromatyna (rozproszona), aktywna transkrypcyjnie;

• Heterochromatyna (zbita), tworzy gęste, ciemne obszary. Przylega do błony jądrowej. Nieaktywna transkrypcyjnie.

W obu zachodzi replikacja DNA.

BUDOWA CHROMATYNY:

Podstawową jednostka jest nukleonom. W nim rdzeń nukleosomu. Rdzeń tworzą dwa tetramery białek histonowych (oktamer). Na rdzeniu nawinięty jest odcinek DNA - 140 par zasad. DNA łączące długości 60 par zasad łączy nukleosomy. Wyglądem przypomina sznur korali połączonych ze sobą DNA łączącym. Tworzą one nukleofilament.

ETAPY ZWIJANIA NICI DNA:

1. Zwijanie DNA na oktamerach. Skrócenie długości DNA z 2m do około 30 cm ( 7x krótsze). Rozluźnianie przy udziale białka histonowego H1.

2. Dalsze skrócenie z 30 cm do około 4 cm, przez upakowanie we włókienka. Tworzy się solenoid - spiralnie zwinięty nukleofilament.

3. Solenoid tworzy pętle. W każdej pętli DNA tworzy nukleotyd długości 70 mm. 60-200 tys. par nukleotydów. Każda pętla stanowi jednostkę czynnościową chromatyny. W każdej pętli niezależnie odbywa się replikacja DNA.

4. Najwyższy stopień upakowania DNA. W chromosomie 10000-krotne skrócenie nici DNA z 2 m do 200 µm.

Chromosom metafazowy zbudowany z chromatyd połączonych centromerem w przewężeniu pierwotnym. Ramiona różnej długości. Przewężenie wtórne - organizator jąderkowy (NOR).

CENTROMER:

• Miejsce, do którego dołączają się białka kineto choru

• Molekularna budowa bardzo różna: najmniej skomplikowana u drożdży

CHROMOSOMY OLBRZYMIE

1. POLITENICZNE

1. W gruczołach ślinowych larw muchówki

2. Powstają w wyniku endoreplikacji chromatyd

3. Liczba chromatyd zależy od ilości endoreplikacji

4. 10 endoreplikacji u larw owadów

5. Do 1000 chromatyd

6. Komórka ślinianki jest 1n

7. Specyficzna prążkowana struktura. Oprócz prążków - pierścieniowate zgrubienia tzw. pierścienie Balbaniego. Powstały one wyniku ułożenia obok siebie chromosomów występujących w postaci pojedynczych ziaren. 1000 ziaren tworzy prążki. Każdy pierścień - 5-10 prążków. W rejonie pierścienia - de kondensacja chromatyny. Na pętlach zachodzi transkrypcja 3 rodzajów RNA.

8. Prążki poprzedzielane rejonami niebarwiącymi się (rejony międzyprążkowe).

2. SZCZOTECZKOWE

1. Budową przypominają szczoteczki

2. Występują częściej w oocytach prawie wszystkich kręgowców;

3. Pojawiają się w profazie (diploten)

4. Zmiany w strukturze i aktywności transkrypcyjnej chromosomów. Uwidaczniają się chromosomy siostrzane tworzące tetramer. W diplotenie przejściowa de kondensacja chromosomów i tworzenie pętli chromatyn.

5. W oocytach zauważono wzmożoną syntezę rRNA i tworzenie się jąderek dodatkowych;

6. Stadium to może trwać bardzo długo. Następuje pierwsze zahamowanie mejozy. U płazów trwa ono rok. U człowieka do 50 lat.

CHROMATYNA PŁCIOWA

• Silnie zasadochłonna grudka chromatyny

• Silnie skondensowana, nieczynna forma jednego z dwóch chromosomów X u kobiety

• Unieczynnienie jednego z X zachodzi w życiu zarodkowym

• Obecna w 90 % wszystkich komórek somatycznych

MACIERZ JĄDROWA

Element jądra. Struktura pozachromatynowa. Inaczej zwana matrix, nukleoszkieletem, szkieletem jądrowym.

• Rodzaj zrębu podtrzymującego składniki jądra

• Rola w regulacji syntezy i transkrypcji DNA

• Zbudowana z filamentów i ziaren zanurzonych w kariolimfie;

• W składzie 13 rodzajów białek:

• Strukturalne - tworzą filamenty

• Funkcjonalne - enzymy

• 8 rodzajów Bałek - matryny budującej filamenty

• 5 rodzajów białek - laminy

• Ziarna zbudowane z rybo nukleiny

PERCHROMATYNA

Zbudowana z włókienek i ziaren (ryboprotein), w postaci małych wysepek pod otoczka jądra. Zawierają mRNA. Miejsce przejściowego przechowywania mRNA, Horna. Miejsce obróbki Horna.

INTERCHROMATYNA

W postaci wysepek na terenie całego jądra. Zbudowana z włókienek i ziaren. Miejsce zgrupowania podjednostek rybosomów.

CIAŁKA JĄDROWE = wtręty jądrowe

W wielu rodzajach komórek. Kształt owalny. Zbudowane z rdzenia i otoczki. Pochodzenie nieznane. Znaczenie i funkcja nieznana. Liczba rośnie w komórkach intensywnie się dzielących i syntetyzujących białka.

JĄDERKO

Nukleolus. Struktura nieobłoniona. Kuliste, dynamiczne. Zanika w profazie, pojawia się w telofazie. U człowieka występuje na 5 akrocentrycznych chromosomach. Składniki: chromatyna, białka, ziarna.

Typy jąderek:

1. GĄBCZASTE - uformowane w nukleolemme. Aktywne transkrypcyjnie. W większości komórek syntetyzujących jąderkowy RNA.

2. ZWARTE - aktywne. Jednolite, ciasne upakowanie włókienek i ziaren. Występuje w młodych jadrach szybko rosnących komórek.

3. ZWARTE Z SEGREGACJĄ SKŁADNIKÓW - nieaktywne, składniki rybonukleoprotein (RNP) tworzą oddzielne strefy (segmenty).

4. PIERŚCIENIOWATE - obwodowe ułożenie RNP. Zahamowanie syntezy RNA, ale stan odwracalny. Aktywne i nie-.

5. RESZTKOWE=MIKROJĄDERKA - nieaktywne; występują w komórkach starszych, degenerujących się.

Funkcje jąderka:

• Wytwarzanie składników rybosomów;

• Geny chromatyny występują oddzielnie dla 18S, 20S, 5,8S, 5S;

• Każdy gen wytwarzany za pomocą polimerazy RNA1.

45 S RNA rozpada się. Cięty przez nukleazy na 3 fragmenty: 28S-RNA, 18S-RNA, 5,8S-RNA, które są podjednostkami rybosomów. W cytoplazmie powstają podjednostki rybosomowe: mała 40S i duża 60S.

NUKLEOLOGENEZA

Tworzenie jąderek w nowych komórkach potomnych. Poprzedzone jest dezorganizacja jąderka macierzystego. Przed profaza w czapeczce korzenia. Wolniej w telofazie. Zanikanie i odtwarzanie.

REPLIKACJA I TRANSKRYPCJA

Replikacja DNA prowadzi do podwojenia DNA i podwojenia liczby chromosomów.

Semikonserwatywny - kopiowany jest każdy z dwóch komplementarnych łańcuchów i powielany. Zachodzi w fazie S interfazy, przy udziale całego kompleksu enzymatycznego - aparat replikacyjny.

Budowa aparatu replikacyjnego:

• Enzymy rozplatające podwójną helisę

• Enzymy stabilizujące jednoniciowy DNA

• Polimerazy DNA

Replikacja może też odbywać się poza cyklem komórkowym, tzw. Endoreplikacja. Prowadzi ona do uzyskania jąder poliploidalnych.

Etapy replikacji:

1. Początek odbywa się przy użyciu enzymów helikazy, białka inicjujące replikację w miejscu „on”. Określone sekwencje DNA są rozpoznawane przez helikazy, które rozdzielają te łańcuchy i musi nastąpić jeszcze stabilizacja pojedynczych łańcuchów. Tworzą się widełki replikacyjne. Każda z nici służy, jako matryca.

2. Widełki replikacyjne - tu zachodzi proces replikacji na rozplecionej strukturze DNA przyjmującej kształt litery Y. W obrębie widełek proces odbywa się dwukierunkowo, przez polimerazy DNA od końca 3' do 5' a nowy łańcuch powstaje w kierunku przeciwnym od 5' do 3'. Kolejność nukleotydów wyznacza matryca DNA. Potrzebna jest energia.

3. Do rozpoczęcia syntezy potrzebna jest prymasa, która syntetyzuje krótki 9-10 nukleotydowy fragment RNA, jako starter. Po utworzeniu starteru polimeraza zgodnie z zasada komplementarności przyłącza nukleotydy. Synteza odbywa się na 2 łańcuchach.

1. Synteza łańcucha ciągłego i opóźnionego. Widełki są asymetryczne. Łączenie poszczególnych nukleotydów za pomocą polimerazy a fragmenty są łączone przy pomocy ligazy DNA. Wydłużanie łańcucha potomnego odbywa się wskutek przesuwania się aparatu enzymatycznego. Zdarzają się błędy, ale jest system naprawiający. Wytwarzane SA liczne mechanizmy naprawy DNA. NAPRAWA: wycinanie całych nukleotydów, wyciszanie zasad (pojedynczych nici).

TRANSKRYPCJA

Enzymatyczna synteza RNA na matrycy DNA. Zachodzi na terenie jądra. Przepisanie sekwencji nukleotydowej z DNA na mRNA. Enzymy przeprowadzające ten proces to polimerazy RNA I, II, III i wiele białek pomocniczych. W wyniku transkrypcji powstają długie łańcuchy transkrypty, które ulegają różnym zmianom.

Etapy:

1. Wiązanie polimerazy przy pomocy dodatkowych białek.

2. Inicjacja. W określonym miejscu startu promotor przylega do obszaru regulatorowego. Promotor składa się z 200 nukleotydów zawierających sekwencję powtarzającą TATA. Udział genów przyspieszających lub opóźniających.

3. Elongacja. Wydłużanie się łańcucha polinukleotydowego, w których powstają kolejne wiązania fosfodiestrowe łączące nukleotydy.

4. Zakończenie. W określonym miejscu polimeraza musi odczytać odpowiednia sekwencję AAUAAA.

Heterogenne RNA = pre-mRNA, = hnRNA

Dojrzewanie RNA = splicing, podczas transkrypcji, w cytoplazmie ulega modyfikacjom. Pre-mRNA jest wierną kopią sekwencji matrycowego RNA. Są tu egzony i introny. Wycinanie intronów a egzony łączą się ze sobą. Dojrzewanie to zamiana pre-mRNA na mRNA!!!

W komórkach eukariotycznych w procesie dojrzewania zaangażowane jest wiele białek i niskocząsteczkowego RNA, które tworzą splicing. Połączone introny tworzą strukturę przypominająca lasso, które jest wycinane i degradowane. W końcowej fazie mRNA dochodzi do kowalencyjnego łączenia egzonów w ciągły łańcuch mRNA. Tak powstałe mRNA przemieszcza się z jądra do cytoplazmy. Naniesione zostają na nie rybosomy i następuje biosynteza białka na rybosomach.

TRANSPORT JĄDROWO-CYTOPLAZMATYCZNY

Pomiędzy jądrem a cytoplazma odbywa się transport jonów, niskocząsteczkowych metabolitów i enzymów, które warunkują procesy zachodzące w jądrze i cytoplazmie. Wymiana jest kontrolowana czynnikiem ograniczającym. Duzy wpływ ma wielkość transportowanych cząsteczek. Małe jony i cząsteczki przechodzą przez otoczkę jądrową na zasadzie transportu aktywnego. Duże cząsteczki - przez pory jądrowe np. albuminy, mioglobiny. Cząsteczki o średnicy do 5 nm przenikają łatwo a powyżej 7 nm - transport na zasadzie endocytozy.

TOTIPOTENCJA JĄDRA

Inaczej wszechstronność. Szczególnie jądro zapłodnionej komórki jajowej zawiera pełna informację genetyczną determinującą rozwój całego organizmu. W wyniku totipotencji jądra najpierw dochodzi do różnicowania się komórek, podziałów, stopniowego powstawania nowych komórek.

Totipotencja u zwierząt - w dojrzałych tkankach zablokowana. Jądra komórek somatycznych nie posiadają już właściwości różnicujących w przeciwieństwie do roślin - totipotencja jest zachowana. Jeśli spełnione są warunki: w warunkach In vitro. W świecie roślin szczególny jest fakt ujawnienia pełnej totipotencji w jądrach komórek 1n. u niektórych można uzyskać roślinę z niezapłodnionych zalążków (rośliny są wtedy 1n).

W medycynie - zainteresowanie komórkami macierzystymi, które odznaczają się totipotencją. Komórki te mają zdolność namnażania się. Z komórek macierzystych powstają inne specjalistyczne komórki. Komórki macierzyste występują w tkance mięśniowej, wątrobie, trzustce dorosłych zwierząt i człowieka. U niemowlaków - w krwi pępowinowej i tkankach embrionalnych.

MITOCHONDRIA

Występują u Eucaryota. Mitochondrialny DNA stanowi 0, 2 % całego DNA komórki. Zbudowane są z dwóch błon: wewnętrznej i zewnętrznej o typowej dwuwarstwowej budowie. Błona wewnętrzna jest wpuklina do środka i tworzy grzebienie o różnych kształtach - blaszkowate, rurkowate. Między błonami znajduje się wąska przestrzeń. Błona wewnętrzna otacza wnętrze mitochondriom, czyli matrix. W epidermie korzenia mitochondria są nieliczne, ale w komórkach tkanek aktywnych mogą zajmować do 20 % powierzchni. Najwięcej jest ich w komórkach wątroby - do kilku tysięcy! Mitochondria są zróżnicowanej wielkości. Długość ich wynosi od 0, 5 do 2 µm. Natomiast szerokość od 0, 2 do 0, 8 µm. Wielkość i kształt są zmienne w różnych stadiach rozwojowych komórki i zależą także od aktywność metabolicznej komórki. Mogą ulegać fuzji lub rozpadać się na mniejsze. Fuzje zaobserwujemy w komórkach roślinnych. Natomiast rozpad u drożdży. Mitochondria nie mają stałego miejsca w cytoplazmie. Ich lokalizacja jest najczęściej uzależniona od miejsc zapotrzebowania na energię.

W błonie wewnętrznej znajdują się 3 rodzaje białek:

• Transportujące metabolity do i z mitochondriów.

• Enzymatyczne łańcucha oddechowego biorące udział w oksydacji.

• Kompleksu enzymatycznego bogate w syntetazę ATP w postaci grzybków, zwane cząsteczkami transportu elektronowego.

W błonie zewnętrznej znajdują się transbłonowe kompleksy białek:

• Transportujące

• Enzymatyczne do transformacji, monooksygenazy P-450.

W macierzy znajduje się wiele enzymów katalizujących przemiany acetylo-CoA, enzymy katalizujące przemiany kwasu pirogronowego, wolne rybosomy, mtDNA. Mitochondria są powiązane elementami cytoszkieletu. Obecne są kanały: potasowy i wapniowy.

Funkcje:

• Uwalnianie i magazynowanie ATP

• Przemiany kwasów tłuszczowych i kwasu pirogronowego

• „elektrownie”

MITOPLASTY - odmiana mitochondriów. Brak błony zewnętrznej. Otrzymywane są w warunkach laboratoryjnych.

CZĄSTKI SUBMITOCHONDRIALNE (smt) - powstają po użyciu ultradźwięków, które rozrywają obie błony.

Fosforylacja oksydacyjna - zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Wykorzystanie energii uwolnionej do transportu elektronów podczas łańcucha oddechowego.

MUTACJE GENOMU MITOCHONDRIALNEGO - podwójna nic pozbawiona intronów, u człowieka zawiera 16569 par nukleotydów. DNA mitochondrialne koduje 2 rodzaje rRNA, 13 z 67 polipeptydów budujących kompleksy łańcucha oddechowego. Mutacje i delecje prowadzą do zaburzeń syntezy białek, co powoduje upośledzenie fosforylacji.

Istnieją 3 hipotezy powstania mitochondriów:

1. Powstają one w komórkach de Novo;

2. Powstają z innych organelli;

3. Powstają wskutek podziału organelli istniejących przed mitochondriami. Najbardziej prawdopodobna.

PLASTYDY

Występują tylko u roślin, u Eucaryota. Mają własne DNA. Do nich należą:

• Chloroplasty - zapewniają samożywność; synteza węglowodanów;

• Chromoplasty;

• Leukoplasty;

• Pro plastydy - prekursor;

CHLOROPLASTY - występują w komórkach tuż pod błoną. Najbardziej zróżnicowane u glonów. Otoczone podwójną błoną rozdzielona cienką przestrzenią. Tylakoidy układają się w stromy - grana. Wielkość grana zależna od gatunku rośliny. Posiadają typowe błony białkowo-lipidowe. Błona zewnętrzna jest przepuszczalna dla jonów. Natomiast błona wewnętrzna przepuszcza wybiórczo. Lipidy tylakoidów stanowią 35 - 40 %; białka do 60 %. Błona tylakoidów zbudowana głównie z galaktolipidów - 75 %. Chlorofil znajduje się tylko w błonach tylakoidów. Inne barwniki to: karoteny i fikobiliny. Stroma zawiera plastoglobule DNA, rybosomy oraz enzymy związane z replikacją, transkrypcją, syntezą DNA. Rybosomy te są mniejsze od cytoplazmatycznych.

PEROKSYSOMY - pierwotne utleniacze. Nazwane mikrociałami. Małe pęcherzyki wielkości 0, 5 do 1,5 µm, otoczone pojedynczą błoną. Pełnią rolę organelli utleniających, ale nie syntetyzują ATP. Kompleks enzymatyczny: oksydoreduktazy i katalaza. Produkują nadtlenek wodoru rozkładany do wody i tlenu. Rozkład H₂O₂ może przebiegać 2 sposobami: z udziałem katalazy i peroksydazy. Peroksysomy zawierają około 50 różnych enzymów biorących udział w różnych procesach; głownie są to oksydoreduktazy - enzymy katalizujące rozkład puryn; ponadto enzymy cyklu gluksalynowego.

Rdzeń stanowi nukleoid otoczony macierzą. Pojedyncza błona. Nukleoid składa się z wielu rurek, które mogą być złożone z kilku warstw tworzących sześcian lub tylko z 2 warstw - typ blaszkowy.

Funkcje:

• Zużywają około 20 % tlenu na utlenienie różnych związków. Wytwarzana jest energia = ciepło.

• W komórkach mięśnia sercowego - utleniają etanol.

• Przeprowadzają beta-oksydację kwasów tłuszczowych.

Peroksysomy roślinne to GLIOKSYSOMY, odkryte w roku 1967. Zawierają m.in. liazę i syntetazy: jabłczanową, izocytrynianową, dehydrogenazę jabłczanową i akonitazę. Współpracują z mitochondriami i chloroplastami w procesie oddychania.

ORGANELLE GERL - system błon wewnętrznych; opisany w roku 1973:

1. Aparat Golgiego

2. Siateczka śródplazmatyczna

3. Lizosomy

Przepływ błon polega na sukcesywnym tworzeniu się pęcherzyków. System błon wewnętrznych odgrywa kluczowa rolę w powstawaniu organelli, gromadzeniu niektórych substancji, biosyntezy i transportu poza cytoplazmę.

SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA (u zwierząt) = ER (u roślin)

Ilość i budowa zależą od typu komórki, od stanu fizjologicznego i etapu rozwojowego. Duża różnorodność form ER jest spowodowana wielością funkcji:

• Biosynteza białek lipidów;

• Transport białek błon pomiędzy komórkami;

• Regulacja gospodarki jonów wapnia i protonów

• Gromadzenie białek zapasowych i lipidów.

Błony ER u roślin tworzą sieć utworzoną z mikrotubul (gładkie, bez rybosomów) i z cystern (szorstkie zawierające rybosomy).

Siateczka śródplazmatyczna jest zbiorem kanalików lub cystern zamkniętych błoną.

RER (szorstkie)

Długie, błoniaste kanaliki (cysterny). Pokrycie rybosomów nie jest stałe, występuje tylko w czasie biosyntezy białek potem się one odłączają. Światło kanalików jest miejscem złożonych procesów potranslacyjnych. Błona budująca RER oddziela wnętrze retikulum od cytoplazmy. Budowa obu błon jest bardzo podobna.

Wyjątek stanowią limfocyty - niemające RER albo bardzo mało i wtedy funkcje biosyntezy pełni błona jądrowa.

Błona RER jest bardzo płynna od błony komórkowej gdyż zawiera więcej fosfatydylocholiny, a mniej cholesterolu i sfingomieliny. Błona RER nie wykazuje asymetrii charakterystycznej dla innych błon. Białkowy składnik błon siateczki zawiera białka integralne odpowiedzialne za eksport białek mody fik. Postranslacyjne białka siateczki na 4 grupy:

• Białka eksportowe

• Lizosomalne (synteza lipidów)

• Utleniające

• Redukujące

Plemniki i erytrocyty nie posiadają RER.

RER najliczniej występują w komórkach, które wyspecjalizowały się w syntezę białek na eksport.

Głównym zadaniem RER jest synteza i modyfikacja białek eksportowych. Synteza 3 rodzajów białek:

• Integralnych błony

• Liposomowych

• Sekrecyjnych = transportowcyh

Białka transportowe po translacji muszą przejść przez kilka barier hydrofobowych. Bariery błon RER, AG, błon komórkowych. Aby ten zsyntetyzowany łańcuch mógł pokonać RER musi być wyposażony w odpowiednią sekwencje aminokwasów, która jest sygnałem kierunkowym.

SER (gładkie)

Tworzy sieć rozgałęzionych kanalików, występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem erytrocytów. Rola: w neutralizacji trucizn, hydrolizie glikogenu w wątrobie, podnoszeniu glukozy we krwi. Zaangażowana w syntezę lipidów - trój glicerydy cholesterol, sterydy, fosfolipidy i glikolipidy. Enzymy, które kierują syntezą zlokalizowane są w błonach SER. Duża liczna SER występuje w komórkach gruczołów dokrewnych, komórkach kory nadnerczy.

Siateczka śródplazmatyczna SR jest to wyspecjalizowana gładka siateczka. Głównym zadaniem jest magazynowanie jonów wapnia. Uwolnienie jonów wapnia umożliwia skurcz mięśni.

Inne funkcje:

• Udział ER w podziale jądra, tworzeniu przegrody pierwotnej;

• Tworzenie ściany komórkowej

• Udział w organizacji wrzeciona kariokinetycznego

• Źródło do odtworzenia błon otoczki jądrowej

• Kontrola stężenia jonów wapnia

• Miejsce kotwiczenia elementów cytoszkieletu

• Podczas podziału cytoplazmy wychwytuje i utrzymuje w rejonie przegrody pęcherzyki z diktiosomów, co umożliwia zlewanie się tych pęcherzyków i zapewnia w ten sposób odpowiednią płaszczyznę przegrody pierwotnej

• W komórkach roślinnych udział ER w tworzeniu się zgrubień ściany

APARAT GOLGIEGO

Należy on do systemu wakuolarnego cytoplazmy łącznie z osłonka jądrową i systemem, lizosomalnym. Błoniaste cysterny w liczbie do 6 do 20 ułożone są jedna na drugiej i rozdęte przy końcach. Cały taki system to DIKTIOSOM. Cysterny są otoczone pęcherzykami. W diktiosomie występują 2 bieguny:

• Sieć CIS (synteza) - w pobliżu jądra; tutaj znajdują się zbiorniczki z rybosomami.

• Sieć TRANS (dojrzewanie) - w drugim kierunku; błona jest gładka.

Transport odbywa się od CIS do TRANS w pęcherzykach.

Opisano 2 formy AG:

• SIATECZKOWE - w komórkach kręgowców z wyjątkiem gamet;

• DIKTIOSOMOWE - dla komórek roślinnych i bezkręgowców.

Funkcje:

• Modyfikują struktury makrocząsteczek;

• Segregacja makrocząsteczek wg budowy chemicznej

• Kierują transportem makrocząsteczek.

Mogą to być makrocząsteczki białek, proteoglikanów, glikoprotein. Przechodzą one przez AG ulegając zmianom kowalencyjnym. Są modyfikowane do oligosacharydów z asparaginianem i dodawane do cząsteczki białka grup siarczanowych i kwasów tłuszczowych. Zachodzi proces glikozylacji białek, lipidów, proteoglikanów, które powstają w RER. Te zmodyfikowane makrocząsteczki grupowane wg budowy otaczane błoną w sieci trans. Następuje ich transportowanie w 2 kierunkach:

1. Ku endosomom późnym lub lizosomom gdzie ulegają strawieniu,

2. Ku błonie komórkowej gdzie na ogół są pęcherzykami wydzielniczymi.

Dwa rodzaje transportu:

• KONSTYTUTYWNY - pęcherzyki wydzielnicze wytwarzane przez pączkowanie od sieci trans do błony komórkowej bez sygnałów zewnętrznych.

• WYBIÓRCZY - regulowany przez sygnały zewnętrzne (komórki tarczycy pod wpływem impulsów pochodzących z przysadki). W powstawaniu pęcherzyków bierze udział białko KLATRYNA pokrywająca pęcherzyki. Wiąże się ona z błoną i powstaje wybrzuszenie w postaci pęcherzyka.

PRECYRKULACJA błon komórkowych. W procesie wydzielania w wyniku fuzji pęcherzyka z błona następuje nie tylko usuwanie pęcherzyka przez błonę, ale także budowanie pęcherzyków. Oba procesy pozostają w równowadze.

Roślinny AG jest miejscem biosyntezy i dojrzewania polisacharydów tworzących ścianę komórkową.

Zwierzęcy AG - biosynteza lipidów błon komórkowych.

LIZOSOMY

Z lizosomami zwierzęcymi związane są endosomy - błoniaste struktury cytoplazmy. Przyjmują on epos tac zbiorników, cewek, pęcherzyków. Biorą udział w procesie endocytozy. Wyróżniamy endosomy wczesne i późne. Nazwa wczesnych pochodzi stąd, że materiał w pęcherzykach pojawia się szybko; znajdują się w pobliżu błony. Endososmy późne znajdują się w pobliżu jądra. Materiał pojawia się w nich później.

Lizosomy mogą tez powstawać w sieci trans. Wewnątrz odczyn kwaśny. Wiele enzymów hydrolitycznych - proteazy. Enzymy syntetyzowane są w RER skąd transportowane w pęcherzykach do AG. Tam ulegają modyfikacji.

Funkcje endosomów i lizosomów:

• Udział w endocytozie i trans cytozie;

• Udział w transporcie i trawieniu wewnątrzkomórkowym;

TRANSCYTOZA - materiał przechodzi z pęcherzyka transportującego do endosomów późnych do przeciwległej błony komórkowej.

WAKUOLE

One również należą do systemu błon wewnętrznych GERL, tylko u roślin. Liczba i wymiary różnią się od rodzaju tkanki i stadium rozwojowego. Komórki merystema tyczne - liczne i małe wakuole. W mezofilu - tylko 1 centralna wakuola zajmująca 90 % komórki.

Wyróżnia się 2 typy wakuoli pod względem funkcjonalnym:

1. Lityczne LV

2. Gromadzące białka zapasowe PSV

Oba typy łączą się ze sobą w większości komórek. Najbardziej wielofunkcyjne organelle pełnią funkcje statyczne zwiększenie cytoplazmy do objętości komórki lub funkcje dynamiczne - akumulowanie związków w wakuolach.

Funkcje:

• Gromadzenie różnych substancji, np. barwniki

• Przeprowadzanie hydrolizy

• Utrzymywanie odpowiedniego turgoru - wnętrze wakuoli - duże stężenie jonów nieorganicznych, kwasów organicznych, aminokwasów

• Błona otaczająca wakuolę to tonoplast. Musi być wyposażona w kompleksy białkowe niezbędne do przeprowadzeni transportu. Tonoplast zawiera kanały jonowe, wodne, przenośniki, pompę protonową, pirofosfatazę,

• Duże znaczenie w utrzymaniu homeostazy komórki

• Funkcja obronna

• Gromadzą wtórne metabolity - morfina

Mechanizmy umożliwiające gromadzenie substancji w wakuolach:

• Pobieranie przez tonoplast

• Gromadzenie związków wbrew gradientowi stężenia - transport aktywny;

• Wakule wytworzyły mechanizm wychwytywania i przyłączania wtórnych metabolitów do białek i ich krystalizacje lub tworzenie kompleksów alkaloidów z kwasem mekonowym.

KANCEROGENEZA = proces tworzenia nowotworu

Podstawowe zaburzenie prowadzące do powstania nowotworu - nieregularna stała proliferacja komórek oraz odporność komórek na czynniki powodujące śmierć. Komórki dzielą się w sposób niekontrolowany, co prowadzi do wzrostu ich liczby. Normalne komórki ulegają transformacji nowotworowej. Jest ono skutkiem nagromadzenia wieloletnich zmian w budowie DNA. Zmienione DNA koduje nieprawidłowe mRNA i białka. Zmienione białko nie wykonuje swej funkcji lub wykazuje nadmierną aktywność.

Zmiany genów zachodzące w czasie kancerogenezy dotyczą 2 genów: protoonkogenów regulujących podziały komórkowe. Zmienione protoonkogeny to onkogeny. Drugie to geny supresorowe kodujące białka hamujące podziały komórkowe. To zmodyfikowanie powoduje brak zahamowania podziałów.

Rozwój nowotworu wskutek klonalnego rozwoju najczęściej z pojedynczej zmienionej komórki. Tworzy się klon komórek nowotworowych pochodzących o zmienionej komórki. W jednej z komórek klonu może nastąpić klo nacja komórek. Komórki te izolują się i wchodzą na drogę nieprawidłowego rozwoju.

Progresja nowotworu - początkowo zachodzi powoli, latami. Doprowadzona do powstania komórek niezależnych i one opuszczają miejsce pierwotne i rozsiewają się po całym organizmie. Blokują odporność, zwiększają masę i powodują śmierć.

Nowotwory łagodne - to komórki nowotworowe namnażające się przy pomocy naczyń limfatycznych tworząc przerzuty.

ONKOGENY

Zmutowany gen kodujący białko, który inicjuje syntezę nieprawidłowego białka, co jest związane z nieprawidłowymi podziałami. Onkogenami mogą być retrowirusy. Komórki zakażone wirusem Przenosza onkogen, który może stać się nowotworem. U ludzi są to wirusy:

• EBV - Chłoniaki - nowotwory limfocytów B; złośliwe.

• HPV - nowotwory skóry, odbytu i narządów rodnych; złośliwy.

• Wątroby - związany z zakażeniem, HBV; złośliwy.

Samo zakażenie nie oznacza, że nowotwór się rozwinie, ale jest bardzo prawdopodobne. Znaczenie maja czynniki genetyczne, czyli środowisko, dbanie o zdrowie.

Powstanie onkogenów w komórkach niezarażonych wirusem:

Onkogeny mogą powstać z protoonkogenów w wyniku mutacji. Mutacje punktowe - zamiana G na T. duże homozygotyczne delecje - utrata jednego z pary chromosomów homologicznych. Translokacja chromosomowa. Metyzacje cytozyny w pozycji 5' w obrębie promotora bogatego w C i T. amplifikacje genów = powielenie.

GENY SUPRESOROWE

Działają hamująco. Geny występują w dwóch kopiach chromosomów homologicznych - jeden od matki, drugi od ojca. Działanie tych genów jest dominujące. Inaczej jest z genami supresorowymi kodującymi białka supresorowe. Obecność jednego z genów wystarczy by komórka nie stała się nowotworową - geny recesywne.

Przykłady genów supresorowych nowotworu:

• Duże stężenie białka p53 (nie ma go w komórkach zdrowych) wiąże się z mutacja genu P53 syntetyzującego białko p53. Są to najczęściej mutacje punktowe. Następuje w późnym etapie kancerogenezy. Białko to może indukować wiele genów. Przy małym wzroście stężenia p53 pojawiają się dimery tego białka hamujące cykl komórkowy. p53 inicjuje apoptoze i komórka nowotworowa obumiera. u osób chorych gen ten jest niestety zablokowany lub występuje zmutowany gen p53 i nie dochodzi do apoptozy.

• Gen p16 (INK4)

• BCR/ABL

TELOMERY

Występują na końcach chromosomów. Zabezpieczają je przed rozpadem lub sklejeniem i przed każdym podziałem są skracane. Wystarczają na około 70 podziałów. Są różnej długości. Jedną z przyczyn nowotworów jest zdolność odbudowywania telomerów. Aktywna telomeraza odbudowuje telomery. W normalnych warunkach wytwarzana jest ona tylko w życiu płodowym. Obecność telomerazy w wielu komórkach nowotworowych, co tłumaczy ich nieśmiertelność. Zahamowanie aktywności telomerazy sprawia, że komórki nowotworowe giną.

BRAK OBRONY IMMUNOLOGICZNEJ PRZECIW RAKOWI

Zmieniona reaktywność antygenowa, zmieniona obrona immunologiczna. W warunkach In vitro mogą Niszczyc zdrowe komórki; w warunkach In vivo tylko czasami. Antygeny związane z rakiem pojawiają się wewnątrz komórek.

Przyczyny braku odporności:

• Antygeny nie znajdują się na powierzchni komórek, więc nie dają sygnału zagrożenia.

• Komórki białaczki wytwarzają substancje hamującą dojrzewanie tymocytów w grasicy, z których powstają limfocyty B. Nie tworzą się komórki zwalczające białaczkę.

• Szybki przyrost łącznej masy komórek nowotworowych. Jest on za szybki w stosunku do komórek guza nowotworowego.

• Wystąpienie zjawiska tolerancji bądź jego odpowiedź jest niewystarczająca (układ immunologiczny nie działa lub działa za słabo).

Przyczyny nowotworów:

1. Geny supresorowe

2. Aktywna telomeraza

3. Brak obrony immunologicznej

SZKIELET CYTOPLAZMATYCZNY

Szkielet cytoplazmatyczny to 3-wymiarowa sieć włókien białkowych. Łączy składniki cytoplazmy ze sobą i z błona. Funkcje:

• Decyduje o kształcie i wewnętrznej organizacji

• Transport i rozmieszczenie

• Skurcz komórki

MIKROTUBULE

Rurka średnicy 25 nm i grubości ściany 5 nm. Mogą być pojedyncze lub tworzyć układy. Składają się z dwóch cząsteczek: białka, TUBULINY α i β, które łączą się i tworzą hetero dimery. Tubulina α - biegun -; tubulina β- biegun +.

Tubulina alfa - nie wchodzi w skład mikrotubuli. Inicjuje polimeryzację mikrotubul w centro sferze tworząc centra polimeryzacji mikrotubul.

Tubulina γ w centrosferze.

Dimery alfa i beta polimeryzują tworząc protofilamenty. Mikrotubule przesuwają się. Polimeryzacja rozpoczyna się w cytoplazmie w pobliżu centrioli. Kolchicyna i winkrystyna hamują polimeryzację. Zatrzymanie podziałów następuje w metafazie. Substancje te to ANTYMITOTYKI. Mikrotubule we wszystkich komórkach w grupach. Tez, jako proste składniki cytoszkieletu decydują o kształcie. Wiążą się z białkami towarzyszącymi mikrotubulom (MAP). Wpływ na polimeryzacje i de-. MAP2 i białko TAU - zapobiegają depolimeryzacji. Stabilizują położenie równoległe w dendrytach i aksonach. Nadmierna fosforylacja TAU - bezwiedne ułożenie mikrotubul w aksonach i dendrytach - choroba Alzheimera. Zaburzenia funkcjonowania mózgu.

Miejsce powstawania mikrotubul: centriole tylko w komórkach zwierzęcych. Organizacja w centrach organizacji mikrotubul. Wykrycie na powierzchni jądra, na błonie, w plastydach.

CENTRIOLE - występują w komórkach zwierzęcych. Każda zbudowana z 9 trójek ułożonych centrycznie. W środku znajduje się filament i DNA.

FILAMENTY POŚREDNIE

Średnica 10 nm. Zlokalizowane w całej cytoplazmie. Występują pojedynczo lub tworzą sieci/pęczki. Bardzo stabilne i wytrzymałe na rozciąganie. Odporne na działanie związków chemicznych. Nadają wytrzymałość. W naskórku filamenty sąsiednich komórek łączą się ze sobą za pomocą połączeń międzykomórkowych. Fibrylarne polipeptydy łączą się bocznymi powierzchniami. Masa cząsteczkowa 40 - 200 000. Jeden rodzaj komórek ma jeden główny typ filamentu pośredniego. Wyróżnia się 6 rodzajów filamentów pośrednich:

• Cytokeratynowe kwaśne

• Cytokeratynowe zasadowe = tono fibryle = tonofilamenty. W komórkach nabłonkowych, w nabłonku naskórka.

• Wimentymowe, desminowe i glejowe. W komórkach tkanki łącznej.

• Neurokeratynowe = neurofilamenty, składniki szkieletu neuronów.

• Laminowe, laminy blaszki jądrowej; tworzą sieć gęstych filamentów pod osłonką jądrową.

• Nestynowe - budują filamenty pośrednie w neuronach zarodków i mięsni.

Każdy typ jest charakterystyczny dla określonej tkanki. Wykorzystywane w badaniach immunocytochemicznych do rozpoznawania chorób przez histopatologów (choroby nowotworowe). Funkcje filamentów pośrednich:

• Zapewnienie wytrzymałości chemicznej (nabłonki okrywające). Sieci filamentów łączą się z białkami desmoplakinami.

• Tworzą pęczki lub sieci przyczepiające się do błony. Białka towarzyszące odpowiadają za strukturę i dynamikę.

Białka grupy IFAP - towarzyszące:

• Filagryna

• Parane mina

• Synemina

• Emecyna

MIKROFILAMENTY

CIENKIE

Zbudowane z aktyny. Do 20 % białek w komórkach mięśniowych; a w niemięśniowych do 5 %. Ruch komórek, kurczenie się i przemieszczanie całych organelli. Udział w cytokinezie. Związane z innymi białkami nadającymi kształt komórce.

Średnica mikrofilamentów cienkich wynosi 7 nm. Mogą być stabilne albo nie-. Stabilizacja przy pomocy białek ABP. Podobna budowa. Polimery z globularnej aktyny G. wyróżnia się kilka izoform aktyny G:

• Alfa - dla mięsni; podtypy dla mięśni szkieletowych, gładkich i sercowego;

• Beta - w cytoplazmie;

• Gamma - mięśnie gładkie narządów wewnętrznych.

U roślin Cytoszkielet tubulinowy tworzy konfiguracje związane z fazami cyklu komórkowego:

Faza G1 - 4 konfiguracje:

1. Interfazowy Cytoszkielet kortykalny - sieć kortykalna pomiędzy podziałami komórki i podczas różnicowania. Widoczne przy błonie i koło ściany komórkowej. Przebudowa cytoszkieletu w fazie G1, gdzie na Krancach komórki kortykalne ulegają depolimeryzacji. W środku tworzone są nowe.

2. Pierścień preprofazowy - wyznacza przyszłą płaszczyznę podziału komórkowego. Sygnalizuje początek mitozy. Obraz cytoszkieletu zmieniony. Pierścień rozpada się. Powstaje wrzeciono z południkowo ułożonymi mikrotubulami.

3. Wrzeciono kariokinetyczne - jak w punkcie 2.

4. Fragmoplast - po telofazie w przestrzeni. Istnieje najpierw w środku komórki - przesuwa się do obwodu. Miejsce powstania przegrody pierwotnej, później ściany pierwotnej.

GRUBE

Zbudowane z miozyny I i II. Najlepiej poznane białka. Średnica 15 nm. Cząsteczka II zbudowana z 2 łańcuchów polipeptydowych każdy - 2000 aminokwasów. Skręcone dookoła siebie, tworząc helisę. Na końcu łańcuch lekki (główka) z 4 krótkich, 180 aminokwasów. Główki mogą obracać się dookoła własnej osi (ATP). Po związaniu się główki z aktyną - hydroliza ATP. Główka zmienia położenie, kroczy po nitce aktynowej.

Miozyna I - 1-główkowa; nie tworzy filamntów. Ruch komórek niemięśniowych.

Miozyna II - 2-główkowa; ruch komórek mięśniowych.

Mięśnie poprzecznie prążkowane - ruchy lokomocyjne kręgowców. Regulacja na poziomie filamentu aktynowego.

