Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną organizmów żywych zdolną do samodzielnego życia

Historia:

• Robert Hooke 1635-1703 – odkrył istnienie komórek na podstawie cienkich skrawków wycinanych z korka - zaobserwował wolną przestrzeń, która była ograniczona ścianami

• Teoria komórkowa Schwanna i Schleidena

- wszystkie organizmy żywe są zbudowane z jednej lub wielu komórek

- komórka jest podstawową jednostką strukturalną wszystkich organizmów

- komórka może powstać tylko z innej komórki → „omnis cellula e cellula” R.Virchow [wszelka (żyjąca) komórka (pochodzi) od (innej) komórki]

Rozmiary komórek (bardzo zróżnicowane)

• komórka roślinna 20x30µm – są zbudowane geometrycznie, zazwyczaj prostokątne

• komórka zwierzęca 20µm – zazwyczaj jest okrągła (brak ucisku ze strony innych komórek)

• komórka bakterii 1x2µm

Współczesna biologia komórki skupia wszystko co powstaje w:

• cytologii

• biochemii

• genetyce

Cytologia:

• najstarsza z nauk wchodzących w skład biologii komórki

• jest zależna od technik optycznych

- w 1870 roku wprowadzono do badań morfologicznych mikrotom, co umożliwiało sporządzenie cienkich skrawków możliwych do obejrzenia w mikroskopie świetlnym

• mikroskopia świetlna

- mikroskopy jasnego pola

- mikroskop z kontrastem fazowym

- mikroskop ciemnego pola

- mikroskop konfokalny

- mikroskop fluorescencyjny

- optyka Nomarskiego

• mikroskopia elektronowa

- mikroskop elektronowy transmisyjny

- mikroskop elektronowy skaningowy

- mikroskop skaningowy tunelowy (opracowanie teoretyczne – mało istniejących egzemplarzy)

- rezonans magnetyczny (lata 90.)

XVIIw.:

• Van Leewenhock udoskonala soczewkę, Hooke opisuje komórkę

XIXw.:

• Golgi opisuje Aparat Golgiego

• wprowadzenie do badań mikrotomu

• zastosowanie barwników

• Kolliker opisuje mitochondria w komórkach mięśniowych

• Virchow „omnia cellula e cellula”

• teoria komórkowa Schwanna i Schleidena

• Brown opisuje jądro komórkowe

Biochemia

• 1828r.

- synteza mocznika z amoniaku i cyjanku (F. Wöhler)

- związek organiczny może powstać ze związku nieorganicznego

- chemia organiczna podlega takim samym prawom jak chemia nieorganiczna

• 1868r.

- L. Pasteur odkrywa, że komórki drożdzy potrzebne są do fermentacji alkoholowej (cukier, alkohol)

- obalił teorię samorództwa drobnoustrojów

• 1897 – Büchner stwierdza, że ekstrakt z komórek drożdży działa jak ....? (Michał;))

• 1920-1930

- glikoliza

- ATP

- cykl Krebsa

- (...) jakieś inne gówna, nie zdążyłam zapisać.

Genetyka

• 1866r. – G. Mendel

- czynniki dziedziczne (geny) i ich segregacja

- dopiero 35 lat później jego prace zostały upublicznione

• 1876r. – W Flemming

- identyfikacja chromosomów

• 1900r. – W. Sutton

- chromosomowa teoria dziedziczenia

• 1944r. – Avery i inni

- transformacje genetyczne u bakterii

• 1953r. – J. Watsson i F. Crick

- podwójna spirala

Biologia komórki

XXw.

• zastosowanie techniki Video w mikroskopie świetlnym (Allen i Iunoe)

• sekwencjonowanie DNA

• technika klonowania DNA (Berg, Boyer, Cohen)

• technika ME – Palade, Sjostraud, Porter

• DNA nośnikiem informacji genetycznej (Avery, MacLeond, McCarty)

• cykl TCA (Krebs)

• technika ultrawirowania (Svedberg)

• pierwszy transgeniczny organizm zwierzęcy

• odkrycie kodu genetycznego

• odkrycie polimerazy DNA

• podwójna spirala DNA

• DNA – substancja genetyczna

• izolowanie frakcji mitochondrialnej (Claude)

• wynalezienie mikroskopu elektronowego

• struktura DNA – powtarzające się tetranukleotydy

• genetyka Dropsophila melanogaster (Morgan i współpracownicy)

Struktury komórkowe	Budowa	Główna funkcja
Błona komórkowa
Dwuwarstwa lipidowa	Dynamiczna, płynna otockza składająca się głównie z dwóch warstw fosfolipidów	Zapobiega utracie przez komórkę substancji rozpuszczalnych w wodzie, decyduje o właściwościach błony
Białka błonowe	Białka globularne	Transport przez błony, kontakt z otoczeniem
Jądro komórkowe
Otoczka jądrowa	Podwójna błona otaczająca jądro	Odgraniczanie materiału genetycznego
Pory jądrowe	Diafragma lub szczelina w błonie jądrowej	Łączność między jądrem a cytoplazmą
Heterochromatyna	Skondensowany materiał genetyczny czasem przylegający do otoczki	Część genomu nie podlegająca transkrypcji
Euchromatyna	Rozproszony materiał genetyczny	Część genomu podlegająca intensywnej transkrypcji
Chromosomy	Grube, wydłużone pręty materiału jądrowego	Kondensacja chromatyny w trakcie podziału
Jąderko	Nieregularnie okrągłe, gęste ciała ziarniste	Produkuje rRNA
Cytoplazma
Cytozol	Płynna lub żelo-podobna substancja	Zawiera wszystkie cząsteczki związane z metabolizmem komórki
Organella
Siateczka śródplazmatyczna szorstka	Długie, czasami rozszerzone cysterny, pokryte rybosomami	Synteza i regeneracja białek
Siateczka śródplazmatyczna gładka	Rozgałęzione kanaliki lub różnego kształtu i wielkości pęcherzyki	Synteza tłuszczy i sterydów: rozkład substancji szkodliwych (detoksykacja)
Aparat Golgiego	Stos równolegle ułożonych cystern	Zagęszczanie i pakowanie produktów wydzielniczych, przebudowa błon
Lysosomy	Owalne lub nieregularnego kształtu organella	Zawierają enzymy hydrolityczne rozkładające wiele substancji
Ciała wielo-pęcherzykowe	Wakuole zawierające wewnątrz małe pęcherzyki	Jedna z postaci lizosomów
Mitochondria	Owalne lub okrągłe organella o pofałdowanej błonie wewnętrznej	Fosforylacja oksydacyjna, produkacja ATP
Peroksysomy	Okrągłe lub elipsoidalne otoczone błoną ciałka	Zawierają enzymy z grupy oksydaz; metabolizują lipidy
Centriole	Dziewięć tripletów krótkich mikrotubul tworzących cylinder	Tworzenie i ukierunkowanie mikrotubul, rzęsek i witek
Wtręty
Glikogen	Małe elektronowo-gęste ziarna lub rozety	Magazynowanie węglowodanów
Lipidy	Okrągłe krople o różnej gęstości elektronowej	Magazynowanie energii: używane w biogenezie
Barwniki	Elektronowo-gęste owalne ziarnistości lub kłaczkowate ciałka gęste z wtrętami lipidowymi	Ochrona przeciwko promieniowaniu UV; magazynowanie niestrawionego materiału w obrębie komórki
Kryształy	Igły: siateczka krystaliczna	Magazynowanie białek
Cytoszkielet
Mikrotubule	Długie, puste cylindry o ścianach zbudowanych z tubuliny	Kształt komórek, transport wewnątrzkomórkowy
Filamenty pośrednie	Wiązki lub sieci filamentów (wimentynowych, keratynowych, desminowych)	Stabilizacja kształtu komórek, aranżacja wewnątrzkomórkowa
Mikrofilamenty	Filamenty zbudowane z aktyny	Skurcze komórek, ruch

Główne funkcje struktur błoniastych:

• błony nadają komórkom cechy indywidualne i kontrolują ich środowisko wewnętrzne

• błony pozwalają na komunikację zewnętrzną i wewnętrzną komórek

• błony przyjmują liczne formy zależne od struktury i funkcji komórki

• błony umożliwiają jednoczesne toczenie się bardzo różnych procesów wewnątrz komórki

Błona jądrowa:

• umożliwia oddzielenie materiału genetycznego od reszty komórki

Błona komórkowa:

• umożliwia kontakt pomiędzy sąsiednimi komórkami

• umożliwia wiązanie cytoszkieletu

• odpowiedzialna jest za przyjmowanie informacji z otoczenia (białka receptorowe) – możliwość reagowania na bodźce ze środowiska

• umożliwia wymianę pomiędzy wnętrzem komórki a środowiskiem

• odpowiedzialna za zdolność ruchu i ekspansji

• odpowiedzialna za adhezję (przyleganie komórek do innych składników organizmu)

• jest asymetryczna – wynika to z obecności cukrów oraz składu fosfolipidów

Model Danielli Dawson

• część hydrofilna na zewnątrz, część hydrofobowa wewnątrz

• dwuwarstwa lipidowa

• element białkowy na zewnętrznej części błony

• problem z transportem – pory (system por ów) – w obrębie porów znajdują sie białka rozpuszczalne w wodzie

Model Robertsona

• trójwarstwowy model błony

- powłoka glikoproteinowa na zewnątrz

- dwuwarstwa lipidowa wewnątrz

• stwierdzone składniki cukrowe

• model ten nie tłumaczy transportu

Model płynnej mozaiki Singera – Nickolsona (od 1966r.)

• występują białka – globularne (przebijają błonę w mniejszym lub większym stopniu)

• występują cukry (glikolipidy, glikoproteiny)

Błona elementarna:

- trójwarstwowa (grubość 7,5nm) (dwuwarstwa + białka wystające)

- grubość dwuwarstwy lipidowej 5nm

- proporcja między białkami i lipidami jest zróżnicowana w różnych komórkach, zależy od funkcji komórki

- cukry znajdują się tylko w zewnętrznej części błony komórkowej

- działa bardzo wybiórczo, oddziela struktury od środowiska zewnętrznego

• hepatocyty 50-50, 50% lipidy, 50% białka

• błona mit wewnętrzna 75% białka, 25% lipidów

• podstawowy składnik: glicero-fosfolipidy, ale też cholesterol i glikolipidy

Glicerofosfolipidy powstają na bazie glicerolu, do którego dołączone są dwie grupy karboksylowe połączone z dwoma kwasami tłuszczowymi i reszta fosforanowa

Fospolipid: główka hydrofilna + dwa ogonki hydrofobowe (jeden prosty, drugi zakrzywiony)

Cholesterol:

• polarna główka

• pierścień steroidowy (między kwasami tłuszczowymi fosfolipidów), jest sztywny, nie zmienia swojej budowy

• niepolarny ogon węglowodorowy

• elementy usztywniające błonę

• duża ilość komórek osłonki układu nerwowego

Glikolipidy: zamiast kwasu fosforowego przyłącza się cukier

Główne lipidy błonowe	Wypadkowa ładunków grup polarnych	Skład procentowy (zakres)
Fosfoglicerydy	Od 0 do -2	50-90%
Fosfatydylocholina	0	40-60%
Fosfatydyloetanolamina	0	20-30%
Fosfatydyloseryna	-1	5-15%
Fosfatydyloinozytol	-1	5-10%
Sfingomielina	0	5-20%
Cholesterol	0	5-25%

Jeżeli fosfatydyloseryna przenosi się ze strony wewnętrznej błony komórkowej na zewnętrzną tzn. że komórka chce umrzeć spokojnie – początek apoptozy

Płynność dwuwarstwy – flip-flop

Na płynność dwuwarstwy wpływają:

• czynniki chemiczne

- liczba węglowodorów (CH)₂ w łańcuchach acylowych (im dłuższy łańcuch, tym bardziej stała)

- liczba podwójnych wiązań (im więcej, tym bardziej płynna)

- liczba cholesterolu (im więcej, tym sztywniejsza)

- im wyższa temperatura, tym większa sztywność

• rotacja (wokół własnej osi)

Rola lipidów i cukrów:

• lipidy (bariera przed środowiskiem zewnętrznym)

• cukry (mają nadać właściwości antygenowe)

• nawiązywanie kontaktów ze środowiskiem zewnętrznym

Przepuszczalność dwuwarstwy:

Lipidy błonowe – podsumowanie

• lipidy błonowe są w stanie płynnym i tworzą w środowisku wodnym dwuwarstwy

• płynność dwuwarstwy zależy od jej składu

• dwuwarstwa lipidowa jest asymetryczna

• dwuwarstwa jest nieprzepuszczalna dla jonów i substancji rozpuszczalnych w wodzie

Białka błonowe

1. Syntetyzowane na błonach ER

2. Modyfikowane w obrębie AG

Wszystkie inne białka poza błonowymi syntetyzowane są przez wolne rybosomy

Białka błonowe:

• transportujące

• receptory

• wiążące

• enzymy

Klasy funkcjonalne	np. białka	Funkcje
Białka transportujące	pompa sodowo-potasowa	aktywnie wypompowuje z komórki Na^+ i doprowadza do niej K^+
Białka wiążące	intergryny	wiąże wewnątrzkomórkowe filamenty aktyny z białkami substancji zewnątrzkomórkowej
Receptory	receptor płytkopochodnego czynnika wzrostu (PDGF)	wiąże zewnątrzkomórkowe PDGF i w konsekwencji wytwarza wewnątrzkomórkowe sygnały powodujące wzrost i podział komórki
Enzymy	cyklaza adenylonowa	Katalizuje wytwarzanie wewnątrzkomórkowego cyklicznego AMP w odpowiedzi na sygnały zewnątrzkomórkowe

Białka integralne i powierzchniowe

• integralne – wystają do środowiska zewnętrznego i wewnętrznego, jednokrotnego lub wielokrotnego przebicia, w postaci helis, rzadziej w postaci beczki

• powierzchniowe – mogą być przyłączone przez lipidy lub przez białka

Białka transbłonowe – struktura β-beczułki

• białko obudowuje przestrzeń porową

• białka te dołączane są do lipidów lub do białek integralnych

Kora komórki

• warstwa cytoplazmy bezpośrednio pod błoną komórkową, wytwarzana przez fi lamenty aktynowe

• pełni rolę podpórki dla erytrocytu

• podtrzymuje dwuwklęsły kształt erytrocytu

• powstaje ze spektryny (w erytrocytach)

• nie odnawia się później – niemożliwość wytwarzania białek budulcowych – krótkość życia erytrocytów

Białka błonowe:

• są w różny sposób związane z warstwą lipidową, najczęściej przechodzą przez nią w postaci α-helisy

• całkowita struktura białek znana jest tylko w przypadku niewielu białek błonowych

• uczestniczą w tworzeniu „słodkiej otoczki” oraz kory komórki

• przemieszczanie białek Mozę być ograniczone przez komórkę

Glikokaliks „ słodka otoczka”

• do 50 nm

• jest płaszczem komórki

• zbudowany z:

  • glikoprotein, glikolipidów – są przyłączone do protein lub lipidów

  • glikozaminoglikanów, proteoglikanów – mają możliwość przyłączania się do istoty międzykomórkowej

• ułatwia wchłanianie mikrokosmki w jelicie cienkim

• powoduje „śliskość” komórki – ma możliwość wiązania wody

• ułatwia przemieszczanie się komórki

• właściwości antygenowe nadają indywidualne cechy komórce – rozpoznawanie komórek, ich współdziałanie

Struktury błoniaste komórki

Mitochondrium (mytochondrum:D)

• kształt owalny

• wymiary: śr. 0,2µm dl do 7µm

• błona zewnętrzna: gładka, otacza organellum

• błona wewnętrzna: pofałdowana, tworzy grzebienie

• obecność błon dwa przedziały:

- zewnętrzny (międzybłoniasty)

- wewnętrzny (ograniczony błoną wewnętrzną)

• w mikroskopii świetlnej nie można nic powiedzieć na temat budowy wewnętrznej mitochondrium (obserwacja na granicy rozdzielczości MŚ)

• grzebienie: zwiększają powierzchnię oddechową

• organellum półautonomiczne:

- własne DNA – koliste, produkuje 37 rodzajów białek

- własne rybosomy

- ziarnistość macierzy (ciałka gęste) – magazynują jony (wapnia, magnezowe)

• macierz zawiera enzymy odpowiedzialne za cykl Krebsa

• grzybki mitochondrialne – w ich obrębie występują enzymy łańcucha oddechowego (ATP)

Mitochondria:

• grzebieniaste –

• kanalikowe – błona wewnętrzna tworzy uwypuklenia – kształt kanalika (występowanie: komórki sterydotwórcze, testosteron, mineralokortykoidy, glikokortykoidy)

W MŚ możemy zaobserwować:

• liczbę mitochondriów

- jest zależna od metabolizmu komórek (np. komórka wątroby jest komórką wydzielniczą najwięcej mitochondriów znajduje się na obwodzie komórki)

• rozmieszczenie mitochondriów

Siateczka śródplazmatyczna (ER):

• E – endoplazmatyczne (we wnętrzu komórki)

• R – reticulum (mała sieć)

• tworzy przedziały w cytoplazmie

• postać spłaszczonych cystern (na przekrojach kanaliki)

• pakiety (pakety:D) cystern

• ilość danej siateczki (szorstkiej lub gładkiej) w komórce zależy od funkcji pełnionej przez komórkę

Siateczka śródplazmatyczna szorstka:

• w komórkach produkujących białka na eksport

• białka:

- wydzielnicze

- błon komórkowych

- lizosomalne

• inne białka na potrzeby komórki wytwarzane są na wolnych rybosomach

• ergastoplazma – obszar, w którym są ułożone regularnie cysterny siateczki szorstkiej; dużo w komórkach nerwowych

• tigroid, ciałka Nissla

Siateczka śódplazmatyczna gładka:

• łączność z szorstką

• twory tubularne, kanalikowate

• zazwyczaj jest jej mniej niż szorstkiej

• dużo siateczki gładkiej w komórkach sterydotwórczych (siateczka szorstka jest dodatkiem)

- hormony lipidowe

- zawierają mitochondria kanalikowe

• rola siateczki gładkiej

- detoksykacja

- magazyn jonów wapniowych

Aparat Golgiego:

• zlokalizowany w sąsiedztwie jądra

• stosy dyskowatych cystern połączonych ze sobą

• diktiosomy – stosy – diktiosom składa się z 6-30 cyst

• w komórce może występować 3-100 diktiosomów

• najwięcej w komórkach gruczołowych

• otoczony pęcherzykami

• dwa bieguny: cis i trans

• w cysternach proces modyfikacji substancji, np. fosforylacja

• cysterny nie muszą mieć struktury ciągłej

• umiejscowienie AG pomiędzy siateczką szorstką a zewnętrzną stroną komórki (informacja z jądra tworzenie białek na siateczce szorstkiej biegun cis AG biegun trans AG skierowany do powierzchni apikalnej – do zewnętrznej strony komórki)

• po raz pierwszy AG wykryto w komórkach zwojowych (czuciowych)

Lizosomy

• ściśle związane z AG

• AG wytwarza enzymy lizosomalne i pakuje w pęcherzyki opatrzone klatryną

• rodzaje:

- pierwotne – jednolita struktura

- wtórne – jeżeli coś jest w środku (trawione)

• najbardziej zróżnicowana morfologicznie część komórki

• ciałka resztkowe (elementy blaszkowate, ciałka gęste) – lizosomy wtórne, które zawierają niestrawione resztki pobranych substancji

• ciałko wielopęcherzykowe – pojawia się na etapie trawienia do wewnątrz

• pompowanie do wnętrza jonów H⁺ - wymaga to nakładu energii, transport odbywa się wbrew gradientowi stężeń

• autofagosomy – trawią substancje własne

• heterofagosomy – trawią substancje pobrane

• lipofuscyny:

- ciałka resztkowe, w którch znajduje się kropla tłuszczu

- nagramadzają się w komórkach nerwowych

- wzrasta ich udział wraz z wiekiem

- upośledzają z wiekiem funkcję komórki nerwowej

Transport przez błonę komórkową:

• transport przez błonę – dwuwarstwę

• transport przez błonę – poprzez białka

Białka transbłonowe umożliwiają transport między komórką a środowiskiem

• transport pęcherzykowy:

  • transport substancji wielkocząsteczkowych w komórce (transport wewnątrzkomórkowy)

  • transport poza komórkę substancji produkowanych „na eksport”

  • pobieranie substancji ze środowiska przez pęcherzyki

• transport przez błonę komórkową

  • dyfuzja prosta – przez dwuwarstwę lipidową, zgodnie z gradientem stężeń, małe cząsteczki, wiąże się z przepuszczalnością błony – nie pozwala na przejście dużych cząsteczek

  • transport aktywny – wbrew gradientowi stężeń, pod wpływem energii, przenośnik jest ‘pompą’

  • transport sprzężony (energia z ATP)

• uniport – 1 cząsteczka w 1 kierunku

• symport – 2 cząsteczki w 1 kierunku

• antyport – 2 cząsteczki w 2 kierunkach

• transport bierny (niespecyficzny) – za pomocą białek nośnikowych, zgodny z gradientem stężeń, umożliwia transport większych cząsteczek w przenośniku (znajdują się tu miejsca wiązania specyficzne dla danego nośnika), każdy fragment w obrębie błony może zawierać inne nośniki i kanały

• struktura kanału

  • kanał o strukturze beczułkowatej z porem

  • transport jednego rodzaju substancji (nie przechodzi żadna inna substancja)

  • kanał ma określoną średnicę po uwolnieniu substancji białko powraca do pierwotnej postaci

• struktura przenośnika

  • przenośnik ulega odwracalnej transformacji

  • przekazuje cząsteczkę do komórki

  • większa efektywność transportu (także przez kanały) w porównaniu do dyfuzji

Transport aktywny wymaga energii:

• przeniesienie sprzężone – np. jeden z jonów przechodzi zgodnie z gradientem stężeń (z dużą siłą), a drugi z jonów przechodzi razem z nim przeciwnie do gradientu stężeń wykorzystując siłę tego pierwszego

• pompa zasilana przez ATP – właściwości enzymatyczne, enzym pozwala na rozkład ATP

• pompa zasilana światłem – energia do przenoszenia substancji pochodzi z energii świetlnej

Pompa sodowo-potasowa (kanały sodowe ≠ pompa sodowo-potasowa) rysunek!

Mechanizm działania pompy sodowo-potasowej:

1. trzy jony Na⁺ są przenoszone na zewnątrz komórki

2. dwa jony K⁺ są przenoszone do komórki

3. hydroliza ATP – dopełnienie etapów 1 i 2

4. miejsce wiązania K⁺ znajduje się w zewnątrzkomórkowej części białka

5. miejsce wiązania Na⁺ znajduje się w wewnątrzkomórkowej części białka

6. glikozyd roślinny strofantyna, który ma miejsce wiązania jak K⁺ hamuje wiązanie K⁺, ale może przyspieszać wiązanie Na⁺

Znaczenie pompy sodowo-potasowej: (rysunki w notatkach =D)

• utrzymywanie stałej objętości komórki

• utrzymywanie różnicy potencjałów (komórki mięśniowe, nerwowe)

• wykorzystywanie gradientu stężeń Na⁺ jako napędu do transportu aktywnego

  • transport aktywny – wywołanie braku równowagi

  • transport bierny – utrzymywanie równowagi

Przenośnik sprzężony:

• transport glukozy – przez pompę sodową

Pompa sodowa – ma miejsca wiązania jonów Na⁺ oraz glukozy jony wypompowywane są następnie przez pompę sodowo-potasową, a glukoza zostaje dalej przekazana do organizmu (do naczyń krwionośnych)

Ułatwiona dyfuzja jonów – jony przechodzą przez specjalne kanały przystosowane do ich transportu, nieliczne są cały czas otwarte, większość przechodzi ze stanu otwartego do zamkniętego i odwrotnie

• kanały bramkowane potencjałem – zmiana potencjału warunkuje otwarcie kanału, np. kanał sodowy w komórkach przewodzących

• kanał bramkowany ligandem zewnątrzkomórkowym – przyłączenie jonu (ligandu) do kanału warunkuje otwarcie w synapsach nerwowych

• kanał bramkowany ligandem wewnątrzkomórkowym – zapotrzebowanie komórki

• kanał aktywowany stresem

• kanały otwierane mechanicznie – w uchu wewnętrznym, w komórkach rzęsowych przez przepływ powietrza (obrazek ;P)

Białko transportujące	Umiejscowienie	Energia	Funkcja
Przenośnik glukozy	Błona komórkowa zwierząt	brak	Bierny transport glukozy
Symportowy przenośnik Na^+-glukoza	Szczytowa część błony komórek nerki i jelita	gradient Na^+	Aktywny transport glukozy
Wymiennik Na^+ H^+	Błona komórek zwierzęcych	gradient Na^+	Aktywny transport H^+, regulacja pH
Pompa Na^+K^+	Błona komórek zwierzęcych	hydroliza ATP	Aktywny transport Na^+, import K^+
Pompa Ca^2+	Błona komórkowa eukariontów	hydroliza ATP	Aktywny transport Ca^2+
Pompa H^+ (H^+ ATPaza typu P)	Błona komórkowa roślin, grzybów, pewnych bakterii	hydroliza ATP	Aktywny transport H^+ z komórki
Pompa H^+ (H^+ ATPaza typu V)	Błony lizosomów, w komórkach zwierząt i wakuole komórek roślin i grzybów	hydroliza ATP	Aktywny eksport H^+ z cytozolu do lizosomów i wakuoli
Bakteriowodopsyna (?)	Błona komórek pewnych bakterii	światło	Aktywny eksport H^+ z komórki

Charakterystyka ogólna transportu przez błonę:

• cząsteczki i jony są przenoszone przez błony na drodze transportu biernego lub aktywnego

• transport bierny wykorzystuje gradient stężeń oraz siły elektryczne

• transport aktywny odbywa się wbrew gradientowi elektrochemicznemu

• energia w pompach uzyskiwana jest z hydrolizy ATP

• komórki używają gradientu Na⁺ do pobierania substancji odżywczych

• poziom Ca²⁺ w komórce zwierzęcej jest utrzymywany na niskim poziomie przez pompy Ca²⁺

• kanały jonowe są selektywne i bramkowane

• kanały przełączają się miedzy stanem otwartym i zamkniętym w sposób przypadkowy

• kanały zależne od napięcia reagują na potencjał błony

• potencjał jest zależny od przepuszczalności błony

• zaburzenia transportu przez błony są przyczyną wielu chorób:

  • kamica nerkowa – błędny nośnik cysteiny (gromadzi się) i odkładane są składniki mineralne – tworzą się kamienie

  • inaktywacja kanałów sodowych – niemożliwość przewodnictwa nerwowego – paraliż

  • receptor acetylocholiny – otworzenie kanału jonowego, miejsca łączenia zostają zablokowane – paraliż (toksyny węży)

  • toksyna cholery (bakteria fibrocholera) – ciągłe wypompowywanie sodu z komórki, odwodnienie organizmu

Kanały jonowe i sygnalizacja w komórkach nerwowych

1. wyzwalanie potencjału czynnościowego (bodziec – depolaryzacja)

2. otwarcie kanałów Na⁺

3. przepływ jonów Na⁺ do wnętrza komórki i dalsza depolaryzacja

4. przesunięcie potencjału błony z -60 mV do około +40 mV (przy tym potencjale błonowym siła napływu jonów Na⁺ = 0)

5. kanały jonowe Na⁺ mają automatyczny mechanizm inaktywujący, który po milisekundzie narzuca im konformację nieaktywną

6. kanały pozostają w takim stanie przez kilka milisekund

7. potencjał błony wraca do wyjściowej wartości

8. w powrocie błony do wartości spoczynkowej pomaga otwarcie kanałów K⁺ bramkowanych napięciem

9. wpływ jonów K⁺ na zewnątrz pomaga w odbudowie spoczynkowego potencjału błonowego

10. zamiana sygnału elektrycznego na chemiczny – następuje w elemencie presynaptycznym, gdzie sygnał elektryczny otwiera kanały Ca²⁺; napływ Ca²⁺ powoduje egzocytozę neurotransmiterów do przestrzeni synaptycznej

11. zamiana sygnału chemicznego na elektryczny następuje w elemencie postsynaptycznym, gdy cząsteczki neurotransmitera łączą się z bramkowymi ligandami kanałami jonowymi umożliwiając napływ jonów, powodują depolaryzację następnej komórki nerwowej

Transport pęcherzykowy:

• transport z miejsca syntezy substancji do innych organelli i do błony komórkowej oraz od pobranej substancji do błony komórkowej, do wnętrzna komórki

• szlak egzocytozy (wydzielanie, sekrecja), substancje wytworzone transportowane są na zewnątrz

• szlak endocytozy – substancje pobrane do wnętrza

Mechanizm transportu pęcherzykowego

• transport anterogradowy – od ciała komórki do błony komórkowej (do zewnątrz)

• transport retro gradowy – od zewnątrz do wnętrza komórki

• białka spłaszczające: klatryna, COP_α, COP_β, COP_γ

• kompleks adaptorowy I i II (do klatryny)

• białka vSNARE i tSNARE

• białka biorące udział w wiązaniu GTP

• źródła energii ATP i GTP

Endocytoza (rysunki:P)

• wchłanianie, degradacja cząsteczek z poza komórki przez endosomy do lizosomów

  • pinocytoza – wchłaniane: płyn, małe cząsteczki < 150 nm

  • fagocytoza – wchłaniane: duże cząsteczki, mikroorganizmy > 250 nm

  • endocytoza kierowana receptorami – z udziałem pęcherzyków opłaszczonych, dotyczy wchłaniania swoistych cząsteczek, które wiążą się z receptorami na powierzchni komórki co powoduje zwiększanie liczby cząsteczek substancji i wpływa na efektywność pinocytozy (w obrębie pęcherzyków pinocytarnych)

Sortowanie pobranego materiału – endocytoza

• endosomy wczesne –znajdują się tuż pod błoną komórkową, zwierają pobrane substancje wraz z białkami receptorowymi

• endosomy późne –obok jądra, kwaśne pH umożliwia uwolnienie ładunku związanego z receptorami

  • losy białek receptorowych w komórce

  • losy substancji pobieranych przez komórkę

Białka receptorowe: (losy białek receptorowych)

• recyklizacja – w szczytowej części błony (odesłanie białek do błony komórkowej)

• transcytoza – w innym obszarze błony

• degradacja w lizosomach

Materiał pobrany: (losy materiału pobranego przez komórkę)

• endocytoza (cholesterol + receptor LDL)

• zdjęcie płaszcza

• fuzja z endosomem

• przeniesienie do lizosomy (trawienie) uwolnienie wolnego cholesterolu

• odpączkowanie pęcherzyków transportujących

• powrót receptorów LDL do błony komórkowej

Egzocytoza

• droga uwalniania białek sekrecyjnych

• syntezowane na ER białka dostarczane przez aparat Golgiego do powierzchni komórki – transportem pęcherzykowym

• w poszczególnych przedziałach błony cząsteczki ulegają modyfikacjom chemicznym (np. dołączanie reszt cukrowych)

• ostatni etap zachodzi między siecią „trans” aparatu Golgiego, a błoną komórkową

• wyróżniamy egzocytozę konstytutywną i regulowaną

Egzocytoza konstytutywna: (np. komórka taka jak fibroblast)

• stały przepływ pęcherzyków pączkujących z sieci „trans”

• zapewnia dopływ nowopowstałych lipidów i białka do błony komórkowej, zapewnia wzrost błony komórkowej

• przenosi białka, które mają być uwolnione z komórki (np. białka powierzchniowe, białka substancji międzykomórkowej)

Egzocytoza regulowana:

• komórki wyspecjalizowane, wydzielnicze

• substancje produkowane przez te komórki gromadzone są w ziarnistościach wydzielniczych w cytoplazmie w pobliżu błony komórkowej

• uwalniane są pod wpływem sygnałów dochodzących ze środowiska zewnętrznego

• wydzielanie hormonów, śluzu, enzymów trawiennych

• występują w zakończeniach synaptycznych

Cytoplazma

• cytozol

• organella

Struktura wewnątrzkomórkowa	% udział objętości komórki	Przybliżona liczba w komórce	% ilość błon
Cytozol	50	1	-
Mitochondria	20	1700	20
RER	9	1	60
SER	6	1
AG	5-10	1 (3-100d*)	10
Jądro	6	1	2
Peroksysomy	1	400	brak danych
Lizosomy	1	300	2
pęcherzyki	4-6	brak danych	2

Powierzchnia błony całej komórki: 13200 µm² (12 µm²/µm³)

*d – diktiosom

Rozmiary struktur:

• błona: 8-10 nm

• mikrotubule: śr. 25 nm

• helisa DNA: 2 nm

• mikrafilamentL 7 nm

• rybosomy: śr. 25 nm

Cytozol:

• przeciętna komórka zawiera:

  • około 10 bilionów cząsteczek białek

  • 10-20 tysięcy rodzajów białek

• miejsce lokalizacji procesów chemiczno-biologicznych (syntezy, degradacji)

• miejsce wewnętrznego metabolizmu

• dwuskładnikowy koloid białkowo-wodny

• zawiera około połowy całkowitej objętości komórki

Ekspresja genu w cytoplazmie – proces odczytywania informacji zawartej w genie i synteza białek zgodnie z odczytanym zapisem (rysunek :D)

Modyfikacje potranslacyjne:

• proteoliza

• hydroksylacja

• dołączenie metali

• defosforylacja

W cytoplazmie białko zostaje przygotowane do danej funkcji

• wytworzenie łańcucha

• fałdowanie przez białka ko faktorów

• wiązanie przez przyłączanie cukrów, reszt fosforanowych, acylowych (glikozylacja, fosforylacja, acetylacja)

• wiązanie z inną podjednostką białka

• powstanie funkcjonalnego, dojrzałego białka

Rybosomy

• kompleksy, w obrębie których sekwencja mRNA jest przetwarzana na sekwencję aminokwasów

• wyróżniamy rybosomy wolne i związane z ER

• posiadają dwie podjednostki (małą i dużą), które funkcjonują razem tylko podczas syntezy białek

• mogą tworzyć polirybosomy

• 4 miejsca wiązania

  • 3 dla tRNA różny współczynnik sedymentacji

  • 1 dla mRNA x40 mała podjednostka, x60 duża podjednostka

  • mała podjednostka – 1 miejsce wiązania – 32 podjednostki

  • duża podjednostka – 3 miejsca wiązania – 60 podjednostek

• jeśli mRNA jest krótkie – tylko jeden rybosom

• mRNA długie – tworzy się polirybosom

• sekwencja sygnałowa (w każdym rybo somie) – wiąże się z SRP (cząsteczka rozpoznająca), rybosom zostaje związany z błoną za pomocą SRP

Lizosomy – trawienie białek (piękny rysuneczek na stronie nr 18:D)

Rozkład białek:

• kontrolowany rozkład białek umożliwia komórkom regulację poziomu białek

• czas trwania poszczególnych białek jest różny

• proteoliza odbywa się w wyspecjalizowanych szlakach

• podlegają jej białka, które spełniły swoją rolę, białka uszkodzone z wadami, które powstały w obróbce potranslacyjnej

• proteoliza zachodzi w cytozolu i lizosomach

• większość białek rozkładanych jest w proteasomach

• selekcja białek do degradacji odbywa się z pomocą ubikwityny

ER – retikulum endoplazmatyczne

• pozwala na oddzielenie dwóch grup białek: własnych (cytozolowych jądrowych) i na eksport

• tworzy przedziały w cytoplazmie

• retikulum – mała sieć

• endoplazmatyczne – we wnętrzu komórki

• biała cytozolowe generalnie nie sią białkami glikozylowanymi (brak grupy prostetycznej)

• białka syntetyzowane w RER są to zazwyczaj glikozylowane glikoproteiny

Rozwój ER zależy od wielu czynników:

• duża ilość wolnych rybosomów

• zetknięcie z antygenem

• wytwarzanie białek błonowych (RER)

• produkcja białek na eksport

• od rodzaju komórki (czynności)

• od stanu aktywności komórki

• czy komórka jest sekrecyjna czy nie (komórki gruczołowe – dobrze rozwinięte ER)

RER:

• minimum 50% ER

• łączy się z błoną zewnętrzną otoczki jądrowej

• tworzy cysterny

• do powierzchni cytoplazmatycznej przylepiają się rybosomy

• składa się z pojedynczej błony tworzącej światło

• funkcje:

  • miejsce kontroli jakości wytwarzanych białek – punkt kontrolny przy wyjściu z cysterny

  • miejsce syntezy i obróbki potranslacyjnej białek (glikozylacji, tworzenia wiązań dwusiarczkowych, fałdowanie polipeptydów, składanie podjednostek)

• charakterystyka błon:

  • receptory wiążące większe podjednostki rybosomów

  • specyficzne białka

  • zatarta struktura wewnętrzna

  • enzym markerowy: glukozo-6-fosfataza

SER:

• występują duże różnice w ilości SER pomiędzy poszczególnymi typami komórek (dominuje w komórkach syntetyzujących sterydy, trój glicerydy, cholesterol)

• metabolizm lipidów

• tworzy je sieć drobnych kanalików

• część błon ER, które nie wiążą rybosomów i nie uczestniczą w syntezie białek

• funkcje

  • bierze udział w skurczu mięśni przez magazynowanie i uwalnianie jonów wapnia (Ca²⁺)

  • jest głównym miejscem wewnątrzkomórkowego gromadzenia jonów wapniowych

  • jest miejscem syntezy fosfolipidów i glikoproteidów

  • jej główne funkcje: metabolizm lipidów, detoksykacja leków i substancji szkodliwych

• charakterystyka błon:

  • enzym markerowy: hydroksylaza glikozo-6-fosforanu

  • tworzona przez drobną sieć kanalików

  • zawierają więcej cholesterolu i lipidów

  • nie uczestniczą w syntezie białek

  • nie posiadają białek receptorowych dla rybosomów

Aparat Golgiego (AG):

• odbudowa AG następuje w telofazie, mechanizm tego procesu nie jest znany

• AG nie jest stałym organellum – znika wraz z rozpoczęciem mitozy

• Płaskie cysterny otoczone są przez liczne pęcherzyki

• w komórce może występować 3-100 diktiosomów

• ma postać stosów dyskowatych cystern połączonych ze sobą

• stosy te noszą nazwę diktiosomów składających się z 6-30 cystern

• zlokalizowany w sąsiedztwie jądra

• przedział pośredni – cysterny środkowe, każda z innym składem błon z enzymów

• sieć „cis” – przedział ratunkowy, odpowiedzialny za odsyłanie białek o nieprawidłowej budowie lub tych, które przypadkowo zostały skierowane do siateczki

• biegun „cis” – biegun formowania, wypukły, skierowany do jądra, kontaktujące się z RER i z małymi pęcherzykami

• sieć „trans” – stanowi system rozdzielający pęcherzyki na zawierające składniki błon i substancji międzykomórkowej (pęcherzyki hydrol azowe otoczone latryną i wakuole zagęszczające)

• biegun „trans” – biegun dojrzewania skierowany do błony komórkowej, wklęsły, w jego obrębie występują ziarnistości wydzielnicze i pęcherzyki opłaszczone

• funkcje:

  • udział w biogenezie lizosomów

  • udział w biogenezie błon

  • udział w sekrecji – zagęszczanie, sortowanie, pakowanie produktów wydzielniczych

  • proteolityczne wytwarzanie białek

  • modyfikacje posyntetyczne glikoprotein, glikolipidów, proteoglikanów (terminalna N^- i O^- glikozylacja oraz siarkowanie)

  • glikozylacja białek

  • sortowanie białek

  • modyfikacja węglowodorów

  • wytwarzanie łańcuchów bocznych

  • siarczanowanie reszt tyrozynowych w białkach

  • produkcja proteoglikanów – podstawowy składnik istoty międzykomórkowej (białka + glikozoaminoglikany)

2 koncepcje transportu w AG:

• pęcherzykowy

• dojrzewanie cystern

Pęcherzyki opłaszczone:

Typ	Białka opłaszczające	Pochodzenie	Przeznaczenie
Opłaszczone klatryną	Klatryna + adaptyna 1	AG	Lizosom (poprzez endosomy)
Opłaszczone klatryną	Klatryna + adaptyna 2	Błona komórkowa	Endosomy
Opłaszczone białkami COP	Białka COP	ER Cysterna Golgiego AG	AG Cysterna Golgiego ER

obojętne pH kwaśne pH

ER sieć „cis” cysterny sieć „trans”

Lizosomy:

• elektronowo gęste, otoczone błoną organella o zróżnicowanej budowie i wielkości

• enzymem markerowym jest kwaśna fosfataza

• zawierają ponad 40 rodzajów hydrolaz, które są syntezowane w RER

• posiadają w błonach pompy protonowe (zasilane ATP), które są odpowiedzialne za utrzymywanie pH ~ 5

• funkcje:

  • magazynują składniki odżywcze oraz niestrawione resztki

  • magazynują substancje decydujące o ciśnieniu osmotycznym

  • degradują białka, lipidy, materiały pobrane w trakcie endocytozy, fagocytozy oraz własne składniki, które uległy autofagii

  • główne organella trawiące komórki

• rodzaje lizosomów:

  • ciałko wielopęcherzykowe

  • autofagolizosom

  • fagolizosom

  • ciałko resztkowe (gdy znajdują się niestrawione resztki)

Struktury występujące w procesie formowania lizosomów:

• indosom wczesny (gdy coś zostanie pobrane na drodze fagocytozy)

• indosom późny (oddzielenia białek od kargo)

• pęcherzyk hydrolazowy

• lizosom

*** lipofuscyny – barwniki zużycia – świadczą o zużyciu komórki oraz o jej wieku

Aeterofagia (piękny rysuneczek str. 22)

Peroksysomy:

• funkcje:

  • detoksykacja (rozkład H₂O₂)

  • utlenianie kwasów tłuszczowych

• zawierają szereg enzymów w tym oksydazę moczanową i katalazę

• powstają w skutek podziału, powiększają się importując specyficzne białka z cytozolu, okres tworzenia: 5-6 dni

• enzym markerowy: katalaza

• u zwierząt zawierają kryształki rdzenia (krystaliczny rdzeń)

• średnica 0,15 – 0,2 µm, otoczone błoną, są okrągłe lub owalne

• zaburzenia w peroksysomach są letalne

Mitochondrium:

• kształt owalny

• średnica 0,2 – 7 µm

• błona wewnętrzna

  • pofałdowana, tworzy grzebienie (duża powierzchnia), wybiórcza

  • synteza ATP – wiązanie E

  • oksydaza cytochromowa

  • koenzym Q

  • dehydrogenaza NADH₂ (wrażliwa na … retenon/retanon?)

  • dehydrogenaza kwasu bursztynowego

  • cytochromy b, c, c₁, a, a₃

  • transferaza acetylo-CoA

• błona zewnętrzna:

  • gładka

  • otacza organellum

  • oksydoreduktaza NADH₂ – cytochrom B₅ (niewrażliwe na …)

  • syntetaza acetylo-CoA

  • oksydaza monoaminowa, zawiera liczne poryny, jest przepuszczalna dla cząsteczek o wielkości ok. i poniżej 5000 daltonów

• przestrzeń międzybłonowa:

  • difosfokinaza nukleozydowa

  • kinaza adenylowa, zawiera rodzinę enzymów odpowiedzialnych za fosforylację nukleotydów i cukrów z nimi związanych

• macierz:

  • wtręty mitochondrialne (DNA i rybosomy mitochondrialne)

  • gromadzenie jonów Ca²⁺, Mg²⁺

  • cykl Krebsa

  • syntetaza cytrynianowa

  • …

  • dehydrogenaza izocytrynianowa

  • ..kinaza bursztynianowa

  • fumaraza

  • dehydrogenaza jabłczanowa

  • transaminaza asparganinowa

  • enzymy β-oksydacji kwasu tłuszczowego biorące udział w syntezie białek i kwasów nukleinowych

• typy: rureczkowe, płatowe

• grzybki mitochondrialne

Błona zewnętrzna:

• Zawiera liczne pory

• Pory zbudowane są z białek integralnych

• Jest przepuszczalna dla cząsteczek wielkości około i poniżej 5 tysięcy deltonów

• Jony, aminokwasy i cukry przechodzą swobodnie z cytoplazmy do przestrzeni międzybłonowej

Przestrzeń międzybłonowa:

• Zawiera rodzinę enzymów odpowiedzialnych za fosforylację nukleotydów i cukrów z nimi związanych

Błona wewnętrzna:

• Wybiórcza, o dużej powierzchni (pofałdowanie)

• Bogata w kardiolipinę – fosfolipidy zapobiegający przechodzeniu jonów

• Zawiera 3 grupy białek:

  • Białka działające w reakcjach oksydacyjnych w czasie transportu elektronów przez łańcuch oddechowy.

  • Kompleks enzymów ‘syntazy ATP’ -> grzybki mitochondrialne

  • Białka transportowe regulujące transport metaboliczny do i z macierzy

Macierz mitochondrialna:

• Enzymy biorące udział w utlenianiu lipidów i cukrów

• Enzymy cyklu kwasów trój karboksylowych, czyli Krebsa

• Genom mitochondrialny, rybosomy, tRNA, enzymy uczestniczące w transkrypcji mitochondrialnego DNA oraz ekspresji genów

• Ciałka gęste – złogi jonów magnezowych lub wapniowych

• Główne produkty macierzy to: CO₂ i zredukowany NADH, który jest źródłem elektronów dla transportu wzdłuż łańcucha oddechowego.

Genom mitochondrialny (niewiele białek swoistych):

• Kulista cząsteczka DNA,

• Koduje 13 rodzajów białek, 22 cząsteczki tRNA i 2 cząsteczki RNA (37 genów)

• Replikacja DNA nie jest związana z fazą S cyklu komórkowego, odbywa się w interfazie

• Zaburzenia syntezy białek mitochondrialnych są przyczyną chorób mięśni (miopatie i kardiomiopatie) i neurologicznych, które są dziedziczone po matce (u ssaków)

Funkcja mitochondriów – wytwarzanie ATP - Teoria chemiosmotyczna: RYSUNEK, STR 25

• Transport jonów z macierzy - wpływ (poprzez dehydrogenazę) protonów do przestrzeni międzybłonowej.

• Przepływ protonów do macierzy zachodzi przez grzybki

Termogemina – przepływ protonów do macierzy bez syntezy ATP, ale z wytworzeniem energii cieplnej. Występuje w tkance tłuszczowej brunatnej (najczęściej u zwierząt nowonarodzonych) gromadzą ją zwierzęta „zasypiające” na zimę.

Fosforylacja oksydacyjna – teoria chemiosmotyczna. 3 podstawowe etapy:

• Reakcje biochemiczne, które generują elektrony na wysokim poziomie

• System transportu elektronów związane z błoną, który umożliwia zmianę energii transportu elektronowego w gradient protonowy w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej

• Synteza ATP, która wykorzystuje gradient protonowy do generowania ATP podczas przepływu H⁺ z przestrzeni śródbłonkowej do macierzy mitochondrialnej.

Mitochondrialna synteza ATP:

• Ma postać grzybka

• Dwie podjednostki F₀ i F₁

• F₁ odpowiada za syntezę ATP, ma postać grzybka

• F₀ odpowiada za umocowanie kompleksu w błonie i buduje kanał dla transportu protonów.

Mitochondria ortodoksyjne:

• duży obszar macierzy, odpowiada za

• wąska przestrzeń międzybłonowa, o jasnej lub średniej gęstości elektronowej tworzenie ATP

Mitochondria skondensowane:

• mało macierzy,

• większa przestrzeń międzybłonowa

• powstają z mitochondriów ortodoksyjnych przez odłączenie procesów energia w postaci

utleniania od fosforylacji ciepła.

• duża gęstość elektronowa

Wtręty komórkowe:

• pigmenty (z melaniną) – wydłużone ziarna (kłębek wełny)

• lipofuscyny, całka resztkowe z komponentem tłuszczowym ( krople)

• lipidy – są złogami naturalnych lipidów:

  • występują we wszystkich rodzajach komórek

  • średnica kropli ok. 1 μm

  • ich zawartość w ME jest homogenna

  • są rezerwuarem energii dla całego ciała

  • potrzebne do biogenezy błon, lipidyzacji białek, rola energetyczna

• w procesach sygnalizacji komórki,

• rozkład białek

• tymczasowe magazynowanie białek

• Budowa:

  • Hydrofobowe estry cholesterolu (jasne), diaglicerol (jasne), trój gliceryd (ciemne)

  • Warstwa fosfolipidów na obwodzie

  • Gęstość elektronowa różna w zależności od składu

  • Brak błony elementarnej powoduje słabe oddzielenie od cytoplazmy

  • Krople mogą silnie przylegać do organelli

  • Skład warstwy fosfolipidowej jest podobny do RE

• Białka związane z kroplami lipidów:

  • Białka PAT

  • Kaweoliny (kaweola – zagłębienie błony śluzowej, może transportować substancje)

Kropla powstaje w obrębie błony siateczki endoplazma tycznej poprzez pączkowanie lub (dokowanie) odrywanie od końcówki błony

Powiększanie: RYSUNEK, STR. 26

• Fuzja małych kropli

• Utrzymywanie kontaktu z RE

• Fuzja lub fizja z RE

• Synteza lipidów

• Transport z RE

Rodzaje glikogenów:

• Glikogen α:

  • W postaci kryształów w wątrobie

  • Kryształy – magazynowanie białka (kryształy Reinkego w komórkach nasieniowodów w jądrze) – komórki Leydiga.

Cytoszkielet:

• Trójwymiarowy układ przestrzenny z mikrofilamentów (mikrotubule, fi lamenty pośrednie) zawieszony w cytozo lu

• Bierze udział w utrzymywaniu kształtu komórki

• stabilizuje powiązanie komórek ze sobą,

• ułatwia endocytozę i egzocytozę,

• umożliwia ruch komórek oraz w obrębie jej struktur.

• Spełnia funkcje „kości i mięśni”

• Każda struktura ma inną, charakterystyczną morfologię i skład polipeptydowy oraz właściwości fizykochemiczne

• Fi lamenty aktynowe i tubulinowe zbudowane są z globularnych jednostek, ulegają polimeryzacji i depolimeryzacji

• Struktury k mogą być stale obecne, syntetyzowane, lub mogą ulegać rozkładom w zależności od potrzeb komórki (aktynowe i tubulinowe budowane SA dla spełnienia określonego zadania)

Mikrofilamenty

• Występują z białkami MAPS – umożliwiają związanie z organellami, stabilizują mikrotubule

Mikrotubule – bardzo wrażliwe na temperaturę i ciśnienie. Upośledzenie budowy powoduje zaburzenia w układzie nerwowym:

• Niestabilne – nie są umiejscawiane przez inne białka, czapeczka białkowa zapobiega polimeryzacji tubuli

• Stabilne – czapkowane, niepolimeryzujące, w migawkach, częściowo we wrzecionie kariokinetycznym.

• Możliwość wpływu na polimeryzację ma znaczenie w leczeniu chorób nowotworowych

• Utrzymują kształt komórki

• Organizują wnętrze komórki

• Biorą udział w transporcie wyznaczając szlaki komórkowe

• Umożliwiają ruch migawek, witek i chromosomów

• Ustabilizowane mikrotubule są obecne w komórkach wysoko wyspecjalizowanych

• średnica 25/15 μm

• grubość ściany 5 nm

• długość 1μm do kilku nm

BIAŁKO AKTYNOWE NIE JEST DIMEREM! Cząsteczka aktyny G- globularna – monomer:

• polimeryzuje,

• aktyna F (fibrylarna)

• skręcanie

• wytworzenie helisy

• na wytworzenie aktyny F ma wpływ poziom ilości jonów magnezu.

Czynniki wpływające na polimeryzację aktyny F:

• cytochalazyny -> zatrzymują polimeryzajcę

• falloidyna -> zatrzymuje depolimeryzację – stabilizacja

Białka wiążące aktyną (ABE):

• białko stanowiące środek enukleacji

• białko trące (szybsza depolimeryzacja)

• białko wiążące krzyżowo

• białko wiążące monomer

• białko oczapkowujące (blokujące koniec)

• białko wiążące mostkami poprzecznymi (w filo podiach)

• białko motoryczne (miozyna)

• białko wiążące bocznie – trochonina (w mięśniach poprzecznie prążkowanych, owijają aktynę)

• przechodzenie z zolu w żel

• połączenia międzykomórkowe str. 28

Funkcje:

• utwardzenie powierzchni wypustek komórkowych

• nadawanie kształtu

• tworzenie filo podiów (kom. układu odpornościowego)

• pierścień w cytokinezie

• przechodzenie bakterii z komórki do komórki z pomocą fi lamentów aktynowych

• proces zapłodnienia (mechaniczne rozbicie osłonki komórki jajowej – przebicie błony)

• egzocytoza i endocytoza

Filamenty pośrednie:

• cytoplazmatyczne,

• jądrowe

• keratynowe (tk. nabłonkowa)

• wimentynowe, wimentynowopodobne – komórki mięśniowe, neurolema, tk. łączna.

• Neurofilamenty – kom. nerwowe

• Filamenty jądrowe – w kom. posiadających jądro

• W komórkach, na które działają duże siły rozciągające – np. naskórek.

• Decydują o właściwościach mechanicznych – przeciwdziałanie stresom mechanicznym

• W połączeniach międzykomórkowych

• Są znacznikami komórek nowotworowych

• Powszechne w włóknie mięśniowym poprzecznie prążkowanym – stabilizują jego strukturę

RYSUNEK, STR. 28

• F. keratynowe (wszystkie kom. tk. nabłonkowej)

• F. desminowe (kom. mięśniowe – stabilizacja)

• F. wimentynowe (kom. łącznotkankowe)

• F. glejowe (kom. podporowe ukł. nerwowego – w wypustkach)

• Neurofilamenty

• Laminy

Sygnalizacja międzykomórkowa:

• Do czego potrzebna jest wymiana informacji międzykomórkowej

  • Różnicowanie i specjalizacja komórek

  • Stymulacja i zakończenie wzrostu

  • Formowanie się tkanek

  • Integracja metabolizmu

• Drogi przekazywania sygnałów:

  • Autokryna, parakryna, endokryna – głównie hormony

  • Bezpośrednie przekzywanie sygnałów (b. ważne w procesach rozwojowych)

  • Sygnalizacja nerwowa (podstawa w procesach rozwojowych)

  • Przekazywanie małych molekuł przez połączenia typu neksus – w przylegających komórkach

RYSUNKI, STR. 29

Acetylocholina:

• Kom. mięśnia sercowego – zwiększenie częstotliwości skurczu

• Kom. gruczołu śluzowego – pobudzenie wydzielania – sekrecja

• Kom. mięśnia szkieletowego – skurcz

Przetwarzanie bodźca na sygnał wewnątrzkomórkowy – RYSYNEK, STR. 29.

Sygnał ze środowiska – RYSUNEK, STR. 30.

Sygnały zewnątrzkomórkowe – zmiana aktywności białek – zmiana zachowania komórek:

• Zewnątrzkomórkowa cząsteczka sygnalizująca

• Białko receptorowe

• Wewnątrzkomórkowa cząsteczka sygnalizująca

• białka docelowe

  • Zmiana w metabolizmie

  • zmiana ekspresji genów

  • zmiana kształtu lub ruchliwości.

Kaskada sygnalizacyjna:

Sygnał → receptor → etapy przekazywania → modulacja przez inne czynniki → amplifikacja

Regulacja szlaków regulacja ekspresji zmiany w

Metabolicznych genów cytoszkielecie

Cząsteczki sygnałowe – rodzaje – sposób oddziaływania na komórkę:

• tlenek azotu działa na komórki śródbłonkowe poprzez dyfuzję przez błonę, działa na komórki docelowe, szybka relaksacja mięśnia gładkiego.

• Cząsteczka rozpuszczalna w wodzie – receptory na powierzchni komórki (hormony białkowe, czynniki wzrostu)

• Mało hydrofobowe hormony sterydowe – działanie na receptor we wnętrzu komórki

• Rozpuszczalne w tłuszczach receptory wewnątrzkomórkowe: RYSUNEK, STR. 31.

Receptory błonowe:

• W większości glikoproteiny

• Na powierzchni błony są specyficznymi receptorami

• Funkcje:

  • Kontrola przepuszczalności błony komórkowej przez regiony konformacji

  • Kontrola przechodzenia cząsteczek do komórek

  • Wiązanie cząsteczek substancji pozakomórkowej do cytoszkieletu i wzajemnie do siebie

  • Jako przekaźnik pozakomórkowy do wnętrza komórki i wtórnego systemu przekaźników

  • Umożliwienie patogenom, upodobnionym do prawidłowych ligandów wnikanie do komórki.

Podział receptorów błonowych:

• Receptory połączone kanałami jonowymi

  • Kanały zamykane neurotransmiterem

  • Wiążą cząsteczki sygnałowe powodujące zamykanie i otwieranie kanałów. Hamują/ intensyfikują przepływ jonów przez błonę

  • Receptory nikotynowe acetylocholiny

• Receptory katalityczne:

  • Białka jednostronnego przebicia

  • Cząsteczki zewnątrzkomórkowe funkcjonujące jako receptory „zepsute”, są wytwarzane przez onkogeny – przepuszczają wszystkie cząsteczki sygnalizacyjne dla insuliny

• Receptory meta tropowe

  • Związane z kanałami jonowymi/ z enzymami

  • Współdziałają z białkami G

  • Po związaniu z cząsteczką sygnalizacyjną następuje aktywacja przekaźników poprzez cAMP i jony wapnia.

(GS – stymulujące, GH – hamujące, GP – aktywujące. Białko G zbudowane jest z 3 elementów: α, β, γ. Kowalencyjne połączenie ogonów: α i γ.)

1. Odpowiedź szybka – zmiany w obrębie cytoplazmy - wydzielenie zewnętrzne komórki

2. Odpowiedź wolna – zmiany za pośrednictwem genomu – produkcja komórek hormonalnych

Kontrola reakcji na sygnały przez komórkę:

• Czasowe wycofanie receptorów

• Zmniejszanie liczby receptorów

• Inaktywacja receptorów,

• Inaktywacja białek sygnałowych

• Produkcja białek hamujących.

Cykl komórkowy:

1. Wzrost komórki, replikacja chromosomów

2. Podział chromosomów

3. Podział komórki

4. Komórki potomne. RYSUNEK, STR 32

Punkty restrykcyjne – punkty wewnętrznej kontroli

Punkt kontroli G₁:

• Do fazy S

• Zatrzymać się możliwości komórki w fazie G₁

• Wycofać się do fazy G₂

• Gdy nie jest za mała, by się podzielić,

• Gdy ma prawidłowy kształt, warunki, które komórka musi spełnić, aby mogła

• Co na to powiedzą koleżanki? przejść na kolejny etap – do dalszej fazy

• Czy geny są w dobrym stanie

Układ kontroli cyklu:

• Niesprzyjające otoczenie G₁

• Uszkodzone DNA G₁

• Nieukończona replikacja DNA S

• Uszkodzone DNA, nieukończona replikacja DNA G₂

• Chromosomy nieprawidłowo przyłączone do wrzeciona podziałowego. H

Cechy różnicowania:

• Różnicowanie a cykl komórkowy

• Różnicowanie komórek

• Etapy różnicowania:

  • Biochemiczne (synteza odpowiednich substancji)

  • Komórkowe (kształt, wielkość kom.)

  • Tkankowe (upodobnienie do innych komórek, już wyspecjalizowanych)

  • Funkcjonalne (specjalizacja co do funkcji)

Sposoby obumierania komórki:

• Nekroza – śmierć w wyniku uszkodzenia, obumieranie komórki i jej organelli, rozerwanie błony komórkowej – wylanie zawartości komórki – prowadzi do stanu zapalnego otaczających tkanek

• Apoptoza – śmierć spowodowana działaniem enzymów, które skłaniają ją do „samobójstwa”

Apoptoza	Nekroza
Kondensacja chromatyny Aktywowana przez kaskadę translacji mRNA Kondensacja komórki i organelli Zanik asymetrii błony Błona staje się nieprzepuszczalna Komórka rozpada się na ciałka apoptotyczne	Reakcja zapalna i produkcja cytokin Obumieranie komórki i organelli Marmurkowata kondensacja chromatyny Zanik asymetrii błony Gwałtowne zwiększenie przepuszczalności błony przerwanie ciągłości błony wylanie zawartości komórki do środowiska

Zmiany morfologiczne:

• obkurczenie komórki

• nienaruszona struktura mitochondriów

• kondensacja cytoplazmy

• kondensacja chromatyny

• tworzenie ciałek apoptotycznych

• fagocytoza martwej komórki.

Zmiany biochemiczne:

• transkrypcje nowych genów

• regulacja przez sygnały hormonalne

• regulacja przez sygnały pochodzące z innych komórek

• przepływ jonów wapnia

• zmiany ufosforylowanych białek

• oddziaływanie genów komórek

• aktywacja nukleaz

• aktywacja proteinaz cysteinowych – fragmentacja jądrowego DNA

• powstawanie „drabinek” DNA

• pojawienie się fosfatydyloseryny na powierzchni komórki

Zmiany fenotypowe:

• komórka oddziela się od sąsiadujących komórek

• deformacje komórek, pojawiające i znikające uwypuklenia (wrzenie cytoplazmy)

• wzrost gęstości komórek – obkurczenie organelli

• kondensacja chromatyny widoczna na obrzeżach jądra, zanik porów jądrowych i degradacja jądra

• rozpad komórki na ciałka apoptotyczne – otoczone błoną, zawierające organella

• rozszerzone i połączone ER z błoną komórkową

• brak objawów stanu zapalnego

• usuwanie z komórki hormonów i ciałek apoptotycznych przez fagocytozę, które przyłączają się za pomocą fostatydyloseryny

Rola:

• usuwanie komórek, które spełniły swoją rolę

• apoptoza i mitoza leżą u podstaw rozwoju komórki

• zrównoważony stosunek komórek umierających do dzielących się zapewnia prawidłowe funkcjonowanie organizmu , narządów, tkanek

• organizm cechuje produkcja nadmiaru komórek – apaoptoza pozwala utrzymać równowagę

• pozwala na niszczenie komórek zagrażających organizmowi (z wirusami, z uszkodzonym DNA, kom. rakowych, kom. systemu immunologicznego).

Co powoduje:

• ubytek pozytywnych sygnałów i napływ negatywnych

• pozytywne sygnały ( sygnały stymulujące od innych komórek, adhezja do podłoża, na którym komórka żyje)

• negatywne (wzrost wolnych rodników, promieniowanie UV, akumulacja białek o nieprawidłowej strukturze, cząsteczki regulatorowe działające przez receptory

3 mechanizmy działania:

• sygnały dochodzące ze środowiska wewnętrznego komórki

• sygnały dochodzące ze środowiska zewnętrznego, działające poprzez wiązanie się aktywatorów procesów obumierania z receptorami (TNF, ly(i?)mfotoksyna, ligand FasL)

• działanie wolnych rodników.

Apoptoza a patologia:

• Apoptoza a proces nowotworzenia – zahamowanie apoptozy

• Choroby autoimmunologiczne są często wynikiem upośledzenia apoptozy

• Uczestniczy w procesach odrzucania przeszczepów.

Komórki macierzyste:

• Wyglądają jak komórki niezróżnicowane:

• Duże jądro,

• mało cytoplazmy,

• ma zdolność namnażania

• i różnicowania

• podobne do limfocytów

• embrionalne – w węźle zarodkowym, w embrioblaście

• somatyczne – w dorosłych tkankach, są częścią systemu samonaprawczego organizmu, są częściowo ukierunkowane – dzielą się na komórki tkanki w której się znajdują – kom. satelitarne mięśni

• totipotencjalne – wszystko co jest w organizmie – zygota

• pluripotencjalne – komórki listka zarodkowego

• multipotencjalne – kilka linii komórek – komórki krwi

• unipotencjalne – powstają z nich wyspecjalizowane komórki.

RYSUNEK, STR. 34

Wpływają na:

• Przedłużenie życia i jego komfort,

• Odnowienie i naprawę narządów (serce, tk. nerwowa)

• Komórki macierzyste – wykorzystanie:

• Szpik kostny

• Stymulacja wzrostu/ naprawy kości

• Tkanka nabłonkowa po poparzeniach.

Podziały komórek macierzystych:

• Symetryczny - embriogeneza, postgeneza - powoduje szybki wzrost organizmu

• Asymetryczny – „mechaniczny”

  • Asymetria składników błony komórkowej

  • Asymetria w rozmieszczeniu składników wewnątrzkomórkowych

  • Komórka w niszy* odbiera bodźce i zachowuje właściwości.

*nisza – jama w kościach dla komórek krwiotwórczych, dopiero w kości komórki podejmują swoją działalność.

Strategie podziałowe populacji:

• Symetryczny – zwiększenie liczby komórek, przy dużych uszkodzeniach

• Asymetryczny – regulacja uszkodzeń, następny etap przy dużych uszkodzeniach

Proces starzenia i funkcjonalności komórki:

• Starzenie komórek macierzystych

• Starzenie najbliższego otoczenia (nisze)

• Starzenie całego organizmu

Wykorzystanie komórek macierzystych:

• Szpik kostny

• Wspomaganie wzrostu kości

• Namnażanie komórek nabłonkowych