Cytologia- budowa i funkcje organelli komórkowych

KSZTAŁT KOMÓREK
W organizmie człowieka występuje ponad 200 rodzajów różnych typów komórek, najczęściej mają kształt kulisty lub jajowaty, gwiaździsty, wrzecionowaty.
Pewne komórki, jak np.: krwinki białe lub fagocyty mają zdolność do zmian kształtu.
Wielkość komórek jest zróżnicowana. Komórki owalne lub wielościenne mają średnicę około 10- 20 mikrometrów, limfocyty 15 mikrometrów, erytrocyty 7 mikrometrów, oocyt człowieka 130-150 mikrometrów, komórka tłuszczowa 94 mikrometry, komórka nerwowa wraz z aksonem 1 m, włókno mięśniowe poprzecznie prążkowane kilka cm.
Klasyfikacja struktur komórkowych wg Kłyszejko- Stefanowicz
Komórka= Protoplast
1 cytoplast
2 nukleoplast czyli jądro komórkowe ze wszystkimi jego składnikami( osłonka, substancja chrom.)
W skład cytoplastu wchodzi:
1.CYTOPLAZMA PODSTAWOWA, w której występuje faza wodna z rozpuszczonymi w niej substancjami drobnocząsteczkowymi( aminokwasy, witaminy, aniony), faza białkowa tworząca macierz cytoplazmatyczną na którą składa się cytoszkielet i sieć mikrotaberkul.
2. ORGANELLA KOMÓRKOWE zanurzone w cytoplazmie podstawowej bez jądra komórkowego:
- błona komórkowa,
- mitochondria,
- siateczka śródplazmatyczna,
- rybosomy, aparat Golgiego, lizosomy, peroksysomy, proteason i wakuole różnego typu i pochodzenia.
Błony biologiczne :budowa, skład chemiczny, funkcja, rodzaje transportu?
Błony biologiczne: komórkowa i śródplazmatyczne.
Błony występują we wszystkich znanych układach biologicznych zdolnych do samodzielnego życia. Oddzielają one zarówno komórkę od środowiska, jak również mogą dzielić wnętrze komórki na mniejsze obszary o zróżnicowanych funkcjach.
BŁONA KOMÓRKOWA:
Główne funkcje :
-oddzielanie wnętrza komórki od środowiska
-bierny lub czynny transport jonów i substancji niejonowych
-transport produktów komórki do środowiska
-reakcje na impulsy pochodzące ze środowiska
-przenoszenie impulsów do innych okolic komórki lub do innych komórek
-interakcja miedzy komórkami
- bariera pomiędzy cytoplazmą a otoczeniem,
- reguluje transport,
- utrzymuje równowagę ciśnienia osmotycznego,
- ulegać odkształceniom, skurczom i rozkurczom,
- bierze udział w ruchu i przemieszczaniu się organelli komórkowych.
Grubość błony komórkowej około 7,5 do 10 nanometrów.
Chemiczne składniki budujące błonę:
- białka: peryferyjne i integralne,
- lipidy: kwasy tłuszczowe nasycone i nienasycone,
fosfolipidy: lecytyna, fosfatydyloseryna, fosfatydylocholina sfingomielina, glikolipidy, cholesterol,
- oligosacharydy.
Lipidy w błonie komórkowej można zaliczyć do trzech klas: fosfolipidów, lipidów obojętnych i gikolipidów. Podstawową strukturą błony jest podwójna warstwa fosfolipidowa. Błona taka stanowi środowisko, w którym inne lipidy i białka mogą poruszać się w dwóch wymiarach( w wodzie cząsteczki poruszają się w trzech wymiarach). Fosfolipidy mają charakter amfilipatyczny, czyli tak są zbudowane, że ich cząsteczki mają w pewnej okolicy grupy hydrofilne, polarne, a w innej hydrofobowe, polarne. Takie substancje, gdy znajda się w środowisku wodnym, układają się w sposób, że kierują grupy polarne do środowiska wodnego, a grupy hydrofobowe w kierunku przeciwnym. Tworzą one kuliste twory, zwane micelami, albo układają się w błony dwu- lub kilkuwarstwowe, zamykające się w pęcherzyki.
Asymetria błony komórkowej:
- od strony cytoplazmy obecne są fosfatydyloseryna i fosfatydyloetanoloamina, białka peryferyjne.
- od strony zewnętrznej fosfatydylocholina i sfingomielina, glikolipidy, glikoproteiny.
Dynamiczność błony.
- dyfuzja boczna lipidów- przemieszczanie lipidów zachodzi w obrębie tej samej warstwy lipidów tzw. dyfuzja lipidów pomiędzy zewnętrznym i cytoplazmatycznym obszarem dwuwarstwy lipidowej.
- przemieszczanie dyfuzyjne białek błony w obrębie dwuwarstwy lipidowej.
Transport substancji przez błonę.
Ze względu na kierunek i ilość transportowanych cząsteczek wyróżniamy:
- uniport- cząsteczka lub jon jest pojedynczo transportowana przez błonę,
- symport- inaczej kotransport, czyli sprzężony transport dwóch różnych cząsteczek lub jonów w tym samym kierunku,
- antyport- inaczej wymiana przeciwprądowa, to sprzężony transport dwóch różnych cząsteczek lub jonów w przeciwnym kierunku.
Transport substancji przez błonę:
1.Zachodzący bez nieodwracalnych zmian w strukturze błony
1a.transport bierny:
- beznośnikowy (dyfuzja prosta)
- nośnikowy (wymaga udziału białka nośnikowego, które tworzy kanały).
Dyfuzja przez błonę komórkową zachodzi zgodnie z gradientem stężeń.
Transport bierny nośnikowy odbywa się zgodnie z gradientem stężeń, nośnik usuwa wodę hydratacyjną z polarnych rejonów cząsteczki przed wniknięciem jej do hydrofobowej warstwy błony.
1b.transport czynny ( aktywny)
- transport aktywny pierwotny np. pompa sodowo potasowa
antysport jonów sodowych i potasowych.
Zachodzi przy udziale białka nośnikowego
Zależy od ATP
Nośnik tworzy wiązania kowalencyjne i zmienia swoją strukturę przestrzenną
Pompa sodowo-potasowa
Utrzymuje gradient
stężenia jonów
Na i K
Wnętrze komórki:
Na małe stężenie
K duże
Przestrzeń pozakomórkowa
Na duże stężenie
K małe
Hydroliza 1 cz ATP pozwala na transport
3 jonów Na na zewnątrz
2 jonów K do wnętrza komórki
1b. transport czynny transport aktywny wtórny- przenoszenie glukozy do komórek nabłonka jelitowego. Glukoza przenoszona jest wbrew gradientowi stężeń.
Siłą decydującą o przemieszczaniu glukozy jest jonowy gradientem stężeń Na .
Transport substancji przez błonę:
2. zachodzący ze zmianami w strukturze błony:
2a.Egzocytoza
2b.Endocytoza
- endocytoza fazy płynnej
-endocytoza adsorpcyjna
W zależności od rodzaju pochłanianych substancji wyróżniamy:
- Fagocytozę- pochłanianie stałych cząsteczek, bakterii, wirusów
- Pinocytozę- pochłanianie substancji rozpuszczalnych
(endocytozę fazy płynnej i endocytozę absorpcyjną)
Endocytoza absorbcyjna- receptor obecny na błonie komórkowej łączy się z makrocząsteczką np. hormonem białkowym.
Błona komórkowa wpukla się tworząc endosomy.
Endosomy są opłaszczone białkami, którymi są tzw.klatryny i białka dodatkowe.
CYTOPLAZMA:
- faza wodna 80% objętości cytoplazmy, zawarte są w niej metabolity niezbędne do życia komórki, aminokwasy, cukry.
- faza białkowa około 20%
- macierz cytoplazmatyczna:
1.cytoszkielet
2. białka towarzyszące
Właściwości cytoplazmy:
- koloidalna,
-elastyczna
-lepka,
-odczyn cytoplazmy:
okolica jądra komórkowego pH 7.6 ? 7.8,
przy obwodzie komórki pH 6.8,
w pobliżu wakuoli pH= 5
Mitochondria budowa, funkcja, rodzaje przeprowadzanych procesów metabolicznych?
KSZTAŁT MITOCHONDRIUM:
- wydłużony o średnicy 0,5 mikrometra, długości 2- 6 mikrometrów np. w wątrobie, trzustce.
- ziarnisty, średnica 0,2 ? 1 mikrometra, występują np. w komórkach mięśni prążkowanych.
Liczba mitochondriów
Zależy od:
- rodzaju komórki
- stanu fizjologicznego komórki.
W komórce wątroby występuje około 1600 mitochondriów, a w oocycie 300 000.
Rozmieszczenie
- są w ciągłym ruchu, leżą w pobliżu źródła substancji odżywczych np. w nabłonkach bliżej podstawy komórki, w komórkach zrazikowych trzustki otaczają krople tłuszczu,
komórki nowotworowe wątroby- leżą w pobliżu błony komórkowej a więc w miejscu najobficiej zaopatrywanym w substancje odżywcze.
Budowa mitochondriów
- otoczone są podwójną błoną plazmatyczną:
a) zewnętrzna
b) wewnętrzna
c) pomiędzy błonami znajduje się przestrzeń międzybłonowa
d) wnętrze mitochondrium wypełnia matriks mitochondrialna.
Błona zewnętrzna mitochondriów:
- zbudowana głównie z fosfolipidów i białek, brakuje w niej kardiolipiny
- duża zawartość cholesterolu, 6 razy więcej niż w błonie wewnętrznej
- jest przepuszczalna dla większości substancji i jonów
- enzymy markerowe: monooksydaza i reduktaza NADH- cytochrom c.
Błona wewnętrzna wytwarza grzebienie mitochondrialne.
Kształt grzebieni;
- blaszkowaty ( komórki wątroby)
- rurkowaty ( komórki kory nadnerczy)
Ułożenie grzebieni
Poprzeczne- w komórkach gruczołów jądrowych szczura, równolegle.
Błona wewnętrzna
Wygląd grzebieni mitochondrialnych:
- grzebienie są podatne na zmiany,
- ich liczba zależy od natężenia procesu fosforylacji oksydacyjnej.
Stan wysokoenergetyczny lub ortodoksyjny mitochondriów:
- mało grzebieni,
- komórka nie potrzebuje energii
Stan skondensowany mitochondriów:
- dużo grzebieni
Błona wewnętrzna
- duża zawartość kardiolipiny
- niskie stężenie fosfatydyloinozytolu
- Enzymy markerowe: ubichinon i oksydaza cytochromu c.
Błona wewnętrzna
- jest przepuszczalna dla wody, dwutlenku węgla, tlenu, amoniaku.
- nieprzepuszczalna dla jonów: sodowego, potasowego, wodorowego, amonowego, chlorkowego, azotowego
- nieprzepuszczalna dla substancji: glukoza, pirogronian, sacharoza, aminokwasy metabolity, ATP, NADH, NADP, acetylo- CoA.
- występują specyficzne systemy transportu: czółenko glicerolo-3-fosforanowe.
Przestrzeń pomiędzy błonami mitochondrialnymi
- charakteryzuje się wysokim stężeniem jonów wodorowych
- enzymem markerowym jest kinaza adenylowa.
MACIERZ MITOCHONDRIALNA
Budowa chemiczna:
białka,
fosfolipidy,
cholesterol,
kwasy nukleinowe DNA,RNA,
kwasy tłuszczowe.
Procesy biochemiczne macierzy mitochondrialnej:
- dekarboksylacja oksydacyjna pirogronianu
- cykl mocznikowy
- katabolizm szkieletów węglowych aminokwasów,
biosynteza porfiryn
- beta- oksydacja kwasów tłuszczowych
- procesy związane z półautonomicznością mitochondriów tj. replikacja mitochondrialnego DNA, transkrypcja mitochondrialnych RNA, translacja białek kodowanych przez genom mitochondrialny.
Półautonomiczność mitochondrium:
- zawierają koliste cząsteczki DNA,
- mitochondrialny DNA koduje geny dla mitochondrialnych kwasów RNA i kilku białek
- mają własny aparat biosyntezy do replikacji mitochondrialnego DNA, transkrypcji mitochondrialnych RNA, translacji białek kodowanych przez genom mitochondrialny.
Budowa, funkcja, rodzaje przeprowadzonych procesów metabolicznych?
APARAT GOLGIEGO
Zwany też układem lub strukturami Golgiego, tworzą stosy kilku spłaszczonych cystern ułożonych równolegle do siebie. Cysterny mają pojedynczą błonę białkowo-lipidową. Od cystern odrywają się małe pęcherzyki transportujące.
Budowa Aparatu Golgiego
- cysterny:5-8 półkolisto wygiętych cystern, przypominają stos pęcherzyków, silnie spłaszczone, ułożonych równolegle brzegi cystern są rozszerzone
- drobne pęcherzyki: średnica 20-100 nanometrów
a) pęcherzyki gładkie o cieńszych błonach
b) pęcherzyki opłaszczone albo szczeciniaste, pokryte polipeptydem klatryną
- duże pęcherzyki średnica 500- 3000 nanometrów
Budowa biegunowa Aparatu Golgiego
*morfologiczna
- strona cis- formowanie cystern
- strona trans- formowanie ziaren wydzielniczych
* histochemiczna- większe stężenie glikoproteidów na powierzchni cis.
- jest częścią systemu wakuolarnego komórki,
- jest powiązany morfologicznie i funkcjonalnie z siateczką śródplazmatyczną gładką.
- położenie: między siateczką śródplazmatyczną a błoną komórkową.
Ilość: kilka, zależna od nasilenia procesów wydzielniczych, najliczniejsze w komórkach najądrzy ssaków.
Rola Aparatu Golgiego
Funkcją układu Golgiego jest synteza i wydzielanie wielocukrów, śluzów i innych związków. Jest on także miejscem przebudowy i różnicowania się błon przeznaczonych do wbudowania w plazmolemę, np. w trakcie sekrecji białek.
- udział w metabolizmie lipidów( wydzielanie lipoprotein)
- biogeneza niektórych składników błon ( białka
- zaangażowany w? odzyskiwanie błon.?plazmatycznych
- glikozylacja białek- przyłączanie reszt cukrowych do białek
- proteoliza form prekursorowych białek- sortowanie produktów wydzielniczych
- pakowanie i wydzielanie substancji na drodze regulowanej i nieregulowanej.
Budowa, funkcja, rodzaje przeprowadzanych procesów metabolicznych?
RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE
- zbudowane z błon biologicznych ogrubości 5 nanometrów
- można wyróżnić elementy morfologiczne: zespoły zbiorników i rozgałęzionych rurek, ciasno upakowane kanaliki, wąskie lub rozdęte wypełnione wydzielinami
Retikulum endoplazmatyczne
- ziarniste lub szorstkie
- gładkie integralne)
Kontrola cyklu komórkowego komórkowego i śmierci komórki: apoteoza i nekroza?
APOPTOZA, czyli zaprogramowana śmierć komórki, dzięki temu mechanizmowi usuwane są zużyte lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego 'samobójstwa' komórki w organizmie wielokomórkowym mające na względzie dobro całego organizmu. Apoptoza jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów. Apoptoza polega na kurczeniu się komórki poprzez utratę wody. Szybkie zmiany w jądrze komórkowym mają charakter zorganizowany - chromatynajądrowa ulega kondensacji, a DNA zostaje pocięte przez endonukleazy. Następuje dezintegracja cytoszkieletu. W procesie apoptozy orgaelle komórkowe pozostają jednak nienaruszone. Są one usuwane z komórki wraz z fragmentami chromatyny w tzw. ciałkach apoptycznych, pęcherzykach powstałych w wyniku zmian w strukturze błony komórkowej. W większości przypadków są one następnie fagocytowane przez komórki żerne. Wyjątkiem są np. ciałka apoptyczne soczewki oka, które zawierają zamiast cytoplazmy z organellami białko krystalinę. Apoptoza nie wywołuje stanu zapalnego. Czynnikami powodującymi apoptoze mogą być: bodźce fizjologiczne {np. niedobory hormonów, czynników wzrostu}; występowanie cytokin {cząsteczki produkowane przez układ immunologiczny, np. interferon}; oddziaływania międzykomórkowe - na skutek przekazywania błędnych informacji o podziałach komórkowych.
MARTWICA, NEKROZA (gr. ?????? martwy, łac. necrosis) - ciąg zmian zachodzących po śmierci komórki.
Śmierć komórek lub tkanek może nastąpić:
w przypadku śmierci całego ustroju - ciało zmarłego ulega rozkładowi wskutek działania własnych enzymów litycznych (autoliza)
w przypadku chirurgicznego wycięcia narządu lub jego fragmentu - tkanka wycięta obumiera, ulega autolizie, jeżeli nie zostanie włożona do utrwalacza
w razie zadziałania czynników lub warunków zabijających fragment ustroju żywego
Występuje ona w następstwie mechanicznego lub chemicznego uszkodzenia, które jest na tyle duże, że nie może zostać wyleczone. Nekroza następuje w wyniku zakażenia komórki patogenem lub na skutek silnie działających czynników środowiskowych, takich jak: niedotlenienie, duże dawki promieniowania, braku substancji odżywczych, uszkodzenie wywołane przez substancje toksyczne, uszkodzenie termiczne albo innego rodzaju stresu działającego na komórkę.
Charakteryzuje się stopniową degradacją struktur komórkowych (m.in. denaturacją białek) , obrzmieniem cytoplazmy, dezintegracją błony komórkowej, i chaotyczną inaktywacją wszystkich szlaków biochemicznych a także następuje pęcznieniem komórki (na skutek dostawania się wody do komórki)lub przeciwnie jej obkurczenie. W odróżnieniu od apoptozy, nekrozie towarzyszy wydostanie się zawartości komórki (następuje rozpad komórki) do otaczającej ją przestrzeni międzykomórkowej, na skutek utraty ciągłości błony komórkowej i uwolnienia enzymów lizosomalnych. Powoduje to zazwyczaj silną reakcję zapalną, która może mieć znaczenie patologiczne (nie występuje to na ogół w przypadku apoptozy). DNA komórek rozpada się na fragmenty o przypadkowej długości.
Do typów martwicy komórek zaliczamy:
martwice skrzepową (najczęściej zawał)
martwicę rozpływną (typowa dla mózgu)
martwicę enzymatyczną tkanki tłuszczowej (w tkance tłuszczowej okołotrzustkowej)
martwicę serowatą (serowacenie - typowo w gruźlicy)
zgorzel (zachodzi gnicie), w tym:
zgorzel wilgotna
zgorzel sucha
zgorzel gazowa
Martwicą (łac. necrosis) nazywamy obumarcie tkanek lub narządów. Występuje w wyniku niedokrwienia/niedotlenienia lub zakażenia.
Rozróżniamy martwicę aseptyczną, martwicę rozpływną, martwicę suchą.
Przykłady martwicy:
martwica dystalnych części kończyn w wyniku niedokrwienia (zator, zakrzep tętniczy)
martwica mięśnia sercowego (zawał mięśnia sercowego)
Rybosomy?
BUDOWA RYBOSOMU
-kwas rybonukleinowy rRN: 18S, 28, 5.8S, 5S
-białka: białka podjednostki mniejszej 33-35D białka podjednostki większej 45-60D
Ziarniste lub szorstkie retikulum endoplazmatyczne
- występuje we wszystkich komórkach z wyjątkiem dojrzałych erytrocytów ssaka
- na zewnętrznej powierzchni przyczepione są rybosomy.
- odpowiedzialne jest za biosyntezę białek sekrecyjnych, lizosomowych, błonowych i wstępną glikozylację białek
SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA GŁADKA
- połączona jest z siateczką szorstką,
- powstaje z siateczki ziarnistej
- obficie występuje w komórkach kory nadnerczy, w komórkach wątrobowych, gruczołach dokrewnych
- ilość siateczki gładkiej zależy od stanu fizjologicznego komórki np.: fenobarbiturany- środki nasenne powodowały przerost siateczki gładkiej w hepatocytach.
- zawiera dużo cholesterolu, 2x więcej niż siateczka szorstka,
- enzymem markerowym jest hydrolaza glukozo-6-fosforanu.
Glikogen (glu)n ? (fosforylaza glukozo-1-fosforanu) ?
Glikogen (glu)n-1 glukozo-1-fosforan ? glukozo-6-fosforan ?-- (hydrolaza glukozo-6-fosforanu) ? glukoza
rola siateczki śródplazmatycznej gładkiej zaangażowana w rozpad i syntezę glikogenu.
Synteza lipidów ? trojacylogliceroli i tłuszczy złożonych.
Związkiem wyjściowym jest 3-fosfogllicerol.
Kompleks syntetazy triacyloglicerolowej łączy się z błonami siateczki gładkiej.
Procesy detoksykacyjne, biotransformacja związków toksycznych dla komórek np. trucizn, leków.
Etapy detoksykacji:
Biotransformacja toksycznych związków o charakterze hydrofobowym w związki hydrofilowe poprzez reakcje utlenienia, redukcji, hydrolizy, hydroksylacji.
Reakcja związków hydrofilowych ze związkami odtruwającymi tzw. czynnikami sprzęgania.
Związkami odtruwającymi są:
Cukrowce (aktywny kwas glukoronowy czyli UDP-glukuronian)
Kwasy nieorganiczne (kwas siarkowy)
Kwasy organiczne (aktywny octan czyli acetylo-CoA)
Aminokwasy (glicyna, cysteina, glutamina)
LIZOSOMY
Cechy charakterystyczne lizosomów:
-średnica 0.25-0.8nm
-najbardziej niejednorodne organelle komórkowe
-mają kształt pęcherzyków
-otoczone są pojedyńczą błoną lipidowo-białkową
-pełnią funkcje trawienne
-lizosomy granulocytów ? spełniają funkcje obronne, trawią bakterie i cząstki organiczne
-odczyn wewnątrz lizosomy pH 3-6
Błona lizosomalna zawiera specyficzne białko transportowe, które transportuje jony H do wnętrza lizosomy i produkty które mają być strawione
- są zróżnicowane pod względem morfologicznym i histochemicznym. Obecność enzymów hydrolitycznych o optimum działania w środowisku kwaśnym (kwaśne hydrolazy).
Rodzaje lizosomów: pierwotne i wtórne
Lizosomy pierwotne zlokalizowane są z okolicach Aparatu Golgiego, charakteryzują się obecnością kwaśnych hydrolaz, bez substratów enzymatycznych. Charakterystyczną cechą lizosomów pierwotnych jest tzw. ?halo? jasna obwódka brzeżna.
Lizosomy wtórne powstają z połączenia lizosomów pierwotnych i różnych typów wakuoli. Wyróżnia się autofagosomy, heterofagosomy i ciała resztkowe.
Ciała wielopęcherzykowe powstają w wyniku zlania się kilku pęcherzyków endocytarnych. Ciała resztkowe to lizosomy wtórne, które zawieraja nie strawione resztki pobranych substancji. Charakteryzują się brakiem lub minimalną obecnością kwaśnych hydrolaz.
Ziarna lipofuscynowe zawierają barwniki rozpuszczalne w tłuszczach, fosfatazę kwaśną i deoksyrybonukleazę.
Hydrolazy kwaśne występujące w lizosomach to:
-enzymy działające na tłuszcze: lipaza, fosfolipaza, sfingomielinaza
-enzymy działające na estry fosforanowe i siarkowe: nukleazy, fosfatazy, sulfatazy
-enzymy działające na białka: katepsyny
-enzymy działające na łańcuchy cukrowe glikoprotein i glikolipidów: galaktozydaza, glikozydaza, mannozydaza
-enzymy działające na glikozaminoglikany: glukoronidaza, lizozym inaczej muramidaza, hialuronidaza
Choroby lizosomalne ? brak specyficznej hydrolazy jest przyczyną chorób lizosomalnych
Dziedziczna choroba Taya-Sachsa powodowana brakiem hydrolazy N-acetylo-beta-D-galaktozaminidazy.
PEROKSYSOMY mają owalny kształt, są otoczone pojedynczą błoną plazmatyczną, średnica 0.6-0.77 mikrometra charakteryzują się polimorficznością.
Rola peroksysomów
- degradacja puryn: puryny przekształcane są do ksantyny, a ten związek do kwasu moczowego
- procesy utleniania różnych substratów np. utlenianie kwasu moczowego do allantoiny
- uczestniczą w beta-oksydacji długołańcuchowych kwasów tłuszczowych
- biosynteza cholesterolu niezależnie od siateczki śródplazmatycznej
- biosynteza plazmalogenów i kwasów żółciowych
Choroba Zellwegera spowodowana wadliwym funkcjonowaniem peroksysomów brak wykrywalnych ultrastrukturalnie i cytochemicznie peroksysomów w komórkach wątrobowych i nerkowych.
Peroksysomy powstają z
- pęcherzyków błon siateczki gładkiej
- podziału już istniejących peroksysomów (nie są to struktury półautonomiczne)
PROTEASOM
Funkcje: degradacja pozalizosomowa białek udział w apoptozie, regulacji cyklu komórkowego
Zbudowany z 20 podjednostek polipeptydowych o stałej sedymentacji 26S, ułożonych w formę walca
Białka degradowane w proteasomach mają dołączona ubikwitynę
Liczba proteasomów zależy od aktywności metabolicznej komórek, fazy cyklu komórkowego

CYTOSZKIELET
Nadaje komórce kształt
Zapewnia ruch organelli
Umożliwia ruch komórki
MIKROFILAMENTY
FILAMENTY AKTYNOWE: struktury włókienkowe, średnica 5-15 nanometrów, pęczki mikrofilamentów tworzą włókienka o średnicy 0,2-1 mikrometra.
Główny składnik mikrofilamentów to białko aktyna. Aktyna występuje w dwu formach: G-aktyna ? białko globularne
F-aktyna ? białko fibrylarne.
G-AKTYNA: masa 41 872 Daltonów, zawiera 375 aminokwasy, nietypowy aminokwas trimetylohistydyna, struktura pierwszorzędowa jest konserwatywna i ma kształt sferyczny: 5,5nm wzdłuż osi dłuższej i 3,5nm wzdłuż osi krótszej. W obrębie cząsteczki można wyróżnić region o wysokim powinowactwie do jonów wapnia, i drugi region o powinowactwie do ATP. Aktyna wiąże 1 jon wapnia i 1 cząsteczkę ATP, polimeryzuje tworząc F-aktynę. Utworzoną z 2 zwiniętych wokół siebie łańcuchów G-aktyny.
Białka modyfikujące funkcje F-aktyny:
-białka stabilizujące G-aktynę, sprzyjające depolimeryzacji filamentów aktynowych np.: profilina
-białka inicjujące polimeryzację monomerów np.: wilina
-białka stabilizujące mikrofilamenty np.: tropomiozyna białko miofilamentu cienkiego mięśni szkieletowych
-białka wytwarzające sieci poprzeczne pomiędzy filamentami aktyny np.: miozyna białko występujące m.in. w komórkach mięśniowych
-białko wiążące włókna aktyny w równoległe wiązki np.: alfa-aktynina
-białka przymocowujące włókna aktyny do struktur komórkowych: błony komórkowej i mikrotubul np.: winkulina, konektyna
Filamenty aktynowe tworzą:
A] stałe struktury: mikrokosmki, stereocilia, aparat kurczliwy w sarkomerze
B] zmienne struktury: włókienka naprężeniowe, pierścień powodujący cytokinezę
MIKROKOSMKI ? wypustki komórek obficie występujące na powierzchni komórek nabłonka jelitowego. Średnica 50-100nanometrów, długość 0.5-3 mikrometrów. Zwiększają powierzchnię chłonną jelita cienkiego wchłaniają i transportują substancje odżywcze ze światła przewodu pokarmowego do krwi.
Stereocilia ? występują na powierzchni komórek rzęsatych w ślimaku i przedsionku ucha wewnętrznego. Długość 7-11mikrometrów, są wrażliwe na ruch wywołany dźwiękiem lub przemieszczaniem się płynów w kanałach ślimaka. U podstawy stereocilium wiązka filamenów aktynowych krzyżuje się.
Struktury aktynowo-miozynowe ? tworzą włókienka kurczliwe w sarkomerach komórek mięśniowych
FILAMENTY POŚREDNIE
Średnica 7-11 nanometrów
Podział ze względu na pochodzenie tkankowe:
- keratynowe
- desminowe
- wimentylowe
- glejowe
- neurofilamenty
Podział ze względu na obecność keratyny:
*filamenty keratynowe
*filamenty niekeratynowe
3 łańcuchy polipeptydowe ? protofibryla keratyny 11 protofibryli to mikrofibryla
Podział filamentów pośrednich
? filamenty keratynowe tworzą trojwymiarową sieć w komórkach nabłonkowych nadaje giętkość, sprężystość i wytrzymałość
Filamenty niekeratynowe:
A] filamenty desminowe:
- występują we wszystkich typach komórek mięśniowych,
- w komórkach mięsni poprzecznie prążkowanych występują pomiędzy miofibrylami na poziomie linii Z sarkomeru,
- w mięśniu sercowym obecne w desmosomach łączą się z błoną komórkową, zawierają białko desminę
Desmosom ? typ połączeń międzykomórkowych
B] filamenty wimentylowe :
? występują w komórkach niemięśniowych pochodzących z mezodermy: fibroblastach, komórki śródbłonka naczyń, limfocyty, melanocyty.
- zawierają białko wimentynę
- tworzą włókna o przebiegu falistym, formują wiązki, pęczki, sploty
- włókna łączą się z błoną komórkowa a ich końce oplatają otoczkę jądrową i inne organella komórkowe.
C] filamenty glejowe:
? zbudowane z białka nazywanego GFAP ? glejowe włókienkowe białko kwaśne
- występują wewnątrz komórek glejowych ? astrocyty.
D] neurofilamenty:
? występują w neuronach centralnych i obwodowych
- zbudowane są z trzech rodzajów białek:
NFL ( białko Neuro Filamentowe Low)
NFM ( białko Neuro Filamentowe Middle)
NFH (białko Neuro Filamentowe High)
Filamenty pośrednie
Biorą udział w konstrukcji cytoszkieletu są mniej rozpuszczalne niż MT i MF, nie ulęgają one procesom odwracalnego montażu i demontażu podczas cyklu komórkowego.
Pełnią rolę mechanicznych integratorów przestrzeni cytoplazmatycznej, utrzymują w odpowiednim położeniu aparat mitotyczny.
Ułatwiają diagnozowanie komórek nowotworowych:
Carcinoma powstają z komórek nabłonkowych mają filamenty keratynowe,
Sarkoma pochodzą z komórek mięśniowych i filamenty wimentylowe.
Model budowy mikrotubuli.
Protofilament:
? zbudowany z pojedynczej warstwy globularnych podjednostek ? heterodimerów alfa i beta-tubuliny (13 podjednostek)
- ułożone są jeden na drugim i tworzą cylinder pusty w środku
MIKROTUBULE mają budowę biegunową:
na biegunie dodatnim zachodzi proces polimeryzacji tubuliny wymagający hydrolizy GTP
na biegunie ujemnym nasilone są procesy depolimeryzacji
Mikrotubule są w stanie równowagi dynamicznej. W obecności GTP dimery tubuliny alfa i beta ulegają polimeryzacji i depolimeryzacji. W konsekwencji dimery stale przemieszczają się w obrębie mikrotubul.
Mikrotubule tworzą 4 typy struktur:
1.sieć interfazowa mikrotubul
2.wrzeciono podziałowe
3.aksony rzęsek i wici
4.centriole
sieć interfazowa mikrotubul
- mikrotubule cytoplazmy interfazowej występują w postaci pojedynczych lub rozproszonych wiązek ułożonych wzdłuż długiej osi komórki
- ułatwiają transport wewnątrzkomórkowy
- zniszczenie mikrotubul np.: kolchicyną powoduje zahamowanie wydzielania.
mikrotubule rzęsek i wici
- rzęski i wici są wypustkami cytoplazmy o średnicy 0.22 mikrometra i długości 5-10(rzęski) 15-70 mikrometrów (wici)
- ruch rzęsek przypomina ruch bicza, poruszają się ruchem falistym
- mikrotubule rozmieszczone są według schematu 9 2
W protofilamencie wyróżniamy 9 dimerów tubulinowych na zewnątrz i 2 wewnątrz.
wrzeciono podziałowe
- tworzy się z mikrotubul interfazowych, mikrofilamentów i filamentów pośrednich
- położone jest między biegunami komórki
Substancje, które utrudniają przemiany aktyny
cytochalazyny ? (śluzowce) hamują polimeryzację G-aktyny.
falloidyna ? trucizna występująca w muchomorze sromotnikowym hamuje depolimeryzację F-aktyny.
centriole
- są niewielkimi organellami o średnicy 0.2 mikrometrów
- leżą w pobliżu aparatu Golgiego i jadra komórkowego
- zazwyczaj w komórce występuje para centrioli ale np.: w hepatocytach jest ich 4 pary, megakariocyty szpiku kostnego 40 par.
- mają kształt cylindra, zbudowanego z 9 trypletów mikrotubul.
W skład trypletu wchodzą mikrotubule nazywane A, B, C.
Tryplety połączone są ze sobą i z osią centrioli substancją o charakterze ziarnistym tzw. ciała satelitarne.
Centriole są organellom samoreplikującym się ? podwaja się ich liczba w fazie
S cyklu komórkowego.
JĄDRO KOMÓRKOWE
Liczba w komórce
? jedno ? monokarioc
- dwa - bikariocyty ? w komórkach mięśniowych sercowych wystepuje 1 lub 2 jądra komórkowe
- wiele ? polikariocyty ? komórki mięśniowe szkieletowe
- brak jądra komórkowego ? erytrocyty
Błona zewnętrzna: grubość 5-10nm
- połączona z retikulum endoplazmatycznym szorstkim
- zawiera dużo lecytyny i cholesterolu
Błona wewnętrzna: asymetryczna ? od strony przestrzeni międzybłonowej jest gładka
- od strony nukleoplazmy wyścielona blaszką jądrową ? białkami włóknistymi laminami.
Lamina A wiąże się z osłonką jądrową wewnętrzną
Lamina B wiąże się z chromosomami
Laminy stabilizują kompleks porowy
Pod koniec profazy laminy ulegają depolimeryzacji co powoduje fragmentację otoczki jądrowej, w telofazie laminy ułatwiają odtworzenie otoczki jądrowej.
Budowa jądra komórkowego
MACIERZ JĄDROWA ? NUKLEOPLAZMA
-Białka niehistonowe enzymatyczne: polimerazy
DNA, ligazy, kinazy, polimerazy RNA
-Białka niehistonowe strukturalne: laminy i nielaminowe polipeptydy specyficzne dla macierzy wewnętrznej
-Rybonukleoproteiny
Substancja chromatynowa: DNA, białka histonowe, białka niehistonowe kwaśne, RNA, jony metali, polisacharydy
Histony ? białka proste zasadowe bogate w lizynę i argininę
Klasy histonów: H1, H2A, H2B, H3, H4
Stała ilość w chromatynie
Konserwatywna struktura
Brak specyficzności tkankowej i gatunkowej.
W chromatydach wyróżniamy:
-heterochromatynę konstytutywną,
-przewężenie pierwotne centromer,
-przwężenie wtórne-organizator jąderka
-euchromatynę,
-telomery,
Chromatyna interfazowa białka niehistonowe macierzy jądrowej umożliwiają tworzenie pętli. Chromatyna ma strukturę domenową, obszary transkrybowane tworzą pętle, obszary nie ulegają transkrypcji są związane z białkami macierzy.
Heterochromatyna obszary chromatyny interfazowej i odpowiadające im fragmenty chromosomów o zbitej strukturze nie ulegające transkrypcji,
Eochromatyna rozluźniona chromatyna, ulega transkrypcji, zawiera geny, struktury
Heterochromatyna konstytutywna występuje w obu ramionach chromosomów homologicznych
Heterochromatyna fakultatywna występuje tylko w jednym chromosomie homologicznym ? chromosom X u kobiet. Nieaktywny chromosom X-ciałko Barra.
Funkcje heterochromatyny:
- bierze udział w transkrypcji rRNA, tRNA
- stabilizuje strukturę centromerow i telomerów
- bierze udział w crossing-over
- może wpływać na transport przez pory jądrowe
- reguluje procesy rozmnażania komórek
Rodzaje DNA wyróżnione na podstawie liczby kopii:
DNA o dużej liczbie kopii 105-106 p.n. na genom
DNA o pośredniej liczbie kopii 102- 104
DNA unikatowe zaledwie kilka kopii, pojedyncze sekwencji
GEN ? odcinek DNA kodujący 1 polipeptyd lub 1 strukturalną czasteczkę tRNA lub rRNA
Podział genów:
1.geny struktury ? kodują polipeptydy
2.C-onkogeny ? protoonkogeny ? kodują białka kinazy, biorą udział w regulacji proliferacji i różnicowaniu się komórek
3.geny regulacyjne ? nie podlegają transkrypcji, pełnią funkcje regulacyjne dla genów struktury, są rozpoznawalne przez białka regulacyjne
4.geny dla rRNA i tRNA ? liczne kopie, występują w grupach (28S, 18S 5.8S i 5S rRNA)
Chromosom metafazowy
MORFOLOGIA:zbudowany chromosomów dwu chromatyd połączonych centromerem zawerającym kinetochor.
Podział chromosomów ze względu na położenie centromeru:
- akrocentryczne z jednym ramieniem bardzo krótkim
- submetacentryczne- z ramionami przypominającymi literę L
- metacentryczne- z ramionami przypominającymi literę V
- telocentryczne kształtu pałeczkowatego z centromerem umieszczonym na końcu proksymalnym
PODZIAŁ KOMÓREK
Proces mitozy i mejozy
Cykl komórkowy:
1. Interfaza:
G1- diploidalna ilość DNA, różny czas trwania
S- replikacja DNA, tetraploidalna ilość DNA
G2- przygotowanie do mitozy, czas trwania 3-5 h.
Etapy mitozy?
2. Mitoza: kariokineza, cytokineza.
W komórce macierzystej występuje 4 n chromosomów, w podziale powstają 2 komórki, każda ma 2 n chromosomów i mają ten sam zestaw genów.
Profaza:
-chromosomy potomne ulegają kondensacji
- tworzy się wrzeciono mitotyczne
- otoczka jądrowa nienaruszona
Metafaza:
Prometafaza:
- następuje rozpad otoczki jądrowej,
- chromosomy łączą się do włókien wrzeciona podziałowego poprzez kinetochory,
- chromosomy zaczynają się przemieszczać
Metafaza:
- chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona.
Anafaza
-mikrotubule kinetochorów skracają się na skutek depolimeryzacji
- chromosomy potomne rozdzielają się i przemieszczają się do biegunów wrzeciona podziałowego
Telofaza
- chromosomy potomnedocierają do biegunów wrzeciona,
- wokół chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa
- powstają 2 jądra komórkowe
- powstaje pierścień kurczliwy
Cytokineza
- pierścień kurczliwy zaciskając się dzieli cytoplazmę komórki i tworzy 2 komórki potomne
- chromosomy ulegają dekondensacj
Mitoza zachodzi:
- w fazie wzrostu organizmu, kiedy to w szybkim tempie przybywa nowych komórek
- w procesie regeneracji, gdy organizm uzupełnia ubytki po zniszczonych komórkach komórkami nowymi
- podziały mitotyczne zachodzą w diploidalnych komórkach somatycznych, powstają komórki potomne, które mają taką samą liczbę chromosomów co komórka macierzysta
Etapy mejozy?
MEJOZA- redukcyjny podział jądra komórkowego.
Znaczenie mejozy:
- zapewnia stałą liczbę chromosomów w kolejnych pokoleniach organizmów, które rozmnażają się płciowo
- zapobiega podwajaniu informacji genetycznej w czasie łączenia komórek biorących udział w procesie płciowym
- mejoza prowadzi do zrekombinowania informacji genetycznej dzięki procesowi crossing- over i losowemu rozejściu się chromosomów w czasie podziału





Mejoza
I podział- redukcyjny
II podział- typu mitotycznego
Kariokineza
- profaza I
- metafaza I
- anafaza I
- telofaza I

Cytokineza: nie zachodzi
Kariokineza
- profaza II
- metafaza II
- anafaza II
- telofaza II

Cytokineza- prowadzi do powstania czterech odrębnych komórek

A Przebieg mejozy I
A I profaza I
-leptoten
-zygoten
-pachyten
-diploten
-diakineza
Profaza 1
LEPTOTEN
Chromatyna kondensuje i zaczyna przybierać kształt długich nici. Powstają chromosomy. Tworzy się wrzeciono podziałowe (kariokinetyczne).
ZYGOTEN
Dochodzi do koniugacji chromosomów homologicznych, łączą się one ze sobą za pomocą tworzącego się kompleksu synaptonemalnego. Dwa koniugujące chromosomy to biwalent lub tetrada.
PACHYTEN
Pomiędzy chromatydami skoniugowanych chromosomów tworzą się połączenia ? chiazmy zachodzi proces crossing- over.
DIPLOTEN
Rozdzielenie chromosomów homologicznych. Każdy z biwalentów połączony jest poprzez chiazmy. Zachodzi dekondensacja chromosomów.
DIAKINEZA
kinetochory każdego z dwu chromosomów tworzących biwalent zlewają się ze sobą. Mikrotubule łączą kinetochor tylko z jednym centromerem.
Proces crossing ? over:
- w czasie koniugacji chromosomy homologiczne są ściśle zasocjowane, tworzą kompleks synaptonemalny
- jest przyczyną zwiększonej różnorodności potomstwa
- zachodzi w dowolnym miejscu kondensujących chromosomów
- w czasie jednej mejozy może dojść wielokrotnie do crossing- over
- prawdopodobieństwo rozdzielenia 2 genów na skutek crossing- over jest tym większe im odległość między nimi jest większa.
metafaza I:
- pary chromosomów homologicznych układają się na równiku wrzeciona podziałowego.
anafaza I:
- ku przeciwległym biegunom wrzeciona wędrują całe chromosomy ( po jednym z pary homologicznej).
telofaza I:
- odtwarzają się 2 jądra potomne.
profaza II:
- chromosomy grubieją
- zanika błona jądrowa i jąderko
- na terenie cytoplazmy tworzy się wrzeciono podziałowe.
metafaza II:
- na równiku wrzeciona układają się chromosomy
- włókna wrzeciona przyczepiają się do centromerów każdej chromatydy w chromosomie
- centromery pękają na skutek kurczenia się włókien wrzeciona
anafaza II:
- chromatydy czyli chromosomy potomne wędrują ku biegunom wrzeciona
telofaza II:
- odtwarzane są 4 jądra potomne zawierające połowę chromosomów
CYTOKINEZA: podział cytoplazmy prowadzi do powstania 4 odrębnych komórek.
Plemniki powstają w kanalikach nasiennych jądra.
SPERMATOGENEZA- proces powstawania plemników.
Komórki macierzyste spermatogonie ulegają mitozie.
Spermatogonie A1 i A2 są prekursorami dla następnych stadiów rozwojowych oraz stanowią pulę komórek zapasowych.
Spermatogonie A dają początek spermatogoniom B.
Spermatogonie B po podziałach mitotycznych dają początek spermatocytom I rz.
Spermatocyty I rzędu ulegają pierwszemu podziałowi mejotycznego i powstają 2 spermatocyty II rzędu.
W wyniku drugiego podziału mejotycznego spermatocyt II rzędu powstają spermatydy o pojedynczej liczbie chromosomów.
Spermatyda jest kształtu kulistego, w jej cytoplazmie widoczny jest Aparat Golgiego, centrosom, mitochondria i lizosomy.
Spermiogeneza- przekształcanie się spermatyd w plemniki.
- wykształcenie proakrosomu, a następnie akrosomu
- wytwarzanie witki
- kondensacja i zmiana kształtu jądra
- przemieszczanie mitochondriów do wstawki witki
- wytworzenie domen w błonie komórkowej zawierających specyficzne białka
- usunięcie zbędnej cytoplazmy.
Oogeneza- proces powstawania komórek jajowych.
1. Podczas rozwoju embrionalnego pierwotne komórki płciowe gonocyty przekształcają się w oogonie
2. Oogonie namnażają się w jajniku płodu. Około 7 miesiąca życia oogonie przechodzą I fazę mejozy, ale nie kończą go, zahamowanie podziału mejotycznego zachodzi w diplotenie. Powstają oocyty I rz.
3. Oocyt I rz. kończy podział mejotyczny przed owulacją i powstaje haploidalny oocyt II rz.
4. Oocyt II rz. rozpoczyna podziały II fazy mejozy, ale zostaje zahamowany w stadium metafazy II.
5. Po zapłodnieniu komórka jajowa kończy podział mejotyczny.