Mięśnie gładkie - funkcjonowanie niezależnie od woli. Skurcz miocytów. Filamenty miozynowe - regulacja.

REGULACJA CYKLU KOMÓRKOWEGO

Cykl komórkowy - cykl mitotyczny lub podziałowy. Szereg kolejno zachodzących zmian komórki: fizycznych, chemicznych i strukturalnych.

Synteza DNA - podwojenie jądrowego DNA w fazie S, regeneracja uszkodzonych fragmentów.

Mitoza (faza M) = kariokineza + cytokineza.

Wrzeciono podziałowe - dwubiegunowa struktura zbudowana z mikrotubul.

Mikrotubule kinetochorowe astralne, biegunowe. Ramię wrzeciona odpowiedzialne za ułożenie chromosomów i odprowadzenie ku centrosomom. Wpływ na wielkość komórek potomnych i różnicowanie.

Regulacja działa automatycznie. Ma charakter kaskadowy. Fazy włączane w stałej kolejności. Następna faza rozpoczyna się pomyślnym zakończeniu poprzedniego etapu.

Dwa rodzaje genów regulujących cykl komórkowy:

1. Protoonkogeny (stymulują)

2. Supresorowe (hamują)

Kluczową rolę odgrywają kinazy zależne od cyklin. Mamy 8 kinaz i 14 cyklin. Stężenie CDK-kinazy w komórce jest stałe. Naturalne stężenie cyklin zmienia się w różnych fazach cyklu. Obok CDK istnieją też inhibitory - 4 rodziny białek P21, PINK4, P53, RB.

3 punkty kontrolne:

1. Późnej fazy G1 - punkt restrykcyjny - decyduje o wejściu komórki do cyklu.

2. W fazie G2 - decyduje o wejściu w mitozę.

3. Wrzeciona podziałowego - decyduje o związaniu wszystkich kinetochorów z mikrotubulami wrzeciona. Zapobiega powstawaniu aneuploidów.

Cykl jest regulowany przez czynniki zewnętrzne. Działają zarówno na komórki znajdujące się w mitozie jak i poza nią Go. Cytokiny maja decydujący wpływ na rozpoczęcie cyklu i czas jego trwania. Cytokiny wiążą się z receptorami błonowymi RAS. Czas trwania cyklu jest zróżnicowany. Od kilku minut (u owadów 8'; bakterii 30') - 4-12 godzin wczesne stadia rozwoju ssaków - 24 godziny w większości komórek roślinnych - 1 rok w komórkach trzustki.

FAZA G1 - trwanie kilka-kilkanaście minut. Synteza RNA i białek. Pod koniec tej fazy I punkt restrykcyjny.

FAZA S - synteza DNA. Zaczyna się w punktach startowych replikacji DNA. Najpierw euchromatyna, później hetero-. Przebiega dwukierunkowo z prędkością 10-100 nukleotydów/sekundę. 1,8m DNA replikowane w ciągu 6-8 godzin. Replikacja zachodzi tylko raz.

FAZA G2 - czas 2-4 godziny. Synteza DNA i białek regulacyjnych. Syntetyzowana jest nowa błona zużywana podczas cytokinezy. Drugi punkt restrykcyjny. Naprawa DNA:

• Rozpoznanie fragmentu uszkodzonego DNA, wycięcie przez nukleazy;

• Uzupełnienie brakującego fragmentu przez polimerazę DNA;

• Wklejenie nici - ligaza.

Komórka wchodzi w mitozę od 30 minut do 3 godzin.

PROFAZA - kondensacja chromatyn w wyniku fosforylacji H1, de fosforylacji histonu H3. Tworzenie wrzeciona cytokin etycznego.

METAFAZA - chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej. Przemieszczenie do biegunów komórki.

ANAFAZA - chromatydy rozchodzą się do biegunów.

TELOFAZA - odwrotna do profazy. W wyniku de fosforylacji histonu H1 rozpoczęcie transkrypcji DNA, synteza RNA. Odtworzenie jąderka otoczki. Cytokineza.

SPOSOBY BADANIA CYKLU:

• Metoda statmokinezy - kolchicyna burzy pracę wrzeciona podziałowego.

• Autoradiografia - podaje się znakowane nukleotydy, które w fazie S są wbudowane do jądra.

• Cytometria przepływowa - DNA znakowane fluorochromem; obserwacja czasu trwania kolejnych odcinków cyklu.

Wyjście z mitozy regulowane jest przez białko MEN powodując inaktywację kompleksu COK1 z CB. Białka te zapobiegają wchodzeniu komórki do G1 następnego cyklu.

STARZENI SIĘ KOMÓREK. APOPTOZA

Starzenie to spadek wydajności procesów życiowych. Gromadzenie się w komórkach zmian fenotypowych prowadzących do ograniczenia funkcji komórek. Funkcjonowanie genetyczne programu komórkowego, który jest konsekwencja I etapu rozwoju embrionalnego i II etapu życia. Badania prowadzone na komórkach drożdży, robaków, muszek i komórkach ludzkich In vitro lub od osób chorujących na progerię - szybkie starzenie się organizmu.

Przyczyny starzenia się:

1. Uszkodzenie komórki przez utlenienie ma duże znaczenie w powstawaniu i narastaniu zmian starczych. Od 2-3 % O2 zużywanego przez komórki ulega redukcji przez dodawanie pojedynczych elektronów i powstają wolne rodniki: anion nadtlenkowy, nadtlenek wodoru, rodnik hydroksylowy. Mają one niesparowane elektrony, które łatwo wchodzą w reakcje z białkami, lipidami poszczególnych organelli. Następuje karboksylacja białek i utlenianie grup -SH oraz utlenianie łańcuchów nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz zmiany w DNA. Karboksylacja białek enzymatycznych prowadzi do nieodwracalnego unieczynnienia enzymów. Enzymy usuwające nadtlenki to dysmutaza nadtlenkowa oraz katalaza. U muszek owocowych zwiększenie transkrypcji genów kodujących te enzymy zmniejsza liczbę uszkodzeń DNA a tym samym zwiększa przeżycie o 30 %. Duża zależność pomiędzy gromadzeniem uszkodzonych odcinków DNA a długością życia w komórkach postmitotycznych: komórkach mięśnia sercowego i komórkach mięśni szkieletowych. W komórkach mitotycznych zależność ta jest mniej widoczna.

2. Nadmiar pożywienia. Ograniczenie kaloryczne bez głodzenia uważane jest za czynnik przedłużający życie. U myszy i szczurów - wydłuża i prowadzi do zmniejszenia wolnych rodników. Wiele aktywnych enzymów. Mniej mutacji DNA. U ludzi - brak na to dowodów.

3. Ograniczona liczba podziałów komórkowych. Ludzkie komórki mają ograniczoną zdolność dzielenia się. Po około 50 podziałach przestają się dzielić, chociaż mogą dalej. Pozostają żywe, ale żyją krócej. Jest to tzw. Starzenie replikacyjne (tracą, zdolności podziałowe).Liczba starzejących komórek powoli narasta az do momentu zatrzymania podziałów. Starzenie replikacyjne jest nieodwracalne. Można je opóźnić poprzez zakażenie komórek wirusami, hamowanie białka RB lub P53. Jednak komórki takie dzielą się jeszcze 10-20 razy, po czym tracą zdolność do podziałów. Zależność między długością życia a ilością podziałów. Komórki każdej tkanki mają inną liczbę podziałów: np. komórki żółwi z Galapagos - ponad 110 podziałów; komórki myszy - dzielą się około 10 razy.

4. Niestabilność genomu. Czynniki genetyczne: mutacje punktowe, zmiany liczby powtarzających się sekwencji rDNA, zmiany w chromosomach. Zmiany te dotyczą 61 ludzkich genów. Obniżona aktywność genów cyklu komórkowego:

1. Kodujących cykliny oraz kinazy CDK1, które regulują przejście komórek przez G2.

2. Regulujących replikację i reperację DNA; eliminują one mutacje;

3. Geny regulujące skład i czynności istoty międzykomórkowej tkanki łącznej.

5. Telomery i telomeraza. Po mitozie nasteruje skracanie telomerów. Zapobiegają one zlepianiu się chromosomów ze sobą. Skracanie ich następuje aż do zaniku - zegar biologiczny sygnalizujący starzenie się i zakończenie podziałów. Całkowity zanik telomerów - uszkodzenie chromosomów i wyjście z cyklu komórkowego. Komórki nieśmiertelne to: komórki macierzyste, zarodkowe i nowotworowe. Mają one zdolność do podziałów. Telomery nie skracają się dzięki aktywnej telomerazie odbudowującej utracone fragmenty telomerów.

6. Mutacje genów mitochondrialnych. Zachodzą 20 razy częściej niż genów jądrowych. Zaburzenia w funkcjonowaniu mitochondriów, co prowadzi do starczych zmian komórek. Nieprawidłowe przechodzenie elektronów w błonie wewnętrznej.

7. Genetyczny program starzenia się. Regulowany automatycznie przez jądrowy program genetyczny.

8. Czynniki zewnętrzne. Substancje hormonalne lub czynniki humoralne oraz bezpośrednie kontakty między komórkami.

9. Spadek liczby hormonów. Obniżenie estrogenów i testosteronu. Podawanie hormonów HTZ - wydłużenie aktywności fizjologicznej.

10. Starzenie a śmierć komórek. Nie stwierdzono wyraźnych zależności miedzy nekrozą a apoptozą. Geny apopotozy i starzenia się stanowią 2 odrębne grupy genów, które wzbudzają dany proces. Zależność między wiekiem organizmu a liczbą komórek w narządach: u osób starszych liczba kardiomiocytów spada o około 30 %; spada liczba komórek mięsni szkieletowych. Zmniejszenie liczby komórek zachodzi pod wpływem nekrozy lub apoptozy. Obniżona aktywność białka Bcl2 indukuje apoptozę.

APOPTOZA

Odkryta w latach 70. XXw. oznacza opadanie liści z drzew, lub płatków kwiatów. Jest to zaprogramowana śmierć komórek, samobójstwo. Aktywacja szlaków biochemicznych wymagających syntezy białek. Jest to proces aktywny. Komórka rozpada się na ciałka apoptyczne ulęgające fagocytozie, bez odczynu zapalnego. Dotyczy pojedynczych komórek. Następuje niezależnie. Komórki apoptyczne kurczą się, błona jest uwypuklona następuje podział komórki na ciałka apoptyczne. Każde takie ciałko ma cytoplazmę i organella. Kształt jądra nie zmienia się. Chromatyna jest skondensowana. Pod koniec następuje rozpad jądra a jego fragmenty wędrują do ciałek apoptycznych. Ciałko fagocytowane jest przez sąsiednie komórki lub makrofagi. Zachodzi zaprogramowana aktywność szlaków metabolicznych prowadząca do proteolizy. Rozkład DNA na fragmenty o 180-200 par zasad. Występuje w różnych organizmach na różnych etapach rozwoju: podczas rozwoju zarodkowego, w dojrzałym organizmie, w normalnych komórkach jak i patologicznych.

Zachodzi w 2 etapach:

• INDUKCJA = wprowadzenie

• EGZEKUCJA = wykonanie

INDUKCJA zależy od aktywacji Kaspar. Degradują one wiele białek doprowadzając do ich aktywacji lub In-. W większości komórek występują w postaci proenzymów, pojedynczych łańcuchów polipeptydowych. Aktywacja pod wpływem proteolizy zależnej od innych Kaspar (1-14), przez ich agregacje.

Inhibitory apoptozy (IAP) - drobnocząsteczkowe białka. Blokują aktywność Kaspar. Zapobiegają apoptozie.

Szlak zewnętrzny - zdrowe komórki zmuszone do apoptozy na skutek sygnałów z innych komórek tzw. Receptorów śmierci.

Szlak wewnętrzny - uruchomiony na skutek stresu: wolne rodniki, promieniowanie UV brak czynników wzrostu i przytwierdzenia do podłoża. Dochodzi do apoptozy - aktywacja białka P53. Inaktywacja P53 występuje w ponad 50 % nowotworów.

EGZEKUCJA - zachodzi w 3 stadiach:

1. UWOLNIENIE komórek od połączeń z macierzą i sąsiednimi komórkami. Kształt kulisty. Rozpad mikrotubul. Przebudowa cytoszkieletu. Proteoliza. Rozpad chromatyny.

2. UWYPUKLENIE - degradacja białek cytoszkieletu. Skurcz włókienek aktyn, uwypuklenie błony.

3. KONDENSACJA - komórka rozpada się na ciałka apoptyczne. Depolimeryzacja chromatyny. Ciałka apoptyczne rozpoznawane przez makrofagi, które je pożerają. To rozpoznanie dzięki fosfatydyloserynie.

Funkcja apoptozy:

• Śmierć komórek w przebiegu rozwoju;

• Wymiana komórek w prawidłowych tkankach;

• Atrofia, zależna od hormonów;

• Negatywna selekcja komórek immunologicznie kompetentnych

• Cytotoksyczność zależna od limfocytów T.

NEKROZA

Proces pasywny. Uszkodzenie komórki. Obejmuje skupiska komórek i zachodzi w jednym określonym momencie. Towarzyszy jej odczyn zapalny. Komórki są obrzmiałe. Rozerwanie błony, wylanie cytoplazmy na zewnętrz. Zawartość organelli miesza się z cytoplazmą. Trawienie składników przez enzymy lizosomalne. Denaturacja białek. Rozpad DNA na fragmenty różnej długości. Proces patologiczny.

Wyjątek: podczas normalnego rozwoju fizjologicznego: cykl menstruacyjny - obumieranie komórek błony śluzowej macicy.

2

---