GENETYKA
CYTOLOGIA – nauka o komórce. Zajmuje się organizacją komórki, jej budową i funkcjami.
· Komórka jest podstawowa strukturą i funkcjonalną jednostką organizmów
· wykazuje wszelkie cechy materii żywej
· może być całkowicie samdzielna / organizmy jednokomórkowe /
· może łaczyć się w zespoły, tkanki i narządy
Kształt i wielkość komórek są równe.
Najczęściej spotykamy komórki, które są maksymalnie wydajne pod względem budulcowym i energetycznym tzn. są kuliste lub szcześciokątne.
Iny kształt wynika z wykonywanej funkcji.
np. komórka nerwowa o ksztłcei gwiażdzistym ma liczne wypustki.
Kształt komórki może być również wymuszony przez otaczające struktury tkankowe.
Przeciętna wielkość komórki wynosi 10-40 um.
Wyjątkowo duże są komórki mięśniowe gladkie ciężarnej macicy / 500 um /. Małe to komórki ziarniste kory mózgowej / 4um/.
SKŁADNIKI CHMICZNE
Komórka zawiera wiele pierwiastków chemicznych. Są to:C,H,O,N,S,P.
Komórki zawierają również dużą grupę pierwiastków śladowych: Na,Mg,Ca,K oraz mikroelementów: Fe,Cu,Mn,Zn. Wymienione pierwiastki wchodza w skłąd związków nieograniczonych i organicznych komórki takich jak woda, składniki mineralne: białka, tłuszcze, kwasy nukleinowe i węglowodany.
BIAŁKA
Są podstawowymi składnikami struktury komórki.
Cechą wspólną wszystkich białek jest podobieństwo ich budowy.
Białka są wysokocząsteczkowymi polimerami aminokwasów.
Dzielą się na białka:
A/ proste – zbudowane wyłącznie z aminokwasów np. albuminy, globuliny, histony
B/ złożne – są trwałymi połaczeniami dówch komponentów: białkowego i niebiałkowego. Do białek złożonych zaliczamy: glikoproteiny, lipoproteidy,nukloproteidy, fosforoproteidy, chromoproteidy i metaloproteidy.
KWASY NUKLEIDOWE
Są to nukleidy, w których skałd wchodzą zasady purynowe i pirymidynowe, cukier pentoza oraz kwas ortofosforowy.
Ze względu na rodzaj pentozy wchodzącej w skąłd wyróżnia się kwasy dezoksyrybonukleinowe / DNA/ zawierające dezoksyrybozę i rybonukleinowe /RNA/ zawierające rybozę.
DNA zanajduję głównie w jądrze komórkowym, w interfazie jest częscią chromatyny, podczas podziałku komórki wchodzi w skład chromosomów.
RNA występuję w jądrze i cytoplazmie. W jądrze wchodzi w skąłd jąderka. W cytoplazmie jest głównym składnikiem rybosomów.
ZNACZENIE BIOLOGICZNE
DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.
RNA przenosi tę informację z jądra komórkowego do cytoplazmy, w której uczestniczy w syntezie białek.
Materia żywa budująca komórkę to protoplazma.
Jest ona zróżnicowana na cytoplazmę i karioplazmę czyi jądro komórkowe.
W cytoplazmie występują:
· cytoplazma podstawowa / zwana hialoplazmą lub macierzą /
· organella
· wtręty cytoplazmatyczne
Organella komórkowe są stałymi składnikami komórki. Mają określoną strukturę i służą do wyonywania specjalnych funkcji życiowych.
Należą do nich: błona komórkowa, siateczka śródplazmatyczna, rybosomy, Aparat Golgiego, lizosomy, peroksysomy, mitochondria i cytoszkielet / mikrotubule, mikrofilamenty, filamenty pośrednie i centriole/.
Wtręty cytoplazmatyczne są produktami przemiany materii lub materiałem, który wniknął do komórki z zewnątrz. Należą do nich glikogen, krople tłuszczu, twory krystaliczne i ziarna barwnikowe.
BŁONA KOMÓRKOWA
Skład chemiczny, budowa i funkcje błony komórkowej
Błona komórkowa /plazmolema/ otacza komórkę od zewnątrz.
Stanowi barierę ale umożliwia kontakt cytoplazmy ze środowiskiem zewnętrznym.
Składa się z lipidów, białek i cukrów.
Lipidy, to główie fosfolipidy ok. 33% cholesterolu i nieznaczne ilości glikolipidów.
Lipidy posiadają dwa bieguny o odmiennych właściwościach – hydrofilowy wykazujący powinowactwa do wody i hydrofobowy nie wiążący się z wodą.
Ze względu na własciwości amfipatyczne, w błonie komórkowej lipidy ułożone są dwuwarstwowo – grupami hydrofiolowymi zwrócone są na zewnątrz z grupy hydrofobowe ukryte są wewnątrz.
Białka w błonie komórkowej występująw postaci białek powierzchniowych luźno zwiążanych z warstwą zewnętrzną lub wewnętrzną lipidów błonowych.
Występują również w postaci białek integralnych ściśle związanych z warstwą zewnętrzną lub wewnętrzną lipidów błonowych.
Białka mogą przebijać dwie warstwy lipidów jako tzw. białka transbłonowe.
Białka powierzchniowe mogą przyłączać się do białek integralnych pozostając bez kontaktu z lipidami.
Podwojna warstwa lipidów błony posiada charakter półpłynny. Dzięki tym właściowościom składnikami błon mogą się przemieszczać.
Błona komórkowa jest dynamiczną częścią komórki, pełni wiele istotnych funkcji:
· odbiera i przekazuje sygnały / receptory/
· może wytwarzać struktury powierzchniowe w postaci mikrokosmków i rzęsek
· bierze udział w wytwarzaniu połączeń międzykomórkowych
· uczestniczy w ywkonywaniu ruchów wewnątrzkomórkowych i całej komórki
· bierze udział w łączeniu się komórek w zespoły tkankowe
· uczestniczy w reakcjach immunologicznych
· pośredniczy w różnych formach transportu
Dzięki obecności na powierzchni warstw glikokaliks uczestniczy w zjawisku rozpoznawania komórek / antygeny powierzchniowe, białka adhezyjne/
Glikokaliks chroni komórkę przed szkodliwymi czynnikami fizycznymi i chemicznymi.
Główymi składnikami jądra komórkowego są:
· chromatyna jądrowa
· jąderki
· macierz jadrowa z kariolimfą
· otoczka jądrowa
CHROMATYNA JĄDROWA zbudowana jest z:
· kwasu dezoksyrybonukleinowego /DNA/
· białek histonowych i niehistonowych / zasadowych i kwasnych/
· w okresie aktywności translacyjnej pojawiają się kwasy rybonukleinowe / RNA/
· DNA jest najważniejszym skłądnikiem chromatyny
· W jądrze komórkowym o haploidalnej liczbie chromosomów /1n/ tworzy genom
· każda dwuniciowa cząsteczka DNA tworzy jeden chromosom
HISTONY
To białka zasadowe związane z DNA
Wyróżnia się 5 klas histonów w zaleźności od proporcji zawartych w nich aminokwasów: lizyny i argininy
Ilość histonów w chromatynie jest wartością stałą. Białka te nie są charakterystyczne dla danego gatunku i nie wykazują specyfiki tkankowej.
BIAŁKA NIEHISTONOWE
Bardzo zróźnicowana grupa białek związanych z DNA
Możemy podzielić je na białka:
· Enzymatyczne, które biorą udział w syntezie i modyfikacji kwasów nukeinowych / polimerazy, nukleazy, transferazy/
· Regulatorowe – wpływają na stopień ekspesji poszczególnych genów. Białka regulowane są specyficznie dla komórek i narządów.
· Strukturalne – odpowiadają za przestrzenną organizację chromatyny, jej przemieszczenie się w obrębie jądra, a także przytwierdzają chromatynę do otoczki jądrowej.
· Chromatyna jest składnikiem jądra komórkowgo będącego w interfazie,
· Występuje w postaci grudek i ziarenek bez charakterystycznych cech strukturalnych
· Podczas podziału komórki z chromatyny powstają chromosomy
· Podstawową jednostką budującą chromatynę jest nukleosom
· Nukleosom składa się z rdzenia nukleosomu tj ośmioczasteczkowego kompleksu par histonów, na który nawinięta jest podwójna spirala DNA o długośći 146 par nukleotydó i grubości 2 nm.
· Sąsiednie nukleosomy łączy odcinek DNA o dłuogości 60 par nukleotydów oraz histon H1, który spina nukleosomy w nukleofilament o średnicy 11 nm.
· Dzięki oddziaływaniu białek histonowych /H1/ nukleofilamenty przyjmują kształt zygzakowaty
· Spiralne zwinięcie nukleofilamentów powoduje powstanie solenoidu – włókna o średnicy 30nm, które jest czwartorzędową strukturą chromatyny.
· Solenoidy są podstawową strukturą chromatyny w jądrze interfazowym
· Przy udziale białek niehistonowych solenoidy są pakowane w tzw. system spętlonych domen
· Spętlone domeny mają średnicę ok 300 nm, a każda z pętli zawiera 20 -100 tys. par zasad
· Podczas profazy podziałów komórkowych następuje dalsza kondensacja chromatyny. Obejmuje ona zwijanie i pakowanie spętlonych domen.
· W efekcie powstaje chroamtyna widoczna w mikroskopie świetlnym
· Chromosomy w później profazie i nafazie, odpowiednio wybarwione, wykazują obecność nieprzemiennie ułożonych krążków jasnych i ciemnych , co odzwierciedla różnice wynikające z nagromadzenia pętli domen, i okresla tym samym rejony chromosomu o zróźnicowanych włąsciowaściach i funkcjach.
· Omówione struktury mogą przechodzić z jednej formy w drugą, co decyduje o czynnościach chromatyny
· Nukleosom nie jest elementem trwałym. W czasie transkrypcji następuje zanik formy spiralnej
· W związku z tym morfologicznie chromatyna może występować w dwóch postacjach: jako euchromatyna i heterochromatyna
· Euchromatyna w obrazie mikroskopowym to jasniejsze /luźniejsze/ obszary chromatyny. Stopień kondensacji uchromatyny odpowiada nukleofilamentom i włóknom 30nm.
· W skład euchromatyny wchodzi DNA zawierające większość aktywnych transkrypcyjnie genów. Luźna struktura euchromatyny umoźliwia ich ekspresję.
HETEROCHROMATYNA
Jest skondensowaną formą chromatyny zgrupowaną w postaci nieregularnego pasma na obwodzie jądra, w pozostałych obszarach tworzy silne skondensowane grudki
Wyróżnia się dwa rodzaje heterochroamtyny:
HETEROCHROMATYNA KONSTYTUTYWNA – zawiera statelitarny DNA o wysoce powtarzalnych sekwencjach nukleotydów. Nie zawiera genów struktury i nie podlega transkrypcji. Przykładem tego rodzaju chromatyny jest ciałko Barra reprezentujące u kobiet nieczynnych chromosom X.
Heterochromatyna jest charakterystyczna dla wszystkich komórek danego organizmu. Zlokalizowana jest w okolicy przewężeń pierwotnych chromosomow.
HETEROCHROMATYNA FAKULTATYWNA – jest typowa dla okręślonych populacji komórek. Tworzy się podczas różnicowania komórek, które potrafią trwale wyłaczać niepotrzebne geny. Zloklizowana jest w roźnych obszarach chromosomów.
JĄDERKO
Jest widoczne jako silne zasadochłonna kulista struktura jądra.
Ilość jąderek ich kształt i wielkość zależy od stanu funkcjonalnego komórki.
Jąderko nie jest otoczone błoną.
W jąderku możemy wyróźnić:
· Chromatynę jąderkową / dna satelitarne o wysokim stopniu powtarzalności sekwencji nukleotydów
· Ziarna / o średnicy 15 nm, zbudowane z rybonukleoprotein i są prekursorami podjednostek rybosomów/
· Włókienka / składają się głównie z RNA i są prekursorami ziaren/
· Białka jaderek /są związane z transkrypcją DNA jąderka, zalicz się do nich: polimerazę RNA I, nukleofilinę, białko Ag-NOR/
Funkcją jąderka jest wytwarzanie podjednostek rybosomów.
Macierz jądrowa – wypełnia przestrzeń między składnikami jądra.
Część rozpuszczalna macierzy /białka, , metabolity/ jest nazywana kariolimfą.
Pozostałe części widoczne w mikroskopie w postaci włókien i ziaren tworzą nukleoszkielet.
Otoczka jądrowa – jest wewnętrzną barierą między nukleoplazmą a cytplazmą.
Zbudowana jest z 2 błon / zewnętrznej i wewnętrznej/ o grubości 7,5 nm każda, między którymi znajduje się homogenna przesrzeń okołojądrowa.
· Błona zewnętrzna otoczki ma na powierzchni rybosomy i jest połączona z siateczką śródplazmatyczna szorstką.
· Błona wewnętrzna otoczki od strony karioplazmy wzmocniona jest blaszką jądrową. Blaszka jądrowa łączy elementy chromatyny z otoczką, decyduje o położeniu porów, bierze udział we fragmentacji otoczki jądrowej, jest miejscem przyczepu chromosomów podczas podziału.
RYBOSOMY
Widoczne są w cytoplaźmie jako struktury ziarniste.
Zbudowane są z RNA i białek.
Rybosom złożony jest z 2 podjednostek: dużej i małej /40S i 60S/.
Podjednostki łączą się ze sobą tworząc pojedynczy rybosom /80S/
Rybosomy powiązane nicią mRNA tworzą zespoły określane mianem polirybosomów.
Polirybosomy występują luźno w cytoplaźmie lub są przytwierdzone za pośrednictwem dużej podjednostki do błon siateczki śródlazamatycznej lub do zewnętrznej błony otoczki jądrowej.
Rybosomy uczestniczą w syntezie białek.
Mała podjednostka dopasowuje cząsteczki tRNA związane z aminokwasem /aminoacylo tRNA/ do kodonów mRNA/.
MITOCHONDRIA
To organella komórkowe lub pałeczkowate o długości do 1um i średnicy 0,1 um.
Zasadniczą funkcją mitochondriów jest wytwarzanie i przekształcanie energii potrzebnej komórkom do jej procesów metabolicznych.
Mitochondria otoczone są dwiema błonami odgraniczającymi przestzreń miedzybłonową.
Wnętrze mitochondrium wypełnia macierz mitochondrialna.
Nowe mitochondria powstają w wyniku ich podziału.
Błony mitochondriów różnią się skłądem chemicznym i przepuszczalnością dla róźnych związków chemicznychh.
Błona wenętrzna zwiększa swoją powierzchnię wpuklając się w głąb macierzy mitochondrialnej i tworzy charakterystyczne grzebienie.
Mitochondria są zdolne samodzielnie syntetyzować jedynie 13 białek błony wewnętrznej.
Pozostałe białka mitochondrium , w tym enzymy są syntetyzowane na rybosomach cytoplazmatycznych pod kontrolą DNA jądrowego.
W macierzy znajdują się również złgi fosforanów, wapnia i magnezu w postaci ziaren mitochondrialnych.
Mitochondria są organellami, w których następuje wytwarzanie i wiązanie energii w wysokoenergetyczne wiązania fosforanowe ATP.
Energia w mitochondriach wytwarzana jest w wyniku przemiany kwasu pirogronowego i utlenia krótkich łańcuchów kwasów tłuszczowych do acetylo-CoA i dalszych jego pzremian w cyklu Krebsa i łańcuchu transportu elektronów.
Wytworzone w mitochondriach ATP jest transportowane / przez błony mitochondrailne/ do cytoplazmy, w której wykorzystywane jest w metabolizmie komórki.
CYKL KOMÓRKOWY
To liczne biochemiczne i morfologiczne obejmujące cykliczny wzrost komórki oraz sam podział komórek warunkujących ich proliferację.
Ten podstawowy cykl umożliwia rozwój i wzrost organizmu oraz fizjologiczną odnowę tkanek i anrzadów.
Cykl komórkowy rozpoczyna się w momencie zakończenia podziału komórki macierzystej i kończy w chwili zakończenia następnego podziału.
Skłąda się z interfazy przygotowującej komórkę do podziału oraz samego podziału komórki: mitozy lub mejozy.
INTERFAZA
Dzieli się na trzy stadia: G1,S i G2.
Faza G1 następuje bezpośrednio po zakończeniu miotozie i charakteryzuje się nasileniem procesów anabolicznych / synteaza błon organelli komórkowych, zwiększenie liczby mitochondriów i peroksysomów/.
Komórka w tym czasie podwaja swą objętość i amsę, dzieki czemu pod koniec tej fazy osiąga wielkość komórki macierzystej.
Pod koniec fazy G1 synteza odpowiednich białek regulataorowych umożliwia przejście tzw. punktu restrykcyjnego, od którego zależy wprowadzenie komórki do fazy S.
Komórki niezdolne do przej...
madziunia56