Budowa komórki

Komórki mają różne wielkości oraz przyjmują bardzo różne kształty.

Składniki komórki

Składniki komórek można podzielić na:

Struktury komórkowe ich budowa i funkcje

Błona komórkowa

(wszystkie organizmy)

Budowa

*białka i lipidy (głównie fosfolipidy i glikolipidy) *lipidy tworzą podwójną warstwę – zrąb błony, białka błonowe są związane z lipidami *białka mogą pełnić funkcję receptorów (przyłączanie cząsteczek sygnałowych z zewnątrz i przekazywanie sygnału do wnętrza komórki); wzmacniają błonę; białka transportowe tworzą kanały jonowe lub są transbłonowymi przenośnikami *błona jest dwuwarstwowa i asymetryczna (każda jej warstwa ma nieco inny skład lipidów i białek, a zatem i właściwości) *lipidy ciągle przemieszczają się w obrębie błony: dyfuzja wzdłuż warstwy, obrót wokół osi oraz ruch flip-flop – „koziołkowanie” z jednej warstwy do drugiej (płynność błony komórkowej); im więcej jest cholesterolu, tym mniejsza jest płynność błony *glikokaliks to cieniutka warstewka zewnętrzna utworzona przez składniki cukrowe glikolipidów (występuje tylko u zwierząt).

Funkcje

Otacza komórkę i oddziela ją od środowiska, jednocześnie zapewniając z nim kontakt.
Przez nią odbywa się wybiórczy transport substancji (selektywna przepuszczalność).
Wysoka przepuszczalność dla wody.
Jest praktycznie nieprzepuszczalna dla dużych cząsteczek takich, jak białka, czy kwasy nukleinowe.
Utrzymuje różnicę stężeń niektórych jonów (liczne jony i metabolity przechodzą przez błonę tylko przy udziale białek transportowych).
Odpowiada za wrażliwość, czyli możliwość odbioru bodźców docierających ze środowiska i z innych komórek, może także przekazywać impulsy na następne.
Błona ma zdolność do zlewania się z inną błoną (ma to znaczenie w transporcie substancji na zewnątrz komórki – egzocytoza – oraz pobieraniu substancji do wnętrza komórki – endocytoza: pinocytoza i fagocytoza).
Funkcje błony w znacznej mierze determinują białka błonowe.

Selektywność błony komórkowej

Błona komórkowa jest selektywna (wybiórcza), co oznacza, że tylko niektóre substancje mogą swobodnie dyfundować przez błonę, ponad to organellum to może aktywnie regulować przepływ cząsteczek i jonów. Ogólnie można powiedzieć, że „fizyczna” przepuszczalność błony komórkowej wynika z własności podwójnego zrębu lipidowego. Powodują one, że funkcjonują tu pewne charakterystyczne zależności. I tak:

1. Cząsteczki niepolarne (hydrofobowe), np. gazy oddechowe (O₂, N₂) czy węglowodory nisko- i średniocząsteczkowe, przechodzą przez błonę swobodnie;

2. Małe cząsteczki polarne, takie jak np. H₂O, CO₂ albo mocznik, także przemieszczają się bez przeszkód;

3. Jony, takie jak np. H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, a także duże cząsteczki polarne, np. glukoza, fruktoza, bądź maltoza, praktycznie nie mogą samodzielnie przechodzić przez zrąb;

4. Makrocząsteczki nie mogą się przemieszczać.

Cytozol (cytoplazma)

(wszystkie organizmy)

Budowa

*płynna faza cytoplazmy; koloid, zawiera wodę, białka, lipidy, kwasy tłuszczowe, aminokwasy, sole, wapnia, magnezu, sodu i inne substancje organiczne i nieorganiczne *cytoplazma – wszystkie plazmatyczne składniki komórki oprócz jądra komórkowego.

Funkcje

Tworzy środowisko wewnętrzne komórki. W nim zachodzą bardzo liczne reakcje biochemiczne.

Składniki cytoszkieletu

Mikrotubule (mikrorureczki) zbudowane przede wszystkim z agregatów białka – tubuliny. Mikrotubule odpowiadają za przemieszczanie się organelli i ruch cytoplazmy. Wchodzą także w skład wrzeciona kariokinetycznego rzęsek, wici i centrioli. Mikrotubulom m.in. w rzęskach i wiciach towarzyszy dyneina – białko motoryczne odpowiedzialne za ruchy tych organelli. W komórkach zwierzęcych ruch Mikrotubule organizowany jest przez specjalne ośrodki – centrosomy. Zlokalizowany po jednej stronie jądra komórkowego centrosom ma kulisty kształt i zbudowany jest z amorficznego białka oraz licznych pierścieni tubulinowych. W centrosomie niemal zawsze występują dwie centriole.

Filamenty aktynowe (mikrowłókna) odpowiedzialne za ruchy i zmianę kształtu komórek zwierzęcych, a także za ruchy morfogenetyczne w czasie embriogenezy (rozwoju zarodkowego).

Filamenty pośrednie – podobne do lin mikrowłókienka, pełniące w komórkach zwierzęcych funkcje podporowe. Między innymi nadają odporność na rozerwanie (są zakotwiczone w błonie komórkowej), wzmacniają też otoczkę jądrową.

Jądro komórkowe

(protesty, rośliny, zwierzęta, grzyby)

Budowa

*największa struktura komórkowa (widoczna w mikroskopie świetlnym) * jedno lub wiele w komórce; komórka wielojądrowa to komórczak (np. pleśniak, włókno mięśniowe poprzecznie prążkowane) *kształt kulisty (najczęściej), płatowaty, nerkowaty *otoczone podwójną błoną (otoczką jądrową), błona wewnętrzna jest gładka, zewnętrzna ma rybosomy *błona jest perforowana (występują w niej pory jądrowe, przez które jądro utrzymuje kontakt z cytoplazmą), zewnętrzna część otoczki przechodzi w błonę siateczki śródplazmatycznej *na terenie jądra występuje jąderko (może ich być kilka) *jądro zawiera materiał genetyczny komórki, w jądrze interfazowym ma on postać długich, cienkich włókienek i drobnych ziarnistości, jest to chromatyna zbudowana z DNA i zasadowych białek, czyli histonów (chromatyna aktywna – euchromatyna, nieaktywna – heterochromatyna) *jądro wypełnione jest kariolimfą, czyli sokiem jądrowym (woda, białka, enzymy, np. polimerazy RNA, polimeraza DNA).

Funkcje

Zawiera materiał genetyczny i przekazuje go komórkom potomnym (replikacja DNA, kariokinezy).
W nim zachodzi pierwszy etap ekspresji genów (transkrypcja).
Synteza rRNA (w jąderku).

Otoczka jądrowa

Otoczka jądrowa (czasem osłonka) oddziela nukleoplazmę od cytoplazmy. Błona wewnętrzna jest gładka, natomiast zewnętrzna przechodzi w szorstkie ER (jest ciągła z błonami retikulum endoplazmatycznego granularnego) i posiada na swojej powierzchni rybosomy.

Kariolimfa

Kariolimfa (sok jądrowy) wypełnia wnętrze jądra komórkowego. Tworzy płynne środowisko, w którym zanurzona jest chromatyna i jąderko. Jest to wodny koloid białkowy nie wykazujący powinowactwa wobec barwników reagujących z chromatyną. Jednocześnie kariolimfa utrzymuje otoczkę jądrową w stanie napięcia.

Składniki budujące fibryle

DNA, którego ilość jest stała dla danego gatunku (jeżeli pominąć mutacje).

Histony – zasadowe białka proste (zawierające dużo aminokwasów zasadowych), tzn. argininy i lizyny). Proteiny te występują wyłącznie u eukariontów. Histony są praktycznie niezmiennymi z punktu widzenia ewolucyjnego cząsteczkami o małej masie. Znanych jest tylko 5 rodzajów histonów. Chromatyna jest głównie zbudowana z DNA „nawiniętego” na oktamery histonowe. Pojedynczy oktamer jest agregatem zbudowanym z 8 cząsteczek histonów i tworzy rdzeń, na który nawija się odcinek DNA długości stukilkudziesięciu par nukleotydów (powstaje wówczas nukleosom, czyli podstawowa jednostka strukturalna fibryli chromatynowej). Ilość histonów ulega podwojeniu równolegle z replikacją DNA. Podstawową funkcją histonów jest blokowanie (represja) DNA.

Białka niehistonowe – cząsteczki o różnym odczynie pH. Do najważniejszych należałoby zaliczyć duże białka o masie powyżej 40 tys. daltonów, które spełniają funkcje regulatorowe i stabilizujące w chromosomach. Cząsteczki te zawierają dużo aminokwasów (takich jak kwas glutaminowy i kwas asparaginowy). W porównaniu z histonami wykazują znacznie większa labilność metaboliczną (ulegają znacznie szybszym przemianom i stąd są mniej trwałe). Białka niehistonowe w poszczególnych tkankach różnią się od siebie, często znacznie.

Podział DNA ze względu na aktywność i rolę

1. Unikalny (inny) DNA, którego fibryle chromatynowe występują w postaci luźnej lub zbitej (skondensowanej) z możliwością przejść w obie strony”. Jest najistotniejszą częścią euchromatyny, czyli tej frakcji DNA, która jest aktywna genetycznie. Zawiera unikalne sekwencje nukleotydowe, a których większość to geny kodujące białka, co oznacza, że ta informacja ulega transkrypcji na hn-mRNA, obróbce posttranskrypcyjnej i dalej translacji.

2. rDNA (rybosomalny DNA), co onzacza, że występuje w rybosomach. Zawiera sporo powtarzalnych, średniej długości sekwencji nukleotydowych. Jego fibryle są nieznacznie tylko skondensowane i mogą ulegać transkrypcji na pre-rRNA, które po obróbce będzie współtworztło podjednostki rybosomowe. Ta część informacji genetycznej nie ulega translacji. Występuje głównie w jąderku, w czasie kariokinezy skupiony jest w przewężeniu wtórnym chromosomów jąderkotwórczych.

3. satDNA (satelitarny DNA), stanowiący tę część chromatyny zbitej, która zawsze pozostaje w stanie silnie zespiralizowanym. Ze względu na nieco inne reakcje z barwnikami tę frakcję czynnościową nazwano heterochromatyną. Zawiera ona ogromne ilości kopii krótkich sekwencji nukleotydowych, które nie ulegają efektywnej transkrypcji. Oznacza to, że ta część DNA zawiera informację genetyczną nie realizowaną przez organizm i dlatego nazwano go „milczącym DNA”. Odcinki tego rodzaju występują choćby między sekwencjami unikalnymi i być może spełniają funkcje regulatorowe w stosunku do genów kodujących białka. W czasie kariokinezy satDNA współtworzy centromer i satelitę.

Jąderko

Najwyraźniejsza struktura w nie dzielącym się jądrze, którą można łatwo wykryć za pomocą mikroskopu optycznego. Zwykle w jądrze jest jedno jąderko, choć może ich być nawet kilka. Nie jest ono oddzielone od pozostałych skladników jądra żadną błoną. Jąderko nie występuje w komórkach, które nie syntetyzują białek, np. w plemnikach, jego wielkość zależy od aktywności metabolicznej. Najważniejszymi składnikami są: RNA i białka (polimeraza RNA i in.).

Nietypowe chromosomy

1. Chromosomy politeniczne (olbrzymie) – zawierają ogromną liczbę identycznych kopii DNA (nawet ponad tysiąc). Przez to ich rozmiary są imponujące. Charakteryzują się specyficznym prążkowaniem, mającym znaczenie diagnostyczne w obserwacjach cytologicznych materiału genetycznego. Występują m. in. W gruczołach ślinowych muszki owocowej. Powstają na skutek tzw. endomitotycznej poliploidyzacji.

2. Chromosomy szczoteczkowe – specyficzna postać chromosomów zawierająca dwie kopie DNA. Charakteryzują się występowaniem licznych, luźnych pętli domen „wystających” z chromosomu jak „włosy ze szczotki”. Występują w komorkach roślin i zwierząt w profazie I podziału mejotycznego. Chromosomy homologiczne posiadają podobne, blisko siebie ułożone pętle, dzięki czemu mogą się „rozpoznawać” w czasie tworzenia biwalentów.

Rybosomy

(wszystkie organizmy)

Budowa

*składa się z podjednostki większej i mniejszej *zbudowane z białek i rRNA *nie mają błony *mniejsze u prokariontów, luźno rozmieszczone w cytozolu *większe u eukariontów, związane z błoną siateczki śródplazmatycznej lub luźno rozmieszczone w cytozolu.

Funkcje

Biosynteza białka.

Rodzaje rybosomów

RYBOSOMY MAŁE (typu prokariotycznego), występujące u Procaryota oraz w plastydach i mitochondriach u Eucaryota. Tego typu rybosomy nie sa związane z błonami.

RYBOSOMY DUŻE, występujące w cytoplazmie komórek eukariotycznych (typu eukariotycznego). Zwykle tego typu rybosomy występują związane z błonami retikulum, rzadziej jako wolne w cytoplazmie.

Siateczka śródplazmatyczna

RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE (protisty, rośliny, zwierzęta, grzyby)

Budowa

*złożony, trójwymiarowy system kanalikow i pęcherzyków, połączonych między innymi z błoną komórkową, błoną jądrową *błona siateczki może zawierać rybosomy (RE szorstkie), która jest rozbudowana w komórkach szybko rosnących oraz w komórkach, w których zachodzi biosynteza białka (np. komórki nabłonka gruczołowego trzustki, neurony) *jeśli błona siateczki nie zawiera rybosomów, jest to ER gładkie, rozwinięte w komórkach syntetyzujących niebiałkowe związki organiczne (np. komórki śluzowe żołądka, jelita cienkiego, komórki gruczołowe jąder, komórki tkanki łącznej tłuszczowej, u ryb i płazów skórne gruczoły śluzowe).

Funkcje

Zwiększa powierzchnię wewnętrzną komórki.
Dzieli cytozol na przedziały.
Modyfikuje niektóre białka syntetyzowane na rybosomach.
Siateczka gładka jest wyspecjalizowana w detoksykacji (niszczeniu substancji toksycznych).

Aparat Golgiego

(protisty, rośliny, zwierzęta, grzyby)

Budowa

*występuje zwykle blisko jądra komórkowego *składa się z małych spłaszczonych pęcherzyków (cystern, woreczków) ułożonych w kształcie stosu *każdy taki stos zawiera 3-20 cystern, wokół niego rozmieszczone są małe pęcherzyki i kanaliki *cysterny nie są ze soba połączone w sposób ciągły *niektóre komórki zawierają tylko jeden stos cystern, inne – nawet setki małych stosów rozmieszczonych na całym obszarze komórki *aparat Golgiego ma stronę wejściową (skierowaną do siateczki śródplazmatycznej) i wyjściową (skierowaną do błony komorkowej).

Funkcje

Modyfikuje, sortuje, pakuje i przekazuje związki chemiczne, głównie białka i lipidy (np. przyłączanie do polipeptydu łańcuchów oligosacharydowych).
Dzięki enzymom aparatu Golgiego w komórkach roślinnych polisacharydy do syntezy blaszki pierwotnej i ściany komórkowej.
w komórkach wydzielniczych transport i uwalnianie hormonów lub enzymów trawiennych.

Lizosomy

(protisty, zwierzęta, rośliny – sferosomy)

Budowa

*małe, kuliste pęcherzyki *zawierają wiele enzymów rozkładających białka, lipidy, oligosacharydy, kwasy nukleoinowe *enzymy te są jednak nieaktywne (stan latencji), ich uaktywnienie np. pobudzenia specjalnych receptorów błonowych.

Funkcje

Odpowiadają za wewnątrzkomórkowe trawienie materiału pobranego na drodze fagocytozy lub pinocytozy oraz degradację zużytych organelli; rozkładają produkty odpadowe, zużyte białka (te ostatnie najczęściej rozkładane są w proteasomach).

Ściana komórkowe

(bakterie – mureinowa; protisty – celulozowa, krzemionkowa; grzyby – chitynowa; rośliny – celulozowa)

Budowa

*zbudowana z różnych polisacharydów *substancje szkieletowe oraz substancje podłoża *u roślin ściany pierwotne są miękkie i elastyczne (takie pozostają na stałe w komórkach merystematycznych i miękiszowych) *ściany wtórne ulegają inkrustracji (odkładaniu substancji, np. ligniny, węglanu wapnia, krzewmionki między elementy szkieletu celulozowego) lub adkrustracji (odkladaniu substancji np. kalozy, suberyny na powierzchni ściany pierwotnej).

Funkcje

Ochrona fizyczna, nadawanie kształtu, spajanie komórek; rola mechaniczna w tkankach wzmacniających i w drewnie.

Wakuola (wodniczka)

(protisty – trawienne i tętniące; rośliny; niektóre komórki zwierząt – trawienne)

Budowa

*mniejsze lub większe pęcherzyki oddzielone od cytoplazmy błoną wakuolarną (u roślin nazywane tonoplastem), wypełnione płynem *płyn ten zawiera wodę, sole mineralne, organiczne substancje zapasowe i odżywcze (fruktoza, glukoza w owocach, sacharaoza w trzcine cukrowej i burakach cukrowych, glikogen u grzybów, białka np. ziarna aleuronowe, wole aminokwasy kwasy organiczne), metabolity wtórne (glikozydy, np. antocyjany – czerwone w kwaśnym pH o niebieskie w zasadowym, żółte flakony; alkaloidy – często trujące, np. chinina, morfina, stychnina, skopolamina, kokaina; garbniki; kryształki, np. szczawianu wapnia) *u roślin wakuole są nieliczne i duże (czasem jedna w komórce) w merystemach pierwotnych cytoplazma jest gęsta, a wakuole małe i nieliczne *w komórkach zwierzęcych duże wakuole nie występują, mogą występować małe, pęcherzykowate wodniczki trawienne.

Funkcje

Utrzymuje odpowiednie uwodnienie komórki (turgor, jędrność).
Gromadzi metabolity wtórne i substancje toksyczne.
Gromadzi substancje odżywcze.
Wakuole roślinne zawierają podobne enzymy jak lizosomy komórek zwierzęcych.
Wodniczki trawienne: *trawienie pobranych na drodze fagocytozy i pinocytozy substancji pokarmowych.
Wodniczki tętniące: *osmoregulacja i wydalanie.

Mitochondria

(większość protistów, rośliny, grzyby, zwierzęta)

Budowa

*półatonomiczne organelle błoniaste, zwane „siłowniami” komórek *owalne lub cylindryczne *wielkości kilku mikrometrów *otoczone dwiema błonami białkowo-lipidowymi *błona zewnętrzna jest gładka, przepuszczalna dla jonów, wewnętrzna wpuklona do wewnątrz tworzy grzebienie mitochondrialne, jest słabo przepuszczalna dla jonów *wnętrze wypełnia macierz (matrix) zawierająca enzymy przyspieszające reakcję utleniania substancji organicznych, DNA, rybosomy (możliwa synteza własnego białka) *liczba w komórce jest duża (do kilkuset w komorkach zużywających dużo energi, np. we włóknach mięśni poprzecznie prążkowanych, a nawet kilku tysięcy w komorach wątroby).

Funkcje

Wytwarzają energię w formie ATP w procesie oddychania komórkowego.
Zawierają przenośniki i enzymy cyklu Krebsa, łańcucha oddechowego oraz β-oksydacji.
W bakterii brak, ich funkcje być może pełnią wpuklenia błony komórkowej.

Plastydy

(niektóre protisty, rośliny)

Budowa

*półałtonomiczne organelle błoniaste *trzy rodzaje plastydów: chloroplasty (głównym barwnikiem jest chlorofil), chromoplasty (barwniki karotenoidowe), leukoplasty (bezbarwne, gromadzą np. skrobię) *otoczone dwiema gładkimi błonami – zewnętrzną przepuszczalną dla jonów i wewnętrzną słabo przepuszczalnoą dla jonów *wnętrze wypełnia stroma i zanurzony w niej system błoniastych woreczków – tylakoidów (rozwinięcie błony wewnętrznej) *rodoplasty u krasnorostów, feoplasty u brunatnic.

Peroksysomy

(rośliny, grzyby, zwierzęta, protisty)

Budowa

*kuliste *otoczone podwójną błoną *zawierają oksydazy i katalazę rozkładającą H₂O₂

Funkcje

Rozkładają nadtlenek wodoru, zachodzą w nich reakcje utleniania z udziałem cząsteczkowego tlenu.

Struktury komórek prokariotycznych i eukariotycznych

Struktura	Komórka prokariotyczna	Komórka eukariotyczna
		roślinna
Błona komórkowa	Występuje (zawiera cholesterol)
Cytoszkielet	Nie występuje	Występuje cytoszkielet utworzony z sieci włókienek białkowych (filamentów aktywnych i pośrednich) i mikrorureczek (mikrotubul zbudowanych z tubuliny)
Jądro komórkowe	Nie występuje (występuje nukleoid z genoforem)	Występuje
Rybosomy	Są tzw. mniejsze	Są – w cytozolu
Retikulum endoplazmatyczne	Nie występuje	Występuje
Aparat Golgiego	Nie występuje	Występuje
Lizosom	Nie występuje	Występuje
Ściana komórkowa	Występuje	Nie występuje
Wakuola (wodniczka)	Nie występuje	Występuje
Mitochondrium	Nie występuje, jego funkcje być może spełniają wpuklenia błony komórkowej	Występuje
Plastydy	Nie występują (rolę chloroplastów bakterii zielonych i purpurowych pełnią ciałka chromatoforowe zawierające barwniki asymilacyjne)	Występują
Peroksysomy	Nie występują	Występują (u roślin także glioksysomy)

Porównanie cech funkcjonalnych mitochondriów i chloroplastów

Cecha	Mitochondrium	Chloroplast
Typ przemian	Kataboliczne	Anaboliczne
Kluczowy proces biologiczny	Oddychanie komórkowe (etapy tlenowe)	Fotosynteza
Zasadnicze substraty	Glukoza i tlen (także kwasy tłuszoczwe)	CO2 i H2O
Zasadnicze produkty	CO2 i H2O	Glukoza i tlen
Źródło ATP	Przede wszystkim fosforylacja oksydacyjna (w mniejszym stopniu fosforylacja substratowa)	Fosforylacja fotosyntetyczna

Metabolizm

Wprowadzenie do enzymologii

Metabolizm—całość przemian materii, calokształt reakcji chemicznych i towarzyszących im przemian energii.

Metabolizm: katabolizm i anabolizm

METABOLIZM
katobolizm
Reakcje rozkładu złożonych związków organicznych na związki prostsze
Energia jest uwalniana (reakcje egzoenergetyczne)
Rozkład związków złożonych w czasie oddychania komórkowego, trawienia

Enzymy i reakcje zachodzące w komórce. Budowa i działanie enzymów

Enzymy — specjalne białka, biokatalizatory zwiększające szybkość reakcji chemicznych w organizmie. Enzymy nie zużywają się w reakcjach, które sama przeprowadzają.

• Obniżają energię aktywacji (ilość energi potrzebnej do zainicjowania przebiegu reakcji)

• Po reakcji w postaci niezmienionej mogą katalizować przekształcenia następnych cząsteczek substratu

• Prawie zawsze są białkami złożonymi, zbudowanymi z części białkowej (apoenzymu) i niebiałkowego kofaktora; kofaktor może być związany z białkiem trwale (grupa prostetyczna) lub nietrwale (koenzym)

• Grupą prostetyczną są zwykle małe jony nieorganiczne, np. Fe²⁺, Mg²⁺ lub Zn²⁺; koenzymy są złożonymi cząsteczkami organicznymi

• Duże cząsteczki mają na swojej powierzchni zagłębienie, tzw. centrum aktywne (w nim znajdują się specjalne aminokwasy, które rozpoznają, przyłączają oraz zmieniają dany substrat)

• Substrat i enzym są do siebie dopasowane (model klucza i zamka, model indukcyjnego dopasowania i in.) i tworząnietrwały kompleks enzym-substrat

• Naprężenia wiązań w nietrwałym kompleksie enzym-substrat powodują przekształcenie substratu w produkt.

Grupa prostetyczna enzymu — część niebiałkowa enzymu ściśle związana z częścią białkową (apoenzym). Np. ryboflawina (B₂) lub układ hemowy wchodzący w skład centrum aktywnego katalazy i cytochromów.

Koenzymy — małocząsteczkowe, niebiałkowe związki organiczne decydujące o aktywności katalitycznej pewnych enzymów. Biorąc udział w reakcjach przez oddawanie lub przyłączanie pewnych reagentów (atomów, grup atomów, enzymów). Pozostają luźno związane z właściwym enzymem. Jako koenzymy funkcjonują w większości witaminy lub jony połączone odwracalnie z apoenzymem. Koenzymy pod względem chemicznym są nukleotydami, czyli związkami, które składają się z cukru, zasady azotowej oraz fosforu.
Przykłady koenzymów:

• NAD

• FAD

• FMN

• koenzym A (CoA)

• Folian

• S-adenozylometionina (SAM)—przenośnik grup metylowych

• Biotyna — wiąże CO₂, jest wykorzystywana w reakcjach karboksylacji

• Pirofosforan tiaminy — pochodna witaminy B₁

• Pirofosforan pirodoksalu — pochodna witaminy B₆

• Tetrahydrofolian — pochodna kwasu foliowego.

Apoenzym — białkowa część enzymu, która po połączeniu z koenzymem stanowi holoenzym. Apoenzym decyduje o swoistości enzymu oraz często o rodzaju reakcji jaką enzym jest zdolny katalizować.

Holoenzym — kompletny enzym złożony z apoenzymu i koenzymu.

Centrum aktywne — część cząsteczki bezpośrednio zaangażowana w reakcji chemicznej. W przypadku prostych cząsteczek, takich jak kwasy nieorganiczne w reakcję zaangażowana jest cała cząsteczka. W przypadku dużych i złożonych cząsteczek, takich jak enzymy, polimery syntetyczne i niektóre rozbudowane związki metaloorganiczne tylko niewielka część cząsteczki jest rzeczywiście zaangażowana w reakcję a jej reszta pozostaje praktycznie bierna.

Kompleks enzym-substrat — nietrwały, kompleksowy związek chemiczny, powstający w wyniku wiązania substratów przez cząsteczkę enzymu w jej centrum aktywnym. Po zakończeniu reakcji enzym uwalnia jej produkty i może wiązać następne cząstki substratów.

Wybrane czynniki wpływające na aktywność enzymów

Powinowactwo enzymu do substratu i równanie kinetyki rekacji

Miarą tego powinowactwa jest stała Michaelisa (równa takiej wartości stężenia substratu, przyktorej prędkość reakcji jest równa połowie prędkości maksymalnej).

Im mniejsza jest wartość K_m, tym większe jest powinowactwo danego enzymu do substratu. Krzywa ta jest obrazowaniem równania przedstawiającego kinetykę rekcji chemicznej katalizowanej przez enzym (równanie Michaelisa-Menten).

Model klucza i zamka

W większości przypadków enzymy są niezwykle specyficzne wobec swoich substratów. Zarówno enzym jak i jego substraty są do siebie geometrycznie dopasowane w taki sposób, że idealnie pasują jeden do drugiego (jak „klucz i zamek”). Model ten wyjaśnia specyficzność enzymów, ale nie wyjaśnia w jaki sposób stabilizowany jest stan przejściowy podczas reakcji enzymatycznej.

Model indukowanego dopasowania

Modyfikacja modelu „klucza i zamka”. Enzymy są zwykle dość elastyczne strukturalnie, ich centrum aktywne podlega ciągłym rearanżacjom przestrzennym podczas oddziaływania z substratami. W rezultacie substrat nie tyle wiąże się co do niezmiennego strukturalnie miejsca aktywnego, ale grupy aminokwasów je tworzące podlegają rearanżacjom przestrzennym, ściśle dopasowując swe pozycje do wiązanego substratu, co dopiero umożliwia przeprowadzenie katalizy.

Klasyfikacja enzymów

Klasa Enzymu	Przykłady i uwagi
Oksydoreduktazy (reakcje typu redox)	Dehydrogenaza mleczanowa (występuje w komórkach wątroby; bierze udział w utlenianiu szkodliwego nadmiaru kwasu mlekowego)
Transferazy (przenoszenie grup funkcyjnych z jednej cząsteczki na inną)	Transaminaza glutaminowa (przenosi grupę aminową na cząsteczkę o nazwie ketoglutaran, w wyniku czego powstaje kwas glutaminowy – jeden z aminokwasów)
Hydrolazy (reakcje rozpadu z udziałem wody)	Enzymy trawienne przewodu pokarmowego (enzymy te są białkami prostymi)
Liazy (reakcje rozpadu bez udziały wody)	Dekarboksylazy aminokwasów lub ketokwasów
Izomerazy (reakcje przegrupowania wewnątrzcząsteczkowego)	Izomeraza fosfofruktozy (przekształca sześciowęglowy cukier fosfruktozę w fosfogalaktozę – jest to jedna z reakcji fotosyntezy); (nieliczne izomerazy są białkami prostymi)
Ligazy (reakcje syntezy)	Polimeraza DNA (włącza kolejne nukleotydy podczas replikacji)

Rola acetylo-CoA oraz przenośników energii

Szlaki metaboliczne

Szlak metaboliczny – ciąg kolejno zachodzących rekacji biochemicznych, w wyniku których powstaje określony produkt (bądź produkty). Produkt jednej reakcji jest substratem reakcji następnej. Wyrłóżnia się również metabolity pośrednie – związki niebędące substratem ani produktem końcowym. Umożliwiają one łączenie się ze sobą szlaków metabolicznych.

Koenzym A – „węzeł metaboliczny”, związek „spajający” ważniejsze szlaki metaboliczne. Zawiera grupę –SH, która reaguje z grupą karboksylową związków organicznych (powstaje acetylo-CoA).
W reakcji z dwuwęglową grupą acetylową koenzym A tworzy acetylo-CoA.
Grupa acetylowa dołączona do CoA może następnie zostać utleniona w mitochondrium, zużyta do syntezy kwasów tłuszczowych lub cholesterolu w cytozolu.
Reakcja X jest nieodwracalna, a więc nie jest możliwe odtworzenie glukozy z acetylo-CoA (u zwierząt), rośliny syntetyzują szczawiooctan (reakcja Y), a z niego wytwarzana jest glukoza w procesie glukoneogenezy.

Przenośniki energii i wodoru

Unikalnym przenośnikiem energii w komórce jest ATP (adenozynotrifosforan).

• Magazynuje on energię w postaci wiązań wysokoenergetycznych (wiązań zawierających znaczną ilość energii swobodnej, większą niż 20kJ/mol wiązań)

• Cząsteczka ATP ma trzy reszty fosforanowe, pomiędzy grupami fosforanowymi są dwa bezwodnikowe wiązania wysokoenergetyczne; w wyniku hydrolizy powstaje ADP (adenozynodifosforan), dalsza hydroliza prowadzi do powstania AMP (adenozynomoonofosforan)

• Hydroliza ATP jest wykorzystywana do przebiegu reakcji endoergicznych (np. biosyntezy białka).

Akumulatorami i przenośnikami energii użytecznej biologicznie mogą być też inne związki organiczne, np. gluanozynotrifosforan (GTP, inny ufosforylowany nukleotyd), fosfokreatyna (zmodyfikowany, ufosforylowany aminokwas)

Przenośniki wodoru:

• NAD⁺ (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy)

• NADP⁺ (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego)

• Cząsteczki te ulegająredukcji, gdy atomy wodoru są zabierane z substratu A (przy współudziale enzymu), następnie przy współudziale innego enzymu atomy wodoru są przekazywane do związku B

• Podobnie działa FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy).

Fosforylacja

Fosforylacja to proces kowalencyjnego przyłączania reszty fosforanowej (Pi) do związku chemicznego. W procesie fosforylacji powstaje np. ATP (z ADP), GTP (z GDP) czy fosfokreatyna. Reakcja fosforylacji wymaga dostarczenia znacznych porcji energii, która jest pozyskiwana z różnych źródeł.

Charakterystyka różnych rodzajów fosforylacji

Rodzaj fosforylacji	Miejsce zachodzenia i szlak metaboliczny	Opis	Reakcja sumaryczna
Substratowa (nie wymaga udziału tlenu)	*cytoplazma, matrix mitochondrium *glikoliza i cykl Krebsa *fermentacja mleczanowa, octowa	ATP jest syntetyzowany przy udziele energii, wydzielającej się w wyniku reorganizacji wewnętrznej związku organicznego, którego poziom energetyczny spada. Złożony związek chemiczny rozkłada się na związki prostsze, a wyzwolona energia pozwala na dołaczanie P do ATP. Częst to ufosforylowany substrat jest dawcą reszty fosforanowej. Ten typ fosforylacji jest najstarszy ewolucyjnie i najmniej korzystny energetycznie.	Substrat o wysokiej energii + ADP + Pi substrat o niskiej energii + ATP lub np. substrat o wysokiej energii + GDP + Pi substrat o energii niższej + GTP
Fotosyntetyczna zwana też foto-fosforylacją	*chloroplasty (błona tylakoidów gran) *fotosynteza	Energia słoneczna do syntezy ATP jest pochłaniana przez chlorofil lub inny, aktywny fotosyntetycznie barwnik i zamieniana na energię chemiczną zmagazynowaną w ATP. Fotofosforylacja cykliczna (elektrony wzbudzone w fotosystemie PSI wędrują w łańcuchu przenośników i wracją do PSI, nie zachodzi redukcja NADP^+ ani fotoliza wody) Fotofosforylacja niecykliczna (elektrony z PSI przechodzą na NADP^+, elektrony z PSII przechodzą na PSI, zaś elektrony z wody na PSII). Ubocznym produktem fotolizy wody jest tlen.	ADP + Pi + energia świetlna ATP (w obecności barwnika fotosyntetycznego)
Oksydacyjna (wymaga udziału tlenu)	*mitochondrium (błona grzebieni mitochondrialnych) *utlenianie końcowe w łańcuchu oddechowym	Energia do syntezy ATP uwalnia się w czasie przenoszenia elektronów z atomu wodoru na tlen. Atomy wodoru są przenoszone przy pomocy specjalnych przenośników (NADH oraz FADH2). Przepływ elektronów w łańcuchu przenośników wbudowanych w wewnętrzną błonę mitochondrialną umożliwia syntezę ATP. Ten wydajny typ fosforylacji zachodzi u wszystkich organizmów tlenowych.	ADP + Pi + zredukowane przenośniki wodoru + tlen ATP + utlenione przenośniki wodoru + H2O

Cykl komórkowy i kariokinezy

Cykl komórkowy

Pojedynczy cykl komórkowy to okres trwający od momentu powstania komórki do końca podziału tej komórki na komórki potomne. Zwykle trwa od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin, ale może być krótszy lub znacznie dłuższy.

Fazy cyklu komórkowego

Diagram kołowy ilustrujący cykl komórkowy

Wyróżnia się komórki stale dzielące się (cyklujące), a także zaprzestające aktywności podziałowej (przejście G₁ do G₀). Może to oznaczać znaczne wydłużenie G₁ albo cytodyferencjację i zupełne wypadnięcie z cyklu komórkowego (np. dojżełe neurony, komórki mięśni szkieletowych).

Apoptoza

Celem apoptozy jest eliminacja zbędnych komórek.

Wzrost i rozwój, np. organizmu kręgowce, odbywa się nie tylko przez regulację tempa podziałów i proces cytodyferencjacji (różnicowania komórek), ale też przez regulację proporcji komórek dzielących się i funkcjonujących do komórek obumierających, Oznacza to, że w ciągu całego życia, a szczególnie w embriogenezie, następuje wyłączanie czynności niektórych komórek, a następnie ich eliminacja. Taki kontrolowany (zaprogramowany genetycznie) proces śmierci komórki to apoptoza. Jest ona przeciwieństwem nekrozy, czyli śmierci komórki w wyniku silnych bodźców uszkadzających lub schorzenia.

Przebieg kariokinez

Kariokineza — podział jądra komórkowego. Zwykle podziałowi nukleoplazmy towarzyszy rozdział pozostałych składników komórki, czyli cytokineza.

Cykl mitotyczny

1. INTERFAZA (interkineza) – najdłuższa faza cyklu komórkowego, stanowiąca 70-90% czasu całego cyklu mitotycznego. Może być przygotowaniem do następnego podziału (obejmuje wówczas G₁, S, G₂) bądź specjalizacją z zaprzestaniem aktywności podziałowej (po G₁ następuje G₀). Dzieli się ją na trzy charakterystyczne okresy:

• Okres G₁ – rozpoczyna się bezpośrednio po telofazie poprzedniej mitozy, dlatego nazywa się go okresem posttelofazowym. Czas trwania waha się w szerokich granicach – od ok. pół godziny do wielu dni. Cechuje go brak replikacji DNA, natomiast bardzo wyraźna jest przewaga procesów anabolicznych nad katabolicznymi. Celem tego ma być osiągnięcie przez komórkę rozmiarów sprzed podziału. Charakterystyczny jest wzrost liczby fosfolipidów błonowych, ponieważ poważnym problemem staje się zbyt mała ilość błony komórkowej. W tym czasie stwierdza się duże zużycie tlenu, wysoką aktywność transkrypcyjną i trnaslacyjną. Część komórek po fazie G₁ zaprzestaje aktywności podziałowej i przechodzi w specjalizację funkcjonalną (G₀). Nie oznacza to jednak, że komórka ta nigdy nie będzie się dzielić, zwykle może podjąć ponownie aktywność kariokinetyczną np. na „hormonalne” polecenie. Z kolei w komórkach nieustannie dzielących się G₁ doprowadza do zakłucenia tzw. stosunku jądrowo-cytoplazmatycznego, co prawdopodobnie jest sygnałem do wejścia w fazzę S. Nie wiadmoco dokładnie co, w tzw. momencie rozstrzygającym powoduje, że jedna komórka zaprzestaje podziałów, a inna przechodzi do następnej fazy cyklu mitotycznego;

• Okres S – w tym czasie znacznie spada synteza białek konstrukcyjnych i enzymatycznych, a komórka kieruje cały „wysiłek” metaboliczny na replikację (syntezę DNA). Jedynymi syntetyzowanymi w tym okresie białkami są proteiny związane z odtwarzaniem genomu. Najważniejszymi z nich są histony (ogólnie mówi się, że w S podwajana jest ilość DNA i histonów). Te silnie zasadowe białka są ayntetyzowane na terenie cytoplazmy, a nie w jądrze. Praktycznie w okresie S dochodzi do zwiększenia ilości DNA z 2c do 4c. Proces replikacji wymaga dekondensacji chromatyny, i to zarówno eu- jak i heterochromatyny. Przeciętnie ten okres interfazy trwa 6-8 godzin, zarówno u roślin jak i zwierząt;

• Okres G₂ – nazywany jest także okresem preprofazowym, ponieważ poprzedza profazę zbliżającej się mejozy. W tym czasie replikacja DNA już nie następuje, natomiast komórka przygotowuje składniki protoplastu do podziału. Zwykle to w tym czasie organella półautonomiczne dzielą się. Wzrasta też bardzo wyraźnie aktywność transkrypcyjna i translacyjna związana głównie z syntezą białek wrzeciona kariokinetycznego (wrzeciona podziałowego), z których najważniejszym jest tubulina. Białko to w czasie późnego G₂ i we wczesnej profazie mitozy może polimeryzować, tworząc długie mikrotubule, które rozdzielą chromatydy. W przeciętnych warunkach, pod koniec G₂, komórka musi już „wejść” w mitozę. Jej zbliżanie sygnalizowane jest pod koniec interfazy m.in. przez tzw. okapy biegunowe, które są skupieniami sytetyzowanej tubuliny w okolicach biegunów podziałowych. W komórkach posiadających centriole (zwierzęta, grzyby) dzielą się one na dwie potomne, które wyznaczają bieguny podziałowe.

1. MITOZA (nieformalnie – M) – właściwa kariokineza, której zwykle toważyszy cytokineza. W podziale tym wyróżniono charakterystyczne fazy:

• Profaza – sygnalizują ją chromosomy, pojawiające się w wyniku spiralizacji (kondensacji) chromatyny. Każdy z nich składa się z dwóch jednakowych części – chromatyd. W istocie chromatyny są to dwie siostrzane cząsteczki DNA, każda w klasycznym, białkowym opakownaiu. Każda chromatyda ma charakterystyczne, niebarwiące się przewężenie – centromer. W miejscach tych chromatydy jednego chromosomu są ze sobą ściśle połączone. Pewną część centromeru stanowi tzw. kinetochor, struktura, do której dołączą się potem włókna wrzeciona podziałowego. Po pewnym czasie jąderko zaczyna się rozpraszać, aż wreszcie zanika. Jednocześnie pęka otoczka jądrowa i chromosomy zosrają dość gwałtownie zepchnięte w centralną część komórki (jest to tzw. stadiium kontrakcji). Poza tym przez całą profazę rozbudowują się czapy biegunowe, przekształcając się we włókna wrzeciona kariokinetycznego. Natomiast ruch organelli cytoplazmatycznych w czasie profazy jest dość przypadkowy;

• Metafaza – polega na uporządkowaniu ułożenia chromosomów. Przyłączające się do przewężeń pierwotnych mikrotubule kinetochorowe wrzecina podziałowego przesuwają chromosomy w strefie tzw. równikowej, gdzie tworzy się płytka metafazowa. Inne włókienka wrzeciona podziałowego, tzw. polarne, rozciągają się pomiędzy oboma biegunami (albo w komórce zwierzącej oboma centriolami). Pod koniec metafazy następuje skracanie mikrotubul kinetochorowych. Wskutek tego pojawiają się siły ciągnące chromatydy w przeciwne strony. Doprowadza to do pęknięcia centromerów i rozpadu chromosomów na chromatydy, zwane odtąd chromosomami potmnymi. Ponieważ w metafazie chromosomy są uporządkowane i dobrze widoczne, okres ten jest wykorzystywany do określania tzw. kariotypów. Alkaloidy, takie jak kolchicyna, zaburzają polimeryzaję tubuliny i zakłucają możliwość prawidłowego podziału chromosomów. Prowadzi to do zmiany liczby chromosomów w komórkach potomnych;

• Anafaza – zaczyna się w momęcie pęknięcia ostatniego centromeru i jest to faza wędrówki chromosomów potomnych do przeciwległych biegunów komórki. Spowodowane jest to głównie kurczeniem się wrzeciona. Ciągnięte za centromery chromosomy potomne mają charakterystyczny kształt. Rozchodzące się do przeciwległych biegunów komplety pojedynczych chromosomów „popychają” przed sobą organella komórkowe. Zostają one podzielone mniej więcej na dwa równe zespoły. Gdy wędrujące grupy chromosomow potomnych osiągają maksymalne oddalenie, rozpoczyna się telofaza;

• Telofaza i towarzysząca jej zwykle cytokineza – w tym czasie dookoła dwóch grup chromosomów tworzą się otoczki jądrowe. Częściowo materiał na nie pochodzi z małych pęcherzyków będących pozostałością po „starej” otoczce. W tym czasie chromosomy ulegają despiralizacji do chromatyny. Nieco później wokół organizatorów jąderkotwórczych powstają jąderka. W komórde są więc dwa jądra o takiej samej jak macierzyste liczbie „n” i „c”. Telofaza bardzo przypomina „odwróconą profazę”. W czasie ostatnirj fazy mitozy (czasem już w anafazie) dochodzi do cytokinezy. W komórkach zwierzęcych, w środkowym obszarze, pojawia się powiększające się przewężenie, doprowadzające do oddzielenia się dwóch komórek potomnych. U roślin, ze względu na obecność ściany komórkowej.

Mitoza jest stosunkowo prostym podziałem, który w zdumiewająco precyzyjny sposób dzieli chromosomy, dzięki czemu każde jądro potomne otrzymuje dokładnie taką samą informację genetyczną (taką samą liczbę identycznych chromosomów), jaką miała komórka macierzysta, czyli rodzicielska.

Cykl mejotyczny

1. INTERFAZA – okres przygotowawczy do mejozy, jest to najdłuższa część szlaku mejotycznego. Jądra powstałe po mejozie mogą się jedynie czasem dzielić mitotycznie. W interfazie mejotycznej można wyróżnić dwa okresy:

• Okres G₁ – zaczyna się bezpośrednio po telofazie poprzedniego podziału (mitozy) i jest to klasyczny okres posttelofazowy;

• Okres S – w tym czasie wysiłek komórki zostaje skierowany na replikację DNA. Początkowo spada bardzo znacznie synteza białek enzymatycznych i konstytutywnych, utrzymuje się jedynie synteza histonów. W tym okresie replikowane jest 99,7% DNA jądrowego. Podwajanie ilości kwasu deoksyrybonukleinowego kończy się dopiero w zygotenie. Niezreplikowane zostają ocinki tzw. z-DNA bogate w pary G-C. Zmianom ilości DNA towarzyszy podwojenie ocjętości jądra komórkowego. W środkowym „S” wzmaga się transkrypcja i translacja, szczególnie w związku z tworzeniem się z tubuliny związków wrzecina kariokinetycznego. Mejotyczny „S” jest trzykrotnie dłuższy niż analogiczny „S” w interfazie mitotycznej i poprzedza bazpośrednio samą kariokinezę. Pod koniec „S” komórka musi wejść w podział.

1. Mejoza – właściwa kariokineza, której zwykle towarzyszą dwie cytokinezy. W podziale tym wyróżniono dwa cykle podziałowe, każdy złożony z czterech faz:

1. Pierwszy cykl podziałowy, nazywany heterotroppowym, ponieważ w nim następuje redukcja liczby chromosomów z 2n do n i ilości DNA z 4c do 2c. W tym czasie następuje też proces crossing-over, prowadzący do wymieszania (rekombinacji) materiału genetycznego pochodzącego od rodziców. Dzięki temu komórki powstające po mejozie mają niepowtarzalną kombinację genów. U niektórych gatunków profaza pierwszego podziału sygnalizowana jest przez krótkotrwałą, tzw. preleptotenową spiralizację chromosomów.

• PROFAZA I jest najdłuższą fazą I cyklu podziałowego (i całej mejozy), która ze względu na skomplikowany przebieg została podzielona na pięć stadiów:

• Leptoten (stadium cienkich, lepkich nici) – w mikroskopie optycznym stopniowo pojawiają się cienkie, gładkie i nieco splątane nici chromosomów. Jest to skutek kondensacji domen i obudowywania ich białkami szkieletowymi;

• Zygoten – nazywany stadium synapsis, czyli koniugacji chromosomów zwanych homologicznymi. Jeden z danej pary chromosomów pochodzi od matki, drugi od ojca. Chromosomy homologiczne posiadają podobne, niecałkowicie zreplikowane odcinki tzw. z-DNA, które tworzą boczne pętle. Prawdopodobnie umożliwia im to wzajemne rozpoznawanie i dobieranie się parami. Utworzona równolegle para tworzy biwalent. U człowieka w ten sposób powstają 23 biwaleny, u pomidora 12. Pod koniec zygotenu syntetyzowane jest intensywnie białko enzymu endonukleazy, zdolnego do przecinania spiralii DNA w środkowych rejonach cząsteczki. Może ono nacinać boczne części chromatyd;

• Pachylen – nazywany stadium grubych nici. Stopniowa kondensacja chromosomów w biwalentach prowadzi do ich czterokrotnego skrócenia w porównaniu z leptotenem. W pachytenie staje się widoczna dwoista struktura każdego chromosomu – składa się on z dwóch chromatyd połączonych centromerem. Razem w każdym biwalencie mamy 4 chromatydy – stąd czasem mówi się o stadium tetrady. Pechyten jest dlatego bardzo ważny, bo w tym czasie zachodzi crossing-over. Wygląda to mniej więcej tak – zsyntetyzowana w zygotenie endonukleaza nacina DNA w sąsiadujących ze soba pętlach niecałkowicie zreplikowanego z-DNA. Ponieważ wszystkie końce przeciętych fibryli DNA są tzw. lepkie, dochodzi często do połączenia DNA z jednej chromatydy niesiostrzanej z DNA drugiej chromatycy niesiostrzanej (chromatydy jednego chromosomu nazywane są siostrzanymi, natomiast chromatydy z chromosomów homologicznych są w stosunku do siebie niesiostrzane). Praktycznie oznacza to, że „kawałek” chromatydy jednego chromosomu homologicznego łączy się z „kawałkiem” chromatydy drugiego chromosomu homologicznego. W procesie tym biorą udział liczne ligazy. Po crossing-over w biwalencie są najczęściej dwie chromatydy niezrekombinowane i dwie, które posiadają odcinki wymienione (zrekombinowane). Konsekwencją crossing-over są chiazmy (zgrubienia biwalentów, będące wynikiem tworzenia się tzw. kompleksu synaptemalnego). Liczba chiazm jest znacznie mniejsza niż nacięć DNA. Po wzmianie odcinkw nastpuje reperaczjna sznteza DNA, kończąca replikację;

• Diploten – w tym czasie chromosomy homologiczne w biwalentach oddzielają się od siebie. Jedynymi punktami kontaktu pozostają chiazmy i jeśli w biwalencie zaszło jedno c.o., to jest jedna chiazma. Biwalenty, w których nie było c.o., dzielą się oczywiście na dwa niezrekombinowane chromosomy, każdy składający się z dwóch chromatyd. Czasem c.o. kończy się dopiero w diplotenie;

• Diakineza – chromosomy w biwalentach skracają się i grubieją. Chiazmy przesuwają się wzdłuż biwalentów ku ich krańcom. Jeśli w biwalencie były dwie chiazmy, to wygląda on teraz jak spłaszczona literaz „O”. Diakineza kończy się tzw. stadium kontrakcji, w którym zanika jąderko i otoczka jądrowa. Biwalenty zostają zepchnięte w obszar środkowy komórki;

• METAFAZA I – rozwijające się od leptotenu włókna wrzeciona podziałowego przyłączają się do centromerów i układają całe biwalenty w płaszczyźnie równikowej. Stopniowy skurcz włókien wrzeciona podziałowego prowadzi do rozrywania się wszystkich chiazm. Pękanie ostatniej z nich jest oznaką końca tej fazy. Jest to najkrótsze stadium pierwszego podziału;

• ANAFAZA I – skracające się włókna wrzeciona kariokinetycznego odciągają chromosomy homologiczne do przeciwległych biegunów komórki. Tak więc z każdego biwalentu jeden chromosom „idzie” do jednego bieguna, drugi do drugiego. W momencie kiedy grupy chromosomów osiągną maksymalne oddalenie kończy się anafaza;

• TELOFAZA I – wokół grup chromosomów odtwarzana jest otoczka jądrowa, pojawia się jąderko. Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji. Teraz następuje cytokineza. W niektórych mejozach telofaza I nie występuje i wówczas po anafazie I następuje profaza II.

Bilans I podziału:

• Powstały dwie jednojądrowe komórki;

• Każda z komorek posiada losowo segregowane, po jednym z każdej pary, chromosomy (oznacza to zminiejszenie lczby chromosomów z 2n do n);

• Część chromosomów zawiera chromatydy zrekombinowane;

• Każdy chromosom w jądrech potomnych jest podwójny, składa się z dwóch chromatyd (zmniejszona została liczba „c” z 4c do 2c);

• Mamy w każdym jądrze po n chromosomów, ale są one podwójne;

• Znaczenie pierwszego cyklu polega główne na tym, że następuje rekombinacja.

1. Drugi cykl podziałowy nazywamy podziałem homotypowym, ponieważ formalnie nie zmienia liczby chromosomów (przed jest n i po, w komórkach potomnych, też jest n).

• PROFAZA II – krótka i w obu jądrach potomnych identyczna. Sygnalizuje ją grubienie chromosomów i wzmożone tworzenie włókien wrzeciona kariokinetycznego. Pod koniec, w stadium kontrakcji, zanikają jąderka i pękają otoczki jądrowe;

• METAFAZA II – wrzeciono podziałowe ustawia chromosomy w płytce metafazowej i zaczyna rozrywać centromery. Rozerwanie ostatniego centromeru oznacza koniec tej fazy;

• ANAFAZA II – do przeciwległych biegunów wędrują teraz połówki wszystkich chromosomów, czyli chromatydy, albo chromosomy potomne. Zwykle w tym czasie zaczyna się w każdej komórce cytokineza – powstają cztery komórki;

• TELOFAZA II – w tym czasie wokół każdej z czterech grup chromosomów, odtwarzana jest otoczka jądrowa. Pojawiają się jąderka, a chromosomy ulegają despiralizacji (nie dotyczy to plemnikow wyższych kręgowcow).

Bilans II podziału:

• Zwiększenie liczby jąder potomnych do czterech;

• Utrzymanie liczby chromosomów, zmniejszonej po pierwszym podziale don, we wszystkich komórkach;

• Zmniejszenie ilości DNA z 2c do c poprzez podział chromosomów do chromatydy (zgodność „n” z „c”);

• Komórki potomne posiadają pojedyncze chromosomy typu niezrekombinowanego (tzw. rodzicielskie) i zrekombinowanego (wymieszane). O tym, jaki chromosom do jakiego jądra trafi, decyduje przypadek. W sumie powstaje losowy zestaw chromosomów, co jest źródłem różnorodności w świecie organizmów żywych.

Porównanie mitozy i mejozy

Mitoza	Mejoza
Proces zachodzi w komórkach somatycznych.	Proces zachodzi w komórkach macierzystych gamet (u zwierząt) i zarodników (u roślin).
Obejmuje jeden cykl podziałowy.	Obejmuje dwa cykle podziałowe.
Z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potemne.	Z jednej komórki macierzystej powstają cztery komorki potomne.
Liczba chromosomów w komórkach potomnych jest taka sama jak w komórce macierzystej.	Komórki potomne mają zredukowaną o połowę liczbę chromosomów (najczęściej z 2n do n).
Profaza krótka.	Profaza wieloetapowa, długa.
Nie zachodzi zjawisko crossing-over.	Zachodzi zjawisko crossing-over.
W metafazie w płaszczyźnie środkowej układają się chromosomy składające się z dwóch chromatyd.	W metafazie I układają się biwalenty (pary chromosomów homologicznych, w sumie cztery chromatydy w biwalencie).
W anafazie do biegunów komórki rozchodzą się chromatydy siostrzane, które nazywane są chromosomami potomnymi.	W anafazie I rozchodzą się chromosomy homologiczne (rozejście się chromatyd siostrzanych następuje w anafazie II).
Służy rozmnażaniu się komórek, co prowadzi do wzrostu organizmu, regeneracji, umożliwia też rozmnażanie wegetatywne organizmu (powstają klony).	Redukuje liczbę chromosomów w gametach lub zarodnikach, co zapewnia stałość liczby chromosomów w kolejnych pokoleniach.
Umożliwia przekazywanie niezmienionej informacji genetycznej (komórki dziedziczą taki sam zestaw niezmienionych chromosomów, a więc i genów).	Jest źródłem zróżnicowania genetycznego potomstwa (dzięki zjawisku crossing-over i niezależnej segregacji chromosomów). Prowadzi do wzrostu zmienności genetycznej.

Amitoza

Podział bezpośredni jądra komórkowego polega na jego przewężeniu się i podziale na dwie części, często niejednakowe i nierównowartościowe pod względem zawartości chromosomów (bez wyodrębniania chromosomów i wrzeciona podziałowego). Podział ten jest przeważnie objawem starzenia się lub transformacji nowotworowej komórki, degeneracji jądra komórkowego i zwykle nie towarzyszy mu podział komórki.

Amitoza jest też „normalnym” podziałem u prokariontów. Amitotycznie dzieli się też makronukleus u orzęsków.

Cytokineza

Cytokineza to podział cytoplazmy.

W komórkach zwierzęcych w poprzek płaszczyzny równikowej tworzy się bruzda podziałowa, która jest efektem zaciskania się pierścienia zbudowanego z aktywnych mikrofilamentów. Stopniowe zaciskanie się tego pierścienia prowadzi do podziału komórki na dwie potomne.

U roślin cytokineza polega na uworzeniu się nowej ściany komórkowej w równikowej płaszczyźnie komórki i rozpoczyna się zwykle na początku telofazy. Powstaje fragmoplast, a w jego płaszczyźnie równikowej gromadzą się pęcherzyki zawierające pektyny produkowane przez aparat Golgiego. Pęcherzyki, stpniowo łączące się, tworzą plazmolemmę obu potomnych komorek, a zawarte w nich pektyny budują przegrodę pierwotną. Na obszarze przegrody pierwotnej tworzy się blaszka środkowa, po obu jej stronach zaś – ściany komórkowe pierwotne.

Odżywianie

Odżywianie — czynność życiowa polegająca na pobieraniu przez organizm ze środowiska substancji niezbędnych do podtrzymywania funkcji życiowych i rozwoju organizmu. Może zachodzić na drodze samożywności lub cudzożywności. Istnieją też organizmy miksotroficzne.

Pokarm — substancja organiczna lub nieorganiczna pobrana przez organizm ze środowiska i wykorzystana do budowy własnych struktur lub do „produkcji” energii.

Sposoby odżywiania się organizmów

Samożywność

Samożywność (autotrofizm)—zdolność pobierania z otoczenia węgla w postaci nieorganicznego związku, jakim jest dwutlenek węgla, i wbudowanie go we własne substancje organiczne. Przyswajanie CO₂ (asymilacja) może się odbywać przez fotosyntezę lub chemosyntezę.

Fotosynteza

Fotosynteza—synteza związków organicznych (cukrów) z prostych związków mineralnych (dwutlenku węgla i wody) z wykorzystaniem energii świetlnej pochłanianej przez barwniki asymilacyjne i przekształcanej w energię chemiczną. Na fotosyntezę składają się reakcje zależne od światła (faza jasna) i niezależne od światła (faza ciemna). Zachodzi u roślin i protistów mających chlorofil oraz u bakterii mających bakteriochlorofil lub chlorofil typu Chlorobium. Fotosynteza odbywa się w liściach i łodygach roślin zielnych, w zmodyfikowanych łodygach kaktusów, a także w zmodyfikowanych korzeniach, np. stprczyków epifitycznych. Tkanki roślin, w których zachodzi fotosynteza, to miękisz asymilacyjny, zwarcica, komórki szparkowe skórki.

Rodzaje fotosyntezy

1. oksygeniczna—to dominująca forma przyswajania węgla w przyrodzie, przeprowadzają ją wszystkie rośliny, sinice i niektóre protisty; źródłem elektronów jest woda;

2. anoksygeniczna—przeprowadza ją większość bakterii fotosyntetycznych; źródłami elektronów są głównie wodór cząsteczkowy lub siarkowodór, a nawet triosiarczan.

Przystosowanie rośliny dwuliściennej do optymalnego wykorzystania energii świetlnej

Optymalny dostęp do światła oraz właściwą ekspozycję na słońce zapewniają roślinie:

• wzniesiona łodyga

• sposób ułożenia liści na pędzie (zwykle ułożenie mozaikowe)

• zróżnicowanie wielkości liści – światło dociera do wszystkich liści

• płaska powierzchnia blaszki liściowej, która wychwytuje dużą ilość światła

• cienka blaszka liściowa

• ogonek liściowy, który utrzymuje blaszkę w odpowiednim położeniu

• heliotropizm – zmiana ustawienia liści w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych.

Budowa blaszki liściowej rośliny dwuliściennej

1. kutykula – substancja o charakterze wosku, ograniczna nadmierną utratę wody

2. skórka górna (epiderma) – jest przepuszczalna dla światła

3. miękisz palisadowy (mezofil) – zawiera bardzo dużo chloroplastów, które wraz z cytoplazmą mogą się przemieszczać po obwodzie komórki, tak aby przyjąć pozycję najdogodniejszą dla absorbcji światła

4. ksylem (drewno) – transportuje wodę i sole mineralne do liści

5. floem (łyko) – transportuje produkty fotosyntezy (sacharazę) z liści do innych części rośliny

6. miękisz gąbczasty (mezofil) – duże przestwory międzykomórkowe tworzą system kanałów, którymi substancje gazowe łatwo dyfundują w głąb liścia

7. skórka dolna – zawiera liczne aparaty szparkowe

8. komórki szparkowe – umożliwiają zamykanie i otwieranie szparek na skutek zmiany turgoru komórek szparkowych

9. szparka – pozwala na wymianę gazów pomiędzy komórkami przeprowadzającymi fotosyntezę a atmosferą.

Aparaty szparkowe—regulują wymianę gazową i transpirację szparkową

Szparki są otwarte, gdy: * wewnątrz komórki panuje niskie stężenie CO₂, * jest duże natężenie światła, ale komórki mają jednocześnie wysoki turgor.
Szparki są zamknięte, gdy: *powietrze jest suche, * liść jest nagrzany, * komórki skorki w wyniku stresu wywołanego suszą wydzielają kwas abscysynowy (ABA).

Otwieranie aparatów szparkowych polega na zwiększaniu ich turgoru, tzn. na większym uwodnieniu ich komórek. Mechanizm wzrostu uwodnienia komórek szparkowych polega na:

• aktywnym transporcie jonów K⁺ i Cl^- do komórek szparkowych dzięki pompie H⁺ ATP-azowej;

• hydrolizie skrobi (powstająca glukoza przekształca się w jabłczan);

• jabłczan i jony obniżają potencjał soku komórkowego, który powoduje osmotyczne pobieranie wody przez komórki szparkowe i tym samym wzrost ich rozmiarów;

• zewnętrzne, cienkie ściany komórek aparatu szparkowego uwypuklają się, otwierając szparkę, przez ktorą zachodzi transpiracja; intensywność transpiracji jest proporcjonalna do siły ssącej liścia.

Chloroplasty

Chloroplasty to półałtonomiczne organella komórkowe biorące udział w procesie fotosyntezy.

Budowa chloroplastu granowego roślin nasiennych, maszków i paprotnikow (chloroplasty zielenic i protistów roślinopodobnych nie mają gran):

• podwójna błona plazmatyczna: zewnętrzna – dobrze przepuszczalna oraz wewnętrzna – słabo przepuszczalna

• stroma (matriks chloroplastu), w której zachodzą reakcje fotosyntezy niezależne od światła (cykl Calvina)

• grana (l.poj. granum) – stos płaskich błonowych pęcherzyków zwanych tylakoidami, w których zachodzą reakcje fotosyntezy zależne od światła

• tylakoidy stromy łączą tylakoidy gran

• rybosomy odpowiadają za biosyntezę części białek

• kolista cząsteczka DNA (chlDNA) z zakodowaną informacją o części białek chloroplastu

• krople tłuszczu

• ziarna skrobi asymilacjnej.

Widmo absorbcji chlorofilów a i b

Widmo czynnościow—wykres zależności szybkości fotosyntezy od długości fali świetlnej.

Widmo absorbcyjne—wykres zależności ilości zaabsorbowanego światła padającego na barwnik fotosyntetyczny od długości fali świetlnej.

Absorbcja światła przez barwniki fotosyntetyczne pełni zasadniczą rolę w inicjowaniu fotosyntezy.
Liście są zielone ponieważ pochłaniają światło niebieskie i czerwone.

Czynniki warunkujące przebieg fotosyntezy

Czynniki egzogenne (zewnętrzne) wpływające na intensywność fotosyntezy:
* intensywność światła i jego barwa * temperatura * stężenie CO₂ * ilość wody * pierwiastki mineralne (Fe, Mg, N, K, Mn, Cl).

Czynniki endogenne (wewnętrzne) wpływające na intensywność fotosyntezy:
*liczba i rozmieszczenie aparatow szparkowych * powierzchnia blaszki liściowej * grubość kutykuli * rozmieszczenie chloroplastów * ilość chlorofilu i innych barwnikow w chloroplastach.

Znaczenie fotosyntezy

• organizmy fotosyntetyzujące stanowią najcenniejszą grupę organizmów samożywnych

• powstające w procesie fotosyntezy związki organiczne stanowią – bezpośrednio lub pośrednio – pokarm dla wszystkich heterotrofów

• pochodzący wyłącznie z fotosyntezy oksygenicznej tlen, stał się składnikiem atmosfery Ziemi, co umożliwiło powstanie i rozwój organizmów tlenowych

• proces fotosyntezy odgrywa główną rolę w utrzymaniu składu atmosfery ziemskiej.

Fotooddychanie

W warunkach niedoboru CO₂ w oświetlonych chloroplastach większości roślin zachodzi oksydacyjny proces zużywania tlenu. Ponad to wydzielany jest dwutlenek węgla, dlatego proces ten nazwano fotooddychaniem. W procesie tym RuBP ulega oksydacji, a ponad to zużywany jest ATP.
Pod względem gospodarczym fotooddychanie jest niekorzystne, ponieważ zmniejszenie cząsteczek RuBP ogranicza wydajność fotosyntezy większości roślin. Badania wykazały, że za fotooddychanie odpowiada enzym przprowadzający normalnie asymilację dwutlenku węgla. Gdy stężenie dwutlenku węgla jest niskie, a temperatura wysoka, RuBisCO (zwany karboksylazą rybulozobisfosforanową) wykorzystuje jako substraty RuBP (rybulozobisfosforan) oraz tlen.

Chemosynteza

Chemosynteza to asymilacja dwutlenku węgla przy wykorzystaniu energii pochodzącej z utleniania różnych związków nieorganicznych (np. CO, NH₃) lub prostych związków organicznych (CH₄), jonów (np. Fe²⁺) lub pierwiastków (S,H₂). Chemosyntezę przeprowadzają różne grupy bakterii. W zależności od utlenianego substratu wyróżnia się bakterie: nitryfikacyjne, siarkowe, wodorowe, żelaziste i metanowe. Etapy chemosyntezy:
1. utlenianie związku (odpowiednik fazy jasnej fotosyntezy)
2. wytworzenie związku organicznego.

Fotosynteza C₄

Nieliczne rośliny (np. kukurydza, trzcina cukrowa) zwiększają wydajność fotosyntezy w warunkach tropikalnych, wykorzystując mechanizm zwiększania stężenia CO₂ w komórkach mezofilu. Ważną rolę pełni tu tzw. Układ wieńcowy. Rośliny te nazywamy czasem C₄, ponieważ pierwotnym akceptorem CO₂ jest trójwęglowy fosfoenolopirogronian (PEP), a pierwotnym produktem asymilacji CO₂ jest szczawiooctan (związek czterowęglowy). Stąd też nazwa fotosynteza C₄.

Cudzożywność

Cudzożywność (heterotrofizm)—polega na tworzeniu własnych związków organicznych z materii organicznej wytworzonej bezpośrednio bądź pośrednuo przez autotrofy. Pokarmem heterotrofów są obce polimery organiczne, woda i sole mineralne. Odżywianie heterotroficzne obejmuje: pobieranie pokarmu, trawienie, wchłanianie (wytworzenie energii, synteza własnych polimerów organicznych), usuwanie niestrawionych resztek pokarmowych.

Propozycje klasyfikacji heterotrofów

Podział heterotrofów
Kryterium podziału
Różnorodność pobieranego pokarmu
Wielkość pokarmu i sposób pobierania

Rośliny owadożerne—przeprowadzają fotosyntezę, ale ich liście są przystosowane do wabienia, chwytania i trawienia owadow, dzięki czemu uzupełniają niedobory azotu w podłożu (np. rosiczka, dzbanecznik).

Saprobionty—organizmy odżywiające się martwą materią organiczną. Są to głównie bakterie i grzyby (saprofity, np. drożdże) i bezkręgowce (saprofagi, np. dżdżownica).

Pasożyty

Pasożyt—organizm stale lub czasowo związany przestrzennie z innym organizmem (żywicielem, gospodarzem) stanowiącym dla niego źródło pokarmu.

Przykłady przystosowań do pasożytnictwa

• tasiemiec – ciało pokryte oskórkiem, narządy czepne (przyssawki, bruzdy, haczyki), brak układu pokarmowego, oddychanie beztlenowe, mocno zredukowany układ nerwowy, brak narządów zmysłów, duża rozrodczość, obojnactwo, zdolność do samozapłodnienia; pasożyt wewnętrzny

• wesz – małe rozmiary, silnie spłaszczone ciało, brak skrzydeł, zredukowane oczy, kłująco-ssący narząd gębowy, czepne odnóża; pasożyt wewnętrzny.

Pasożytnictwo w świecie roślin i grzybów

• półpasożyty (pasożyty zielone) – na przykład jemioła, szelężnik

• rośliny pasożytnicze zupełne (pasożyty bezzieleniowe) – na przykład konianka, łuskiewnik

• grzyby paożytnicze – na przykład huba, rdza źdźbłowa, buławinka czerwona

Podział pasożytów

Rodzaje trawienia

Trawienie—enzymatyczne procesy hydrolizy makrocząsteczkowych składników pokarmowych na substancje drobnocząsteczkowe, przyswajalne przez organizm.

Rodzaje trawienia
wewnątrzkomórkowe
przebiega w wodniczce trawiennej (np. u tzw. pierwotniaków, w choanocytach gąbek)

Fagocytoza—sposób odżywiania się, zdolność do pochłaniania i trawienia przez komórki większych cząstek pokarmowych (cząsteczek lub nawet całych komorek). Do fagocytozy zdolne są liczne jednokomorkowce niemające ściany komórkowej i wyspecjalizowane komórki zwierząt, np. liczne leukocyty. Etapy: 1) wpyklenie błony komórkowej z dużą cząstką pokarmową, 2) połączenie się wakuoli fagocytarnej z lizosomem i trawienie pokarmu, 3) przenikanie strawionych składników do cytoplazmy, 4) usuwanie niestrawionych resztek pokarmowych poza komórkę (egzocytoza).

Wybrane przykłady przystosowań pokarmowych

Elementy układu pokarmowego / enzymy	Funkcja	Przykład
Wole z uchyłkami	magazynowanie pokarmu (np. krwi)	pijawka
Hirudyna	zapobieganie krzepnięciu krwi	pijawka
Gruczoły wapienne	neutralizacja kwasów humusowych	dżdżownica
Tarka	ścieranie ppokarmu z powierzchni (np. kamieni)	ślimak
Syfony wpustowy i wyrzutowy, skrzla	filtrowanie pokarmu	małż
Żołądek zawierający chitynowe płytki	rozcieranie pokarmu	rak
Aparat gębowy kłująco-ssący	przebijanie skóry i ssania krwi	samica komara
Keratynaza	enzym umożliwiający trawienie kreatyny – białka obecnego w wełnie	mol
Gardziel ssąca	wysysanie pokarmu	pająk
Latarnia Arystotelesa	rozcieranie pokarmu	jeżowiec
Zęby i gruczoły jadowe	uśmiercanie ofiary	grzechotnik
Kamienie w żołądku mięśniowym – gastrolity	rozcieranie pokarmu	gołąb, krokodyl
Hakowaty dziób	rozrywanie pokarmu	jastrząb, orzeł
Wole	wstępne rozmiększanie i magazynowanie pokarmu	gołąb, kura
Długie jelito ślepe „kadź fermentacyjna”	miejsce działania symbiotycznych drobnoustrojów trawiących błonnik	koń, głuszec
Rozbudowany żołądek	trawienie pokarmów bogatych w błonnik przy pomocy symbiotycznych mikroogranizmów	krowa, wielbłąd, łoś, jeleń
Dugi, lepki język	zgarnianie dużej liczby owadów	mrówkojd
Szerokie pokryte listewkami szkliwa zęby policzkowe	rozcieranie pokarmu roślinnego	krowa
Gruczoły ślinowe	wydzielanie śliny, która umożliwia zwierzątom lądowym przełykanie pokarmu i rozpoczęcie trawienia	krowa
Wydatne kły	rozrywanie pokarmu, uśmiercanie ofiary	wilk
Torby policzkowe	transport i krótkotrwałe magazynowanie pokarmu	chomik
Fiszbiny	zagęszczanie (odcedzanie) pokarmu	płetwal

Porównanie przewodu pokarmowego mięsożercy i roślinożercy

Pokarm roślinny w porównaniu ze zwierzęcym jest truniejszy do trawienia, zawiera więcej wielocukrów, a mniej białek. Zwierzęta nie wytwarzają celulazy, enzymu katalizującego rozkład celulozowej ściany komórkowej. Pojemność układu pokarmowego roślinożerców jest większa, jelita są dłuższe, a żołądki mają bardziej złożoną budowę (żołądni wielokomorowe). Wyraźnie dłuższe jelito ślepe, np. królika, czy hipopotama, jest miejscem bytowania licznych symbiotycznych mikroogranizmow trawiących celuloze. Roślinożercy i drapieżcy mają uzębienie przystosowane do pobierania różnego rodzaju pokarmu.

Trawienie u przeżuwaczy

• Żwacz—rozdrobniony i połknięty pokarm pod wpływem bakterii beztlenowych podlega fermentacji, co prowadzi do powstania m.in. CO₂ i CH₄, a symbiotyczne orzęski rozkładają błonnik umożliwiając wykorzystanie nieprzyswajalnych węglowodanów; ze żwacza pokarm wraca małymi porcjami (proces odłykania, nie są to wymioty) do jamy gębowej, gdzie ulega dokładnemu przeżuciu, po czym ponownie jest przełykany i wraca do żwacza

• Czepiec—tu następuje segregacja pokarmu, części słabo rozdrobnione wracają do żwacza, a stąd do jamy gębowej, natomiast rozdrobniony pokarm trafia do ksiąg

• Księgi—w nich zachodzi proces odciśnięcia pokarmu, stałe składniki treści pokarmowej trafiają między listki ksiąg, gdzie są dodatkowo rozcierane, podczas gdy składniki płynne przedostają się do trawieńca

• Trawieniec (żołądek właściwy)—w środowisku kwaśnym giną drobnoustroje i rozpoczyna się trawienie enzymatyczne.

Wybrane przyklady uzębienia ssaków

Przykład organizmu	Rodzaj pokarmu	Charakterystyka uzębienia
Bóbr	Łyko drzew liściastych i rośliny wodne	Górna i dolna para dłutowatych siekaczy rośnie przez całe życie, służy do odcinania kęsów twardego pokarmu roślinnego; brak kłów
Owca	Trawy, rośliny zielne	W szczęce górnej brak siekaczy i kłów; trzonowce mają duże powierzchnie trące; przy wyskubywaniu trawy pomagają wargi i język
Lis	Poluje na drobne zwierzęta, zjada też owce	Ostre siekacze, duże i ostre kły, trzonowce o łamiących i tnących powierzchniach
Człowiek	Zróżnicowany pokarm pochodzenia roślinnego i zwierzęcego	Dłutowate siekacze służą do odgryzania kęsów, a na powierzchniach koron zębów przedtrzonowych i trzonowych znajdują się guzki służące do przeżuwania pokarmu

Układ pokarmowy i odżywianie się człowieka

Układ pokarmowy człowieka:

• Przewód poakrmowy

• Gruczoły dodatkowe (ślinianki trzustka wątroba)

Elementy układu pokarmowego

• jama ustna – początkowy odcinek przewodu pokarmowego

• gardło – wspólna część przewodu pokarmowego i dróg oddechowych; nagłośnia – podczas przełykania odruchowo zamyka nagłośnię, aby pokarm nie dostal się do krtani

• podniebienie – oddziela jamę nosową od ustnej

• tzw. języczek – oddziela jamę nosową od gardzieli

• język – miesza pokarm ze śliną, formuje kęs, umożliwia ocenę smakową pokarmu

• przełyk – umięśniona rura łącząca jamę ustną z żołądkiem; kęs przesuwany jest wzdłuż przełyku falą skurczów

• zęby – tną, miażdżą i rozcierają pokarm

• ślinianki (przyuszna, podjęzykowa i podżuchwowa) – wytwarzają ślinę z amylazą ślinową

• przepona – płaski mięsień oddzielający jamę brzuszną od klatki piersiowej (nie jest częścią układu pokarmowego)

• żołądek – rozciągliwy umięśniony worek, w którym pokarm jest gromadzony, wyjaławiany i trawiony

• trzustka – wydziela sok trzustkowy zawierający enzymy trawiące

• wątroba – wydziela żółć, która emulguje tłuszcze

• jelito cienkie – (dwunastnica, jelito czcze ikręte) powierzchnię błony śluzowej pokrywają liczne kosmki jelitowe

• dwunastnica – pierwsze 30 cm jelita cienkiego, tu doprowadzana jest żółć i sok trzustkowy

• brodawka większa dwunastnicy – ujście przewodu wątrobowo – trzustkowego do dwunastnicy

• jelito grube – (kątnica, okrężnica, odbytnica)

• kątnica – z wyrostkiem robaczkowym tworzy narząd szczątkowy

• okrężnica - (wstępująca, poprzeczna, zstępująca, esowata) następuje w niej resorbcja wody i soli mineralnych, bakterie symbiotyczne produkują witaminy z grupy B i witaminę K, formowany jest kał

• odbytnica – gromadzi kał przed usunięciem go

• odbyt – zaopatrzony jest w zwieracze (zewnętrzny i wewnętrzny), dzięki którym człowiek może kontrowolać defakacje (wypróżnianie się).

Warstwowa budowa ściany jelita cienkiego

(od strony zewnętrznej jelita):

• błona surowicza (otrzewna) – pełni funkcję podtrzymującą i ochronną

• mięśnie gładnie: podłużne, okrężne i skośne – odpowiadają za skurcze perystaltyczne przesuwające stopniowo treść pokarmową w kierunku odbytu

• błona podśluzowa zawiera gruczoły, nerwy i naczynia krwionośne

• błona śluzowa – bogata w naczynia włosowate i gruczoły, w jelicie cienkim występują kosmki jelitowe, ich nabłonek ma mikrokosmki (duża powierzchnia wchłaniania)

• światło przewodu pokarmowego.

Wątroba – jeden z najaważniejszych narządów

Wątroba – silnie ukrwiony (czynnościowo przez ukaład wrotny i odżywczo przez tętnice) gruczoł dodatkowy przewodu pokarmowego; wątroba zbudowana jest z płatów, te zaś z segmentów, z licznymi zrazikami.

Zrazik – jednostka morfologiczno-czynnościowa wątroby (zawiera hepatocyty ułożone w tzw. beleczki wątrobowe)

Funkcje wątroby: magazynownaie glikogenu, resynteza glukozy, buforowanie stężenia glukozy we krwi; utlenianie kwasów tłuszczowych, biosynteza lipoprotein, biosynteza i wydzielanie składników żółci (tu także bilirubina z przetworzonego hemu), cykl mocznikowy, magazynowanie witamin (A, D, B₁₂) oraz żelaza; w wątrobie zachodzą też procesy: utleniania mikrosomalnego (enzymy siateczki śródplazmatycznej hepatocytów wbudowują w tzw. związki balastowe grupy hydroksylowe lub karboksylowe; celem jest zmniejszenie rozpuszczalności toksycznych związków balastowych w tłuszczach)oraz reakcje sprzężeniowe (do wybudowanej grupy dołączana jest duża cząsteczka związku dobrze rozpuszczalnego w wodzie, np. kwasu glukuronowego lub glicyny w celu usunięcia substancji balastowej przez nerki); ponad to wątroba produkuje liczne białka osocza, np. fibrynogen, heparynę, globuliny osocza; reguluje objętość krwi; udział w tzw. krążeniu jelitowo-wątrobowym kwasów żółciowych resorbowanych w jelicie.

Anoreksja

Anoreksja (jadłowstręt) – choroba o podłożu psychicznym. Najczęściej cierpią na nią ludzie młodzi (między 12 a 30 rokiem życia). W początkowej fazie chory, mimo braku nadwagi, świadomie znacznie ogranicza spożycie pokarmów. Spadkowi masy ciała towarzyszy lęk przed ponownym utyciem – by temu zapobiec, chory stosuje np. środki przeczyszczające i moczopędne. Efektem jest całkowita utrata apetytu.
W wyniku głodowania następują między innymi zmiany skórne, zaburzenia pracy układu krążenia, zanik miesiączkowania, osteoporoza, zaburzenia pracy nerek i układu pokarmowego oraz stany rozdrażnienia lub apatii, bezsenność, depresja. Anorektyk zaprzecza istnieniu choroby i nie podejmuje leczenia. Nieleczona choroba może doprowadzić do śmierci. Najczęstrzymi przyczynami śmierci są somatyczna zaburzenia układu sercowo-naczyniowego, infekcje oraz samobójstwa. Anorektycy wymagają leczenia.

Bulimia

Bulimia (tzw. wilczy głód) – zaburzenia łaknienia o podłożu psychicznym. Osoby chore na bulimię cierpią na okresowe napady objadania się z utratą kontroli nad ilością spożywanych pokarmów. Jednocześnie obsesyjnie bojąc się przyrostu masy, próbują rygorystycznie przestrzegać diety, stosują środki przeczyszczające, leki hamujące apetyt, a po objedzeniu się natychmiast powodują wymioty. Po pewnym czasie u chorych dochodzi m.in. do uszkodzenia szkliwa zębów, stanu zapalnego dziąseł, odwodnienia i niedoboru składników pokarmowych (zwłaszcza potasu), pojawiają się kurcze mięśni, zaburzenia rytmu serca, omdlenia, osłabienie, postępujące uszkodzenie nerek, u kobiet zaburzenia miesiączkowania. Chorzy na bulimię wymagają leczenia.

Składniki pokarmowe

Składniki egzogenne pokarmów to te, których organizm człowieka nie potrafi syntetyzować (aminokwasy egzogenne, witaminy, egzogenne nienasycone kwasy tłuszczowe).
Składniki endogenne mogą być syntetyzowane przez organizm człowieka.

Aminokwasy egzogenne	Aminokwasy endogenne	Egzogenne nienasycone kwasy tłuszczowe
Fenyloalanina	Alanina	Linolowy
Izoleucyna	Glicyna	Linolenowy
Leucyna	Kwas asparaginowy	Arachidonowy
Lizyna	Kwas glutaminowy	*aminokwasy produkowane przez ustrój człowieka, ale w ilościach niedostatecznych **aminokwasy wytwarzane przez organizm człowieka z innych aminokwasów
Metionina	Hydroksyprolina
Treonina	Prolina
Tryptofan	Seryna
Walina	Cysteina**
Arginina*	Cystyna**
Histydyna*	Tyrozyna**

Dieta

Dieta — specjalny system odżywiania z ustaleniem jakości i ilości spożywanych pokarmów, dostosowany do potrzeb i stanu zdrowia organizmu. Dieta pełnowartościowa zawiera wszystkie składniki pokarmowe zapewniające prawidłowy rozwój i funkcjonowanie organizmu.

Wybrane rodzaje diet

(stosowanie wymaga fachowej konsultacji)

1. Zrównoważona
   Uwzględnia wszystkie konieczne składniki pokarmowe z zachowaniem właściwych proporcji ilościowych między nimi.

2. Śródziemnomorska
   Odznacza się dużym spożyciem warzyw, owoców, roślin strączkowych, oliwy, owoców morza oraz małym spożyciem nabiału, drobiu i tzw. mięsa czerwonego. W czasie posiłków pije się wino.

3. Wegetariańska
   *weganizm – sposób żywienia oparty wyłącznie na pokarmie roślinnym (wegetarianizm absolutny); *laktowegeterianizm – sposób żywienia włączający do diety oprócz pokarmów roślinnych mleko i jego przetwory; *owolaktowegetarianizm – sposób żywienia uzupełniający posiłki roślinne o jaja i produkty mleczne; *semiwegetarianizm – sposób żywienia dopuszczający niewielkie ilości drobiu, ryb i nabiału.

4. Ubogoenergetyczna (niskokaloryczna)
   Pokarmy maja małą wartość energetyczną, a dużą objętość. Stosowana we wszystkich rodzajach otyłości.

5. Bezglutenowa
   Polega na zastąpieniu wszystkich mącznych produktów zbożowych (z żyta, jęczmienia, pszenicy i owsa) produktami z mąki kukurydzianej, niezawierającymi glutenu. Stosowana w celiakii.

Cholesterol

Cholesterol – endogenny związek z grupy steroli należący do sterydów, charakterystyczny dla zwierząt. We krwi występują pęcherzyki lipoproteinowe HDL, LDL i chylomikrony odpowiadające za transport tłuszczów. Pęcherzyki o wysokiej gęstości HDL (ang. high density lipoprotein) składają się w połowie z białek, a w połowie z tri glicerydów i cholesterolu. Pęcherzyki o małej gęstości (ang. low density lipoprotein) zbudowane są w 90% z triglicerydów i cholesterolu. Lipoproteiny LDL odkładają cząsteczki cholesterolu we włóknach mięśni ścian tętnic, co prowadzi do powstania blaszki miażdżycowej, dlatego LDL nazywane jest „złym cholesterolem”. HDL transportuje cholesterol do różnych komórek ciała, tam gdzie jest potrzebny, oraz działa na zasadzie „wymiatacza”, transportując LDL z tkanek do wątroby, gdzie przetwarzany jest na kwasy żółciowe. Cholesterol jest integralną częścią błon komórkowych, wchodzi w skład Komorek mielinowych włókien nerwowych, jest materiałem wyjściowym do syntezy hormonów sterydowych, witaminy D i kwasów żółciowych.

Prawidłowy poziom cholesterolu we krwi nie powinien przekraczać 200 mg w 100 ml osocza (5,2 mmol/l). Poziom cholesterolu można obniżyć, zmniejszając ilość tłuszczów zwierzęcych w pożywieniu, zastępując tłuszcze nasycone nienasyconymi, zwiększając ilość spożywanych warzyw i owoców oraz aktywność ruchową.

Witaminy

Witaminy	Rola i źródła	Skutki niedoboru
Witamina A (retinol)	Jedną z funkcji biochemicznych jest współtworzenie rodopsyny – substancji niezbędnej do utrzymania pobudliwości komórek zmysłowych siatkówki oka. Organizm człowieka potrafi produkować witaminę A z karotenoidów. Podstawowe źródła: wątroba, jaja, masło, mleko, tran, niektóre warzywa i jarzyny zawierające karotenoidy (w tym marchew i pomidory).	Ślepota zmierzchowa (kurza ślepota); zanikanie nabłonków i łuszczenie się skóry; nadmiar jest szkodliwy, prowadzi do zmian zabarwienia skóry, wypadania włosów.
Witamina D (kalcyferol)	Wpływa na gospodarkę wapniową (wzmaga wchłanianie wapnia w jelitach). Jest niezbędna do normalnego wzrostu kośćca. Podstawowe źródła: wątroba, mleko pełne, jaja, drożdże, masło, tran.	U dzieci krzywica (deformacje kości).
Witamina E (tokoferol)	Jej podstawową funkcją jest prawdopodobnie hamowanie wchłaniania lipidów ustrojowych (głównie z błon komórkowych) i witaminy A. Podstawowe źródła: oleje roślinne (sojowy, słonecznikowy), orzechy, kiełki pszenicy, wątroba, jaja, ryby.	Osłabienie mięśni; obniżenie płodności.
Witamina K (filochinon)	Ważna w krzepnięciu krwi (w komórkach wątroby niezbędna do wytwarzania protrombiny – białkowego czynnika uczestniczącego w krzepnięciu krwi). Zapotrzebowanie pokrywane jest przez produkcję bakterii tzw. Flory jelitowej.	Wydłużanie czasu krzepnięcia krwi, podatność na krwotoki.
Witamina B1 (tiamina)	Jest elementem enzymów utleniających węglowodany i aminokwasy. Podstawowe źródła: wątroba, mięso, drożdże, nieoczyszczone ziarna zbóż.	Choroba beri-beri – bóle rąk i nóg, drżenia i osłabienie mięśni, niewydolność układu krążenia.
Witamina PP (niacyna)	Jest elementem ważnych koenzymów: NAD^+ i NADP^+ współtworzących niektóre enzymy przeprowadzające reakcje utleniania lub redukcji w komórkach. Podstawowe źródła: wątroba, sery, jaja, pełne mleko, niektóre warzywa.	Niedobór jest rzadko stwierdzany; uczucie zmęczenia, depresje i zaburzenia pamięci.
Witamina B2 (ryboflawina)	Spełnia rolę podobną do witaminy PP – jest składnikiem koenzymu FAD enzymu utleniającego związki organiczne w komórkach. Podstawowe źródła są takie jak w przypadku witaminy PP.	Zapalenie skóry i pękanie kącików ust; przy znacznych niedoborach – obniżenie sprawności umysłowej.
Witamina B6 (pirydoksyna)	Jej pochodna jest koenzymem enzymów przetwarzających aminokwasy. Podstawowe źródła: wątroba, mięso, jaja, warzywa, banany, rośliny strączkowe.	Niedobór jest rzadko stwierdzany; stany zapalenia skóry, pobudliwość.
Witamina B11 (kwas foliowy)	Współtworzy niebiałkowy składnik enzymów niezbędnych w biosyntezie nukleotydów wchodzących w skład DNA. Podstawowe źródła: bakterie flory jelitowej, nieoczyszczone ziarna zbóż, drożdże, jarzyny liściaste.	Zakłócanie procesu krwiotwórczego, prowadzenie do anemii; niedobór u kobiet w ciąży zwiększa ryzyko wad cewy nerwowej płodu.
Witamina B12 (kobalamina, gdyż zawiera kobalt)	Współtworzy niebiałkowy składnik m.in. enzymów przetwarzających zasady azotowe (wpływa więc pośrednio na syntezę kwasów nukleinowych). Podstawowe źródła: bakterie flory jelitowej, wątroba, jaja.	Anemia złośliwa na skutek zahamowania produkcji krwinek czerwonych; deficyty stwierdzone u wegetarian.

Witamina C (kwas askorbinowy)	Bardzo ważna witamina o rozległym działaniu. Między innymi jest niezbędna w syntezie kolagenu, tworzeniu istoty podstawowej kości i zębów, a także we wchłanianiu żelaza i wzmacnianiu mechanizmów odpornościowych. Witamina C szybko ulega rozłożeniu w wysokich temperaturach (w potrawach smażonych i gotowanych). Podstawowe źródła: świeże owoce i warzywa	Niewielki deficyt obniża odporność na przeziębienia; choroba szkorbut – krwawienie dziąseł, wypadanie zębów, obniżona odporność, nieprawidłowe zrastanie się kości, powolne gojenie się ran).

Awitaminoza — schorzenie polegające na całkowitym braku witaminy lub ich zestawu. Powoduje różnorodne zakłócenie przemiany materii z objawami charakterystycznymi dla poszczególnych witamin.

Hiperwitaminoza — zespół objawów chorobowych wywołany nadmiarem witamin w organizmie, dotyczy on przede wszystkim witamin rozpuszczalnych w tłuszczach: A, D, E i K.
Nadmiar witaminy A odwapnienie kości i zaburzenia pracy nerek.
Nadmiar witaminy D nudności, wymioty, świąt skóry, ból oczu, biegunka, wzmożone oddawanie moczu, obfite pocenie się jak również nadmierne odkładanie się wapnia w tkankach miękkich, w wątrobie, nerkach, płucach, sercu i naczyniach krwionośnych.
Nadmiar witaminy E zaburzenia czynności układu pokarmowego, uczucie zmęczenia i osłabienia.
Nadmiar witamin z grupy B B₁: drżenie mięśni, kołatanie serca; B₂: świąd, drżenie kończyn, uczucie palenia i kłucia.
Nadmiar witaminy C zaburzenia w układzie pokarmowym i nerwowym, wysypka skorna, uzależnienie, może przyspieszać tworzenie się kamieni nerkowych (u osób mających problemy z nerkami).

Mikroelementy i makroelementy

Mikroelementy — pierwiastki, których udział w budowie organizmu jest nieznaczny (poniżej 0,01% suchej masy organizmu), a czasem wręcz śladowy, ale są one nieodzowne.

Pierwiastek	Funkcje w organizmie	Główne źródła	Skutki niedoboru
			U zwierząt i człowieka
Żelazo (Fe)	wchodzi w skład enzymów biorących udział w procesie oddychania komórkowego, cytochromów oraz hemoglobiny; katalizator syntezy chlorofilu	wątroba, ryby, mięso, jajka, owoce, warzywa liściaste	niedokrwistość (anemia), osłabienie, bóle głowy, arytmia serca, zaburzenia oddychania
Jod (J)	składnik m.in. hormonu tyroksyny i trójjodotyroniny	wodorosty, owoce morza, sól jodowana, wdychane powietrze nadmorskie	niedoczynność tarczycy (wole, ociężałość, zwolnienie przemiany materii, otyłość), u dzieci – niedorozwój psychiczny i umysłowy
Fluor (F)	składnik kości i szkliwa zębów, chroni przed próchnicą	ryby, wątroba, woda wodociągowa, herbata, pasty do zębów	próchnica, ubytki zębów

Miedź (Cu)	składnik wielu enzymów, bierze udział w wytwarzaniu hemoglobiny	wątroba, jajka, fasolka, ostrygi, orzechy, nasiona, grzyby, kakao	Deficyty występują rzadko	bielenie i zasychanie wierzchołków młodych liści
Cynk (Zn)	składnik wielu enzymów, bierze udział w trawieniu białek, niezbędny do funkcjonowania układu odpornościowego, konieczny do syntezy związków regulujących wzrost i rozwój roślin, składnik insuliny	jogurty, produkty zbożowe, ostrygi, czerwone mięso, orzechy ziemne, nasiona słonecznika	utrata łaknienia, pogorszenie wzrostu i rozwoju, powolne gojenie się ran, łamliwość włosów i paznokci, choroby skóry, zaburzenia rozwoju i czynności gonad, oczu, skóry, kości	chloroza i karlenie liści
Kobalt (Co)	składnik witaminy B12 niezbędnej do wytwarzania czerwonych krwinek	mięso, nabiał	anemia	zahamowanie procesu wiązania azotu przez motylkowe

Makroelementy — pierwiastki niezbędne do życia, mająca największy udział w budowie organizmu (powyżej 0,01% suchej masy każdy; łącznie ponad 99% całkowitej masy organizmu). Sześć spośród nich uczestniczy w budowie większości związków organicznych. Są to tzw. Pierwiastki biogenne: C, H, O, N, S, P.

Pierwiastek	Funkcje w organizmie	Główne źródła	Skutki niedoboru
			U zwierząt i człowieka
Węgiel (C), tlen (O), wodór (H)	podstawowe składniki prawie wszystkich związków organicznych	wszystkie produkty pokarmowe	niedobór masy ciała, zahamowanie procesów życiowych
Azot (N)	składnik białek, kwasów nukleinowych, witamin, barwników, hormonów wzrostowych roślin, alkaloidów, niektórych koenzymów i przenośników energii	produkty białkowe roślinne i zwierzęce	zahamowanie, upośledzenie procesów życiowych
Fosfor (P)	składnik budulcowy kości, składnik ATP i kwasów nukleinowych, niektórych białek	mleko, sery, mięso czerwone, drób, ryby, owoce morza, orzechy, nasiona, pełne ziarna zbóż	niedobór występuje bardzo rzadko

Siarka (S)	składnik aminokwasów, a zatem białek (budulcowych, enzymów i hormonów), CoA	mięso, sery, ryby, groch, fasola, bob, soja, papryka, cebula, czosnek	niedobór nie jest znany	występują rzadko
Wapń (Ca)	składnik budulcowy kości i zębów, niezbędny dla funkcjonowania układu nerwowego, mięśni, czynnik krzepnięcia krwi	mleko i produkty mleczne, sardynki, warzywa zielonolistne, sezam (nasiona)	słabość mięśni, słabe i łamliwe kości, osteoporoza, ubytki zębów	rozkład błon plazmatycznych, nieprawidłowy wzrost i martwica organów roślinnych
Magnez (Mg)	składnik kości i zębów, mięśni, wchodzi w skład chlorofilu	rośliny głównie zielonolistne	apatia, słabość, skurcze i drżenie mięśni, konwulsje	więdnięcie, chloroza liści, zahamowanie fotosyntezy

Nadwaga

Najważniejsze czynniki powodujące nadwagę: *obciążenie rodzinne (dziedziczne skłonności do tycia); często jednak są to po prostu złe nawyki żywieniowe (szczególnie niebezpieczna jest otyłość brzuszna); *zbyt mało ruchu (siedzący tryb życia); *częste jedzenie (np. w barach szybkiej obsługi); *nadmierne podjadanie między posiłkami; *problemy natury psychicznej; *jedzenie słodkich i tłustych produktów (wypieki, ciasta, frytki, wędliny, używanie zbyt dużych ilości tłuszczu do przygotowywania potraw). W przypadku nadwagi często występują: *dolegliwości stawów; *bóle kręgosłupa; *podwyższony poziom cholesterolu we krwi; *miażdżyca; *stany zapalenia w fałdach skóry; *cukrzyca; *podagra; *zakłócenia snu; *wysokie ciśnienie krwi; *choroby żył; *owrzodzenie nóg.

Enzymy trawienne

Trawienie – chemiczna obróbka pokarmu.
Trawienie – enzymatyczne procesy hydrolizy makrocząsteczkowych składników pokarmowych na substancje drobnocząsteczkowe, przyswajalne przez organizm.

Enzym	Miejsce produkcji	Miejsce działania	Substrat	Produkt
Amylaza ślinowa	Ślinianki	Jama ustna	Skrobia	Maltoza, oligosacharydy
Pepsyna (endopeptydaza)	Gruczoły żołądkowe (HCL pepsynogen =pepsyna)	Żołądek	Białka	Polipeptydy, oligopeptydy
Trypsyna (endopeptydaza)	Trzustka (enterokinaza trypsynogen =trypsyna)	Jelito cienkie (dwunastnica)	Białko	Polipeptydy, oligopeptydy
Chymotrypsyna (endopeptydaza)	Trzustka (trypsyna chymotrypsynogen =chymotrypsyna)	Jelito cienkie (dwunastnica)	Białko	Polipeptydy, oligopeptydy
Lipaza trzustkowa	Trzustka	Jelito cienkie (dwunastnica)	Tłuszcze	Glicerol, kwasy tłuszczowe
Amylaza trzustkowa	Trzustka	Jelito cienkie (dwunastnica)	Skrobia, glikogen	Maltoza, oligosacharydy (dekstryny)
Maltaza	Gruczoły jelitowe	Jelito cienkie	Maltoza	Glukoza
Sacharaza	Gruczoły jelitowe	Jelito cienkie	Sacharoza	Glukoza, fruktoza
Laktaza	Gruczoły jelitowe	Jelito cienkie	Laktoza	Glukoza, galaktoza
Nukleazy (rybo-, deoksyrybonukleazy)	Gruczoły jelitowe	Jelito cienkie	RNA, DNA	Nukleotydy
Amino- i karboksypeptydazy (egzopeptydazy)	Gruczoły jelitowe (proamino-, prokarboksypeptydazy)	Jelito cienkie (dwunastnica)	Polipeptydy, oligopeptydy	Tri peptydy, di peptydy, aminokwasy

Choroby układu pokarmowego

Nazwa choroby	Niektóre objawy	Niektóre skutki	Główne przyczyny schorzenia
Chroba wrzodowa	*ból na czczo ustępujący po przyjęciu posiłku lub środków alkalizujących (mleko, farmaceutyki) *uczucie pełności lub rozpierania po posiłkach *uczucie palenia i pieczenia pojawiające się w nadbrzuszu *bóle nadbrzusza	*nielczona choroba wrzodowa powoduje krwawienie doprowadzające w zależności od nasilenia do wstrząsu (i zagrożenia wstrząsem lub niedokrwistości *zwężenie odźwiernika *perforacja wrzodu (przerwanie przez niszę wrzodową ściany żołądka) *tzw. drążenie wrzodu do innych narządów najczęściej trzustki	*chorobę wrzodową wywołuje niepozorna bakteria nazywana Helicobacter pylori *nadmierna produkcja kwasu solnego *czynniki genetyczne *stosowanie popularnych środków przeciwbólowych
Choroba refluksowa	*cofanie kwaśnej treści żołądkowej do przełyku	*uszkodzenie i zapalenie błony śluzowej przełyku	*przyczyna choroby nie jest znana *sprzyja jej przepuklina rozworu przełykowego *otyłość *ciąża *wiek powyżej 50 lat *nieodpowiedni styl życia i odżywiania

Rak żołądka	*często przebiega bezobjawowo *ucisk w nadbrzuszu *uczucie pełności *wstręt do mięsa *brak apetytu, chudnięcie *powiększenie węzłów chłonnych *ciągły ból	*zgon	*sprzyja spożywanie solnych i wędzonych pokarmów zwierzęcych *azotany, które sa następnie przekształcane w substancje rakotwórcze *przewlekłe zapalenie żołądka
Zespół jelita drażliwego	*kolkowe bóle brzucha *wzdęcia *biegunki *zaparcia		*czynniki psychiczne *uwarunkowania genetyczne *inne bliżej nieznane
Rak jelita grubego	*pierwsze etapy choroby przebiegają zazwyczaj bezobjawowo *krwawienie z odbytu *zaparcia na przemian z biegunkami *chudnięcie *stany podgorączkowe *niedokrwistość *początkowo ból może nie występować	*zgon *wytworzenie sztucznego odbytu (tzw. stomy)	*ubogoresztkowa dieta *polipowatość jelita grubego *długoletnie wrzodziejące zapalenie okrężnicy
Kamica pęcherzyka żółciowego	*tzw. kolka pęcherzykowa (kolkowy ból, nudności)	*ostre i przewlekłe zapalenie pęcherzyka żółciowego *wodniak i ropniak pęcherzyka żółciowego *perforacja (przebicie do jamy otrzewnej) *rak	*otyłość *wiek po 40 roku życia *nadmiar cholesterolu lub niedobór kwasów żółciowych w żółci
Wirusowe zapalenie wątroby (A/B/C/D/E)	*nie zawsze chorobie towarzyszy żółtaczka *przebieg może być zupełnie bezobjawowy	*tzw. galopujące zapalenie wątroby doprowadza do zgonu *może przechodzić w przewlekłe zapalenie *marskość wątroby	*wirus
Marskość wątroby	*przez długi czas brak objawów *objawy niewydolnośći wątroby *wodobrzusze *objawy związane z nadciśnieniem wrotnyjm (poszerzone żyły na skórze wokół pępka, krwawienie z żylaków przełyku	*rak wątroby *śpiączka *zgon	*przewlekły alkoholizm *długotrwałe wirusowe zapalenie wątroby
Zapalenie trzustki (ostre/przewlekłe)	*silny ból w nadbrzuszu „opasający” klatkę piersiową *nudności *skąpe wymioty *wzdęcia *wstrząs: spadek ciśnienia, przyspieszenie tętna, bladość *wzrost poziomu diastazy we krwi i w moczu *może przebiegać bezobjawowo *biegunka „tłuszczowa” – kał zawiera duże ilości niestrawionych składników pokarmowych, gł. tłuszczu	*wstrząs *zwapnienie, zniszczenie trzustki – niewydolność *postępujące wyniszczenie organizmu *znaczny spadek masy ciała *zgon	*nieznana dokładna przyczyna schorzenia *kamica dróg żółciowych *nadużywanie alkoholu

Rak trzustki	*objawy przypominają przewlekłe zapalenie trzustki *bóle w nadbrzuszu *utrata apetytu *spadek masy ciała	*żółtaczka *cukrzyca *tzw. wędrujące zakrzepowe zapalenie żył	*wiek powyżej 60 lat *bezpośrednia przyczyna nieznana *sprzyja jej palenie tytoniu i picie kawy
Uchyłki okrężnicy	*najczęściej przebiegają bez objawów *objawy podobne do „lewostronnego” zapalenia woreczka robaczkowego: ból w lewtm podbrzuszu, zaparcia, wzdęcia, stan podgorączkowy	*niekiedy ściana zmienionego odcinka jelita może ulec procesowi zapalnemu *przerwanie ściany uchyłka (perforacja) *zwężenie światła jelita *krwawienie	*nieznane
Zgaga (Pyrosis)	*pieczenie w okolicy za mostkiem po posiłku	*wymioty	*spożywanie słodyczy zawierających dużą ilość tłuszczu (zwłaszcza czekolada i domowe wypieki), potrawy kwaśne, alkohol *często towarzyszy początkowym stadiom ciąży

Choroby zębów

Nazwa choroby	Niektóre objawy	Niektóre skutki	Główne przyczyny schorzenia
Parodontoza (zapalenie przyzębia)	*obrzęk, skłonność do krwawień i wrażliwość dziąseł	*przeniesienie zapalenia w głąb do kości *utrata zębów *ostry ból uzębienia *wysunięcie się zęba *ostry ropień przyzębny *zapalenie miazgi *martwica miazgi *usunięcie zęba	*następstwo zapalenia dziąseł *brak higieny jamy ustnej *błędy popełniany w leczeniu stomatologicznym
Zapalenie miazgi zęba	*nadwrażliwość *ból samoistny i ból przy nadgryzaniu	*silne objawy bólowe *tworzenie się zmian zapalnych w tkankach otaczających ząb: ozębnej oraz kości wyrostka zębodołoweg *konieczność leczenia kanałowego (endodontycznego)	*głębokie, nieleczone ubytki próchnicowe *nieszczelne wypełnienia lub wielokrotne zabiegi wykonywane na tym samym zębie *uraz, złamanie, pęknięcie lub przeciążenie zęba *powikłanie podczas leczenia zachowawczego lub protetycznego (szlifowanie zęba)

Zapalenie dziąseł	*dziąsła są zaczerwienione, obrzęknięte i łatwo krwawią *nieświeży oddech *zmiany ustawienia zębów *„wydłużanie się” zębów i ich rozchwianie *okazjonalny ból	*zanikanie kości zębów	*kamień nazębny nagromadzony powyżej i poniżej brzegu dziąseł *stres *zgrzytanie zębami z powodu wystających plomb, źle dopasowanych protez zębowych, jak również wywołane napięciem psychicznym *niedobór witamin *cukrzyca *zaawansowane choroby wątroby przebiegające z jej niewydolnością *uczulenia *przestrojenie hormonalne związane z dojrzewaniem płciowym lub procesem przekwitania *stosowanie pigułek antykoncepcyjnych *uboczne działanie niektórych leków przeciwpadaczkowych
Próchnica	*ostry ból *nadwrażliwość	*uszkodzenie naczyń krwionośnych i zęba *zakażenie miazgi zęba	*kwasy powstające w wyniku działania bakterii w wpłytce nazębnej

Wymiana gazowa i oddychanie organizmów

Wymiana gazowa (respiracja) — wymiana tlenu i dwutlenku węgla między środowiskiem zewnętrznym a organizmem zwierzęcia. Wyodrębnia się oddychanie zewnętrzne, czyli wymianę gazową ze środowiskiem zewnętrznym, która u większości zwierząt odbywa się w silnie ukrwionym układzie oddechowym. Natomiast oddychanie wewnętrzne to wymiana gazowa między krwią i komórkami (tkankami) ciała.
W odniesieniu do zwierząt często przyjmuje się: oddychanie zewnętrzne – wymiana gazowa (dostarczanie tlenu i usuwanie dwutlenku węgla, oddychanie wewnętrzne – oddychanie komórkowe (wewnętrzkomórkowe).
W odniesieniu do roślin także używa się określenia wymiana gazowa (dostarczanie dwutlenku węgla do komorek fotosyntezujących i tlenu niezbędnego do oddychania komórkowego).
Podstawą wymiany gazowej jest dyfuzja wynikająca z różnych ciśnień potencjalnych (cząstkowych).

Wentylacja—stała odnowa ośrodka dostarczającego tlen w bezpośrednim otoczeniu powierzchni oddechowej.

Wymiana gazowa zwierząt

Główne typy narządów oddechowych – mechanizmy oddechowe

Typy narządów wymiany gazowej	Budowa narządu i działanie	Przykładowe grupy systematyczne
Powierzchnia ciała (woda i miejsca wilgotne)	Wydajność tego rozwiązania jest mała i dodatkowo bardzo szybko maleje wraz ze wzrostem wielkości zwierzęcia (pogarszający się stosunek wielkości do objętości). U kręgowcow wymiana gazowa przez skorę jedynie wspomaga wymianę gazową za pomocą płuc.	Parzydelkowce, płazince, nicienie, pierścienice, ryby, plazy
Skrzela (woda)	Generalnie dwa typy skrzeli: zewnętrzne oraz wewnętrzne. Skrzela zewnetrzne – rozbudowane, delikatne wyrostki ciała, tylko u nielicznych zwierząt o małym zapotrzebowaniu tlenowym. Skrzela wewnętrzne – zwykle ruch wody wokół nich jest wymuszony (np. przez rzęski u małży, ruch odnóży u skorupiaków lub mięśni pozaskrzelowych u ryb). U ryb skrzela dzialają jak wymienniki przeciwprądowe.	Niektóre pijawki, ślimaki morskie, larwy płazów (skrzela zewnętrzne), liczne skorupiaki, małże, głowonogi, ryby (skrzela wewnętrzne)
Tchawki (ląd)	System bardzo rozgałęzionych rurek (tchawek), których końcowe, najcieńsze, nierozgałęzione odcinki (tracheole) docierają do niemal wszystkich komorek ciała. Wentylacja zwykle jest czynna (zamykanie i otwieranie przetchinek oraz praca mięśni ciała).	Wije, owady, niektóre pajęczaki
Płuca	Silnie ukrwione wpuklenia ścian ciała. Wyróżnia się płuca niewentylowane (dyfuzyjne) oraz wentylowane (różne mechanizmy, najczęściej zmiana objętości klatki piersiowej). Do płuc prowadzą drogi oddechowe (stanowią przestrzeń martwą).	Płuca niewentylowane: ślimaki lądowe, pajęczaki; płuca wntylowane: dorosłe płazy bezogonowe, gady, ptaki, ssaki

Barwniki oddechowe zwierząt

1. Zawierające żelazo: * czerwona hemoglobina—występuje przede wszystkim w krwinkach kręgowców wszystkich gromad; * czerwona hemoerytryna—wystepuje m.in. u wieloszczetów; * zielona chlorokruoryna—występuje u niektórych wieloszczetów; * mioglobina;

2. Zawierające miedź: * niebieska hemocyjanina—występuje m.in. u skorupiaków.

Wymiana gazowa roślin

Wymiana gazowa roślin dokonuje się przez aparaty szparkowe, znajdujące się po spodniej stronie liści (u jednoliściennych po obu stronach liści) i na młodych łodygach, oraz przez pierwsze przetchlinki i przestwory międzykomórkowe (tkanka przewietrzająca – aerenchyma). Przestwory międzykomórkowe sa charakterystyczne dla roślin siedlisk okresowo zalewanych wodą. Niektóre gatunki roślin żyjących w strefach klimatu podzwrotnikowego na zalanych lub podmoklych terenach, gdzie występują niedobory tlenu, wytwarzają tzw. Pneumatofory, czyli korzenie powietrzne umożliwiające częściom podziemnym roślin wymianę gazową.

Budowa i funkcje układu oddechowego człowieka

Jama nosowa—jest wyścielona silnie ukrwiona błoną śluzową, zbudowana z wielowarstwowego nabłonka migawkowego oraz pola węchowego tworzonego przez urzęsiony nabłonek węchowy. Funkcja jamy nosowej jest oczyszczanie, ogrzewanie i nawilżanie wdychanego powietrza.

Gardło—uchodzą do niego trąbki słuchowe. Tu krzyżują się drogi pokarmowe i oddechowe.

Krtań—zbudowana jest z chrząstek (chrząstka tarczowa tworzy tzw. Jabłko Adama) oraz więzadeł i mięśni, które umożliwiają wydawanie dźwięków. Nagłośnia ogranicza wejście do krtani, pod nią w najwęższym miejscu tego narządu znajdują się strumy glosowe (faldy głosowe). Podczas przełykania pokarmu nagłośnia zamyka wejście do tchawicy, co zapobiega zaksztuszeniu i uduszeniu.

Tchawica—zbudowana jest z chrząstek półksiężycowatych, leżących jedna nad druga, połączonych ze sobą łącznotkankową błoną oraz mięśniami gładkimi. Powoduje to jej elastyczność i sprężystość. Wnętrze tchawicy wyścielone jest błona śluzową zbudowaną z nablonka migawkowego, dzięki temu oczyszcza wdychane powietrze.

Oskrzela i oskrzeliki—oskrzela główne stanowią rozgałęzienie tchawicy, wchodząc do płuc, dzielą się na coraz mniejsze i węższe w przekroju rozgałęzienia, czyli oskrzeliki zakończone pęcherzykami płucnymi. Podobnie jak tchawicę wyściela je błona śluzowa zbudowana z nablonka migawkowego (oczyszczają wdychane powietrze).

Płuca—oskrzela główne, oskrzeliki i pęcherzyki płucne wchodzą do płuc wyróżniających się budową płatową. Płuco prawe jest trojpłatowe, lewe zaś dwupłatowe. Płuca z zewnątrz okryte sa błona surowiczą zwaną opłucną. Między opłucną a powierzchnią płuc tworzy się tzw. Jama opłucna, podczas oddychania zmniejszająca tarcie między płucami i klatką piersiową.

Pęcherzyki płucne—cienkościenne pęcherzyki otoczone siecią naczyń krwionośnych wlosowatych. Wnętrze ich jest wyścielone nabłonkiem oddechowym. Między pęcherzykami płucnymi a naczyniami krwionośnymi zachodzi wymiana gazowa zewnętrzna. Tlen: światło pęcherzyka → nabłonek pęcherzykowy → przestrzeń międzykomorkowa → śródbłonek naczyniowo kapilary → światło kapilary.

Regulacja wymiany gazowej

Mechanizm podstawowy *automatyczny ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym (część wdechowa oraz wydechowa) *dowolny kora mózgowa, a poprzez nią także ośrodki sterujące emocjami	Mechanizmy pośrednie *różnie ośrodki odbierająceimpulsy chemoreceptorów w mózgu, w naczyniach, z mechanoreceptorów płuc, termoreceptorów i baroreceptorów *niektóre hormony, np. TRH

Oddychanie komórkowe

Oddychanie komórkowe (wewnątrzkomórkowe) – całkowite lub częściowe utlenianie substratu oddechowego, prowadzące do uwalniania i magazynowania energii użytecznej biologicznie, zgromadzonej w ATP. Oddychanie może być beztlenowe lub tlenowe.

Reakcja ogólna:

Oddychanie tlenowe i beztlenowe

1. Glikoliza – ciąg beztlenowych reakcji, w których glukoza rozkładana jest do pirogronianu (związku trójwęglowego):
   

2. Reakcja pomostowa – reakcja oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu, w wyniku której powstaje dwutlenek węgla oraz grupa acylowa, która przyłącza się do cząsteczki koenzymu A, tworząc acetylo-CoA.

3. Cykl Krebsa (cykl kwasów trikarboksylowych) – zamknięty ciąg reakcji, podczas których grupa acetylowa z acetylo-CoA przyłączana jest do związku czterowęglowego (szczawiooctanu). Powstający związek sześciowęglowy (cytrynian) ulega stopniowej dekarboksylacji (powstaje CO₂), a także dehydrogenacji (powstaje NADH + H⁺ oraz FADH₂). Zachodzi fosforylacja substratowa.

Reakcja ogólna:

Ogólnie bilans energetyczny reakcji pomostowej oraz cyklu Krebsa:

Działanie pompy protonowej łańcucha oddechowego

1. Łańcuch oddechowy (ściślej utlenianie końcowe w łańcuhcu oddechowym) – w tym etapie „spalania” glukozy utlenianie są cząsteczki NADH oraz FADH₂, które zostały zsyntetyzowane we wcześniejszych etapach. Określenie „łańcuch oddechowy” odnosi się przede wszystkim do łańcucha przenośników elektronów (czterech transbłonowych kompleksów białkowych wbudowanych w błonę grzebieni mitochondrialnych). Wędrówka elektronów umożliwia transport jonów wodorowych (3 z 4 kompleksów łańcucha są pompami protonowymi) z matrix do przestrzeni perymitochondrialnej. Powstający gradient elektrochemiczny protonów (teoria chemiosmotyczna Mitchella) napędza syntezę ATP – swoisty motor molekularny umożliwiający syntezę ATP. Ponieważ podczas tego typu fosforylacji elektrony z substratu wędrują na tlen, nazwano ją fosforylacją oksydacyjną.
   Bilans: Elektrony z cząsteczki NADH + H⁺ pozwalają na syntezę ok. 3 cząsteczek ATP, a z FADH₂ – 2 cząsteczek ATP. Bilans utleniania końcowego wynosi więc 4 x 3 + 1 x 2 = 14 cząsteczek ATP z 1 cząsteczki pirogronianu. Brutto daje to więc dla wszystkich etapów utleniania glukozy 40 cząsteczek ATP z 1 cząsteczki glukozy, netto zzaś 36 cząsteczek ATP.
   
   Wówczas bilans utleniania końcowego jest następujący: (4 x 2,5 + 1 x 1,5) x 2 = 23 cząsteczki ATP. Jeśli dodamy do tego 2 cząsteczki ATP z fosforylacji substratowej w cyklu Krebsa (2x1) oraz 2 cząsteczki ATP netto z glikolizy i 3 cząsteczki ATP, to w glikolizie powstają 2 cząsteczki NADH, które przekazują elektrony i protony do wnętrza mitochondrium na FAD, a z dwóch cząsteczek FADH₂ powstają 3 cząsteczki ATP. Razem daje to 30 cząsteczek ATP netto z 1 cząsteczki glukozy. W niektórych komórkach (np. wątroby, nerek, serca) transport potencjału redukcyjnego NADH do wnętrza mitochondrium jest bezstratny. Wówczas bilans wynosi 32 cząsteczki ATP netto. Wszystkie powyższe wyliczenia mają jednak charakter teoretyczny, ponieważ nie uwzględniają innych czynników, na przykład kosztów transportu niezbędnych jonów i metabolitów.

Przemiany tłuszczów i aminokwasów

Substratem oddechowym w komórkach nie musi być glukoza – utleniać można także tłuszcze. Współtworzące je kwasy tłuszczowe można (przez szlak β-oksydacji, cykl Krebsa i łańcuch oddechowy) utleniać jak glukozę.

W warunkach na przykład długotrwałego głodu substratami oddechowymi mogą być też aminokwasy (po deaminachi).

Oddychanie beztlenowe

Oddychanie beztlenowe – synteza ATP w warunkach beztlenowych w cytoplazmie. Wyróżnia się dwa rodzaje oddychania beztlenowego: fermentację – u niektórych beztlenowych bakterii i grzybów oraz niekiedy w tkankach roślin i zwierząt (fermentacja mleczanowa), oraz oddychanie siarczanowe albo azotanowe (tylko u niektórych beztlenowych bakterii).

Przykłady farmantacji (oddychania beztlenowego; bilans netto)

Alkoholowa, np. drożdże winne (beztlenowce względne)

Mleczanowa (kwasu mlekowego), np. niektóre mikroorganizmy, mięśbue człowieka podczas wzmożonej pracy.

Bilans energetyczny oddychania beztlenowego jest znacznie gorszy od tlenowego (tylko 2% wobec ok. 30-35% dla tlenowego).

Przebieg oddychania komórkowego

Etap oddychania komórkowego	Ogólny opis reakcji	Główne etapy procesu	Zysk energetyczny
Glikoliza, miejsce przebiegu: cytozol	Rozpad glukozy na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego; nie wymaga obecności tlenu	Fosforylacja substratowa (przyłączenie fosforanu do cząsteczki glukozy)	- 2 ATP
		Rozkład glukozy do 2 cząsteczek aldehydu 3-fosfoglicerynowego
		Utlenienie aldehydu 3-fosfoglicerynowego	+ 4 ATP
Reakcja pomostowa	Dekarboksylacja oksydacyjna kwasu pirogronowego powstaje acetylo-CoA
Cykl Krebsa, miejsce przebiegu: mitochondrium (matrix)	Ostatyczny acetylo-CoA do CO2 i H2O; pośrednie metabolity cyklu są produktami wiążącymi tę przemianę z innymi przemianami o podstawowym znaczeniu	Powstanie 2 cząsteczek guanozynotrifosforanu z 2 cząsteczek bursztynylo-CoA	+ 2 ATP
		Utlenianie 2 cząsteczek izocytrynianu, α-ketoglutaranu i jabłczanu; powstaje 6 cząsteczek NADH
		Utlenianie 2 cząsteczek bursztynianu; powstają 2 cząsteczki FADH2
		Przemiany prowadzące do szczawiooctanu
Utlenianie końcowe w łańcuchu oddechowym, miejsce przebiegu: mitochondrium (błona mitochondrialna wewnętrzna, grzebienie – cristae)	Utlenianie wodoru z użyciem tlenu atmosferycznego połączone z uwolnieniem energii wykorzystanej do syntezy ATP (fosforylacja oksydacyjna); praca syntazy ATP	Każda z 2 cząsteczek NADH utworzonych podczas glikolizy daje 2 cząsteczki ATP (nie 3, ze względu na koszt transportu)	+ 4 ATP
		Każda z 2 cząsteczek NADH utworzonych przy dekarboksylacji pirogronianu (reakcja pomostowa) daje 3 ATP	+ 6 ATP
		2 cząsteczki FADH2 utworzone w cyklu kwasu cytrynowego dają po 2 ATP	+ 4 ATP
		6 cząsteczek NADH utworzonych w cyklu kwasu cytrynowego daje po 3 cząsteczki ATP	+ 18 ATP
Sumaryczny zysk energetyczny netto z 1 cząsteczki glukozy:	Ok. + 36 ATP

Porównanie oddychania tlenowego i beztlenowego

Cecha	Oddychanie beztlenowe	Oddychanie tlenowe
Substrat oddechowy	Glukoza	Glukoza i O2
Produkt końcowy	Kwas mlekowy lub etanol	CO2 i H2O
Miejsce zachodzenia	Cytozol	Cytozol i wnętrze mitochondrium
Etapy	Glikoliza i odtwarzanie NAD^+	Glikoliza, reacja pomostowa, cykl Krebsa, utlenianie końcowe
Liczba moli ATP z 1 mola glukozy: - brutto - netto	- 4 mole ATP - 2 mole ATP	- 40 moli ATP - 36 moli ATP

Krążenie

Układ krążenia występuje jedynie u trójwarstwowców, jednak nie mają go np. nicienie i płazińce.

Typy układów krążenia

OTWARTY	ZAMKNIĘTY
Zawarty w nim płyn wylewa się z naczyń do jam ciała (zatok) I do przestworów międzykomórkowych (stąd częste określenie – hemolimfa). Otwarty układ krążenia występuje np. U:	Krew lub hemolimfa krąży w układzie naczyń. Wymiana substancji następuje podczas przepływu krwi przez naczynia włosowate (kapilary). Zamknięty układ krążenia występuje u:
stawonogów mięczaków (u głowonogów prawie całkowicie zamknięty) osłonic.	wstężnic pierścienic (z wyjątkiem pijawek) rurkoczułkowców bezczaszkowców kręgowców.

Układ krwionośny bezkręgowców (wybrane elementy)

Typy bezkręgowców	Budowa	Barwniki
Pierścienice	*układ zamknięty *brak serca, jego rolę zwykle pełnią tętniące części naczynia grzbietowego lub naczynia okrężne (tłoczą krew do przodu ciała) *dwa główne naczynia biegną po stronie brzusznej i grzbietowej ciała, często w każdym segmencie występują naczynia okrężne *sieć naczyń włosowatych występuje w powłokach ciała, co umożliwia wymianę gazową	Barwniki oddechowe rozpuszczone w osoczu: *hemoglobina (czerwona) *chlorokruoryna (zielona)
Stawonogi	*układ otwarty (hemolimfa wylewa się do hemocelu) *serce rurkowate (pęcherzykowate), zbudowane zwykle z kilku komór, leży w worku osierdziowym po stronie grzbietowej ciała *serce tłoczy krew do aorty w kierunku głowy *krew wlewa się do serca z worka osierdziowego przez specjalne otwory (ostia) *u owadów nie pełni funkcji oddechowych	Hemolimfa może zawierać: *hemocyjaninę (niebieska) *hemoglobinę (czerwona) lub może być pozbawiona barwników oddechoowych (np. U pajęczaków, wijów, owadów)
Mięczaki	*układ otwarty *krew wylewa sie do jamy ciała *serce zbudowane z komory i jednego lub dwóch przedsionków (wyjątkowo z czterech u łodzików), zawiera zastawki przedsionkowo-komorowe, leży w worku osierdziowym *u głowonogów występują niekiedy dodatkowe dwa serca skrzelowe	O osoczu rozpuszczony barwnik oddechowy – hemocyjnanina (niebieska)
Szkarłupnie	*otwarty, zlożony z systemu zatok i kanałów	Brak barwnika

Układ krwionośny kręgowców

Gromada	Budowa układu krwionośnego	Budowa serca	Erytrocyty
Bezżuchwowce	Jeden obieg krwi	*trzyczęściowe, jednoprzepływowe, typu żylnego (tzn. przepływa przez nie krew odtlenowana)	*w erytrocytach hemmoglobina o budowie przypominającej mioglobinę
Ryby	Jeden obieg krwi	*żylne, zbudowane z czterech pęcherzyków (zatoka żylna, przedsionek, komora, stożek tętniczy); parzyste łuki naczyniowe (opuszka tętnicza serca ryb kostnych nie jest częściom serca)	*zawierają hemoglobinę (u ryb arktycznych, larw węgorza I śledzia nie występują erytrocyty I hemoglobina)
Płazy	Dwa obiegi krwi: duży I mały oraz wspomagające krążenie tzw. skórne	*zasadniczo trzydziałowe (dwa przedsionki, komora, ale jest też zatoka żylna) *w komorze występują fałdy utrudniające mieszanie się krwi (u płazów ogoniastych przegroda przedsionków niezupełna, a u bezpłucnych brak jej zupełnie)	*owalne, jądrzaste I bardzo duże *zawierają hemoglobinę
Gady	Dwa obiegi krwi: *duży (serce → ciało → serce) *mały, płucny (serce → płuca → serce)	*trzydziałowe *przegroda międzykomórkowa niecałkowita (u krokodyli całkowita) *znaczna redukcja zatoki żylnej *dwa łuki aorty	*małe, jądrzaste, z małą liczbą organelli komórkowych
Ptaki		*retatywnie bardzo duże, czterodziałowe *szczątkowa zatoka żylna *zachowany prawy łuk aorty	*małe, jądrzaste, prawie bez organelli komórkowych
Ssaki		*duże, czterodziałowe *zachowany lewy łuk aorty	*małe, bez jądra komórkowego I innych organelli komórkowych

układ krążenia człowieka

Główne funkcje układu krwionośnego

Układ krwionośny umożliwia transport:

• tlenu i dwutlenku węgla między narządami wymiany gazowej a tkankami

• substancji pokarmowych wchłonięych z jelita cienkiego do miejsc ich magazynowania i wykorzystania

• hormonów z miejsc ich wytwarzania do komórek docelowych

• zbęnych i szkodliwych produktów przemiany materii z tkanek do wątroby i do nerek

• ciepła między ośrodkami produkującymi ciepło (np. wątroba, mięśnie szkieletowe, brunatna tkanka tłuszczowa), a odbiorcami ciepła (skóra, nerki itp.)

• pełni rolę odpornościową (odpowiedź immunologiczna swoista i nieswoista)

• uczestniczy w utrzymaniu odpowiedniego pH, zapewnia komórkom środowisko – stałe pod względem chemicznym i fizycznym.

Budowa układu krwionośnego człowieka

Układ krwionośny człowieka składa się z naczyń krwionośnych (tętnic, żył, naczyń włosowatych) i serca, którego praca umożliwia krążenie krwi w organizmie.

• Serce – jest bardzo umięśnionym narządem, tłoczy krew do tętnic, ma własny system naczyniowy (tętnice wieńcowe oraz żyły serca).

• Tętnice płucne (a) – odprowadzają odtlenowaną krew z serca do płuc.

• Żyła główna górna (b) – nią odtlenowana krew dociera z głowy i kończyn górnych do prawego przedsionka.

• Żyła główna dolna (c) – odtlenowana krew docira nią do prawego przedsionka.

• Żyła wątrobowa (d) – nią płynie krew, w której znajduje się optymalne stężenie substancji rozpuszczonych, np. glukozy.

• Żyła wrotna (e) – transportuje do wątroby krew zasobną w substancje odżywcze.

• Żyły nerkowe – transportują krew odtlenowaną o obniżonym stężeniu mocznika oraz o uregulowanym pH i stosunku Na⁺/K⁺.

• Żyły udowe – przenoszą odtlenowaną krew z kończyn dolnych. Znajdujące się w żyłach udowych zastawki zapobiegają zaleganiu krwi w kończynach.

• Żyły sercowe (f).

• Tętnice szyjne dostarczają krew do mózgu.

• Żyły płucne (cztery) (g) – uchodzą do lewego przedsionka serca, nimi płynie krew utlenowana.

• Aorta (h) – główna, największa tętnica, nią rozprowadzana jest utlenowana krew pod wysokim ciśnieniem.

• Tętnica wątrobowa (i) – transportuje utlenowaną krew do wątroby.

• Tętnica krezkowa (jelitowa) (j) – dostarcza utlenowaną krew do jelita.

• Tętnice nerkowe – transportują utlenowaną krew do nerek.

• Tętnice udowe – nimi utlenowana krew dociera do kończyn dolnych.

• Tętnice wieńcowe (k).

Do każdego narządu dochodzi tętnica dostarczająca utlenowaną krew i składniki pokarmowe oraz żyła usuwająca odtlenowaną krew i produkty przemiany materii.

budowa serca

Serce leży w lewym śródpiersiu za mostkiem. Z zewnątrz jama serca otoczona jest osierdziem zbudowanym z dwóch łącznotkankowych blaszek, między którymi znajduje się jama osierdzia wypełniona płynem surowiczym. Płyn ten redykuje tarcie blaszek podczas skurczu i rozkurczu serca.

Żyły główne (a) górna i dolna – u ich ujścia w ścianie prawego przedsionka znajduje się główny węzeł „rozrusznika” serca (węzeł zatokowo-przedsionkowy).

Pień płucny (b) – wychodzi z prawej komory serca, rozgałęzia się na dwie tętnice płucne.

Zastawka pnia płucnego (półksiężycowata) – znajduje się w ujściu pnia płucnego; jest zbudowana z trzech płatków, które zaciskając się, uniemożliwiają powrót krwi do rozkurczającej się komory.

Prawy przedsionek (c) – pompuje krew do prawej komory serca.

Zastawka trójdzielna (przedsionkowo-komorowa prawa) (d) – zapobiega cofaniu się krwi do prawego przedsionka w trakcie skurczu prawej komory.

Prawa komora (j) – tłoczy krew do obiegu płucnego (małego).

Ściana serca (k) – zbudowana jest z trzech warstw: wsierdzia (wewnętrzna), śródsierdzia (mięsień sercowy o różnej grubości) i nasierdzia.

Lewa komora (l) – tłoczy krew do dużego obiegu krwi; wytwarza znacznie wyższe ciśnienie niż prawa komora (duże opory tłoczenia).

Przegroda serca (i) (część przegrody znajdująca się na wysokości przedsionków jest nazywana międzyprzedsionkową, zaś część przegrody oddzielająca komory nazywana jest międzykomorową) – oddziela lewą część serca od prawej; znajduje się w niej węzeł przedsionkowo-komorowy i pęczek przedsionkowo-komorowy (pęczek Hisa).

Aorta (h) – tętnica główna; największa tętnica w organizmie; wychodzi z lewej komory serca; ma sprężyste ściany, co pozwala jej „przenosić” fale krwi powstających w czasie skurczu lewej komory.

Zastawka aorty (półksiężycowata) (g) – zapobiega cofaniu się krwi z aorty do lewej komory.

Zastawka dwudzielna (przedsionkowo-komorowa lewa – mitralna) (f) – zapobiega cofaniu się krwi z lewej komory do lewego przedsionka.

Lewy przedsionek (e) – pompuje krew do lewej komory serca. Ciśnienie wytwarzane przez przedsionki jest mniejsze niż wytwarzane przez komory.

automatyzm pracy serca

Zainicjowanie skurczu serca następuje samoistnie w węźle zatokowo-przedsionkowym (regularna, niewymuszona depolaryzacja komórek węzłów rozrusznikowych). Stąd pobudzenie rozprzestrzenia się na węzeł przedsionkowo-komorowy (Hisa) oraz jego odgałęzienia. Powoduje to skurcz przedsionków, a następnie komór. Jest to rytm podstawowy, który modyfikuje praca ośrodków nerwowych.

Objętość wyrzutowa serca (SV) to ilość krwi wtłaczanej przez jedną z komór do odpowiedniego zbiornika tętniczego podczas jednego cyklu pracy serca; w spoczynku wynosi ok. 70-75 cm³.

Spoczynkowa częstość pracy serca to ok. 72 uderzenia na minutę.

Rzut minutowy serca (pojemność minutowa) = objętość wyrzutowa x częstość skurczów na minutę
Rzut minutowy = 70cm³ x 72 cykle/min.
Rzut minutowy w spoczynku wynosi ok. 5-5,5 dm³/min krwi.

Wskaźnik sercowy (WS) = rzut minutowy (w dm³/min) / powierzchnia ciała (w m²)
Wskaźnik sercowy w spoczynku wynosi ok. 3,5 dm²/m²/min.

Elektrodiagram

(EKG) to zapis czynności bioelektrycznej serca w postaci krzywej EKG. Umożliwia wychwycenie nieprawidłowości pracy serca. Na krzywą EKG składają się tzw. załamki, które odpowiadają zmianom w rozkładzie ładunków elektrycznych w różnych częściach serca w czasie jego pracy.

Budowa naczyń krwionośnych

Przepływ krwi przez obszary mikrokrążenia: arteriole – naczynia oporowe, pełniące funkcję zaworów regulujących dopływ krwi do metaarterioli – bardzo małych tętniczek, bogatych w tzw. zwieracze przedwłośnikowe. Następnie krew dostaje się do naczyń włosowatych, gdzie zachodzi wymiana składników między krwią a płynem tkankowym (wypadkowa sił: ciśnienia hydrostatycznego na zewnątrz oraz ciśnienia onkotycznego do wewnątrz). Kolejne naczynia to małe żyłki – wenule.

Porównanie naczyń krwionośnych

Porównywana cecha	Tętnice	Żyły	Kapilary
Kierunek przepływu krwi	Z serca do tkanek	Z tkanek do serca	Przez organy
Mięśniówka	Relatywnie gruba	Relatywnie cienka	Brak
Ciśnienie krwi	Wysokie	Niskie	Niskie
Zastawki	Brak	Obecne	Brak

Tętno

Tętno – rytmiczne rozszerzanie się i kurczenie ścian tętnic związane z wtłaczaniem krwi z lewej komory do aorty i dalej do tętnic (odpowiada częstotliwości skurczów serca). Prwidłowe tętno spoczynkowe u dorosłej osoby zdrowej wynosi ok. 70 uderzeń na minutę.
Tętno człowieka można wyczuć przykładając dwa palce np. w okolicy tętnicy szyjnej.

mechanizm regulacji krążenia

Odbywa się dzięki zmianie:
*częstości skurczów serca
*objętości wyrzutowej
*objętości i oporów przepływu układu naczyń (żylnych i tętniczych)
*objętości krążącej krwi, np. uwalnianie lub magazynowanie krwi w śledzionie, wątrobie.

Substancje wpływające na przepływ krwi

OŚRODKOWO
*acetylocholina – opóźnia impulsy w węzłach rozrusznikowych; rozszerza ściany naczyń krwionośnych;
*noradrenalina – przyspiesza impulsy w węzłach i wzmaga kurczliwość mięśnia sercowego, powoduje skurcz mięśni gładkich naczyń krwionośnych;
*adrenalina – podobnie jak nadadrenalina; w stresie;
*hormony tarczycy.

MIEJSCOWO
*ANP – hormon przedsionkowy wpływający na wzrost diurezy wodnej i natriurezy (w nerkach);
*bradykinina – rozszerza naczynia, uwalnia np. po pobudzeniu gruczołów ślinowych i potowych;
*histamina – zwiększa przepuszczalność naczyń włosowatych (obrzęki w stanach zapalnych);
*serotonina – skórcz mięśniówki uszkodzonych naczyń.

Zmiany ciśnienia w układzie krwionośnym

Ciśnienie krwi to nacisk krwi na wewnętrzne ściany naczyń krwionośnych. Jest ono najwyższe w tętnicach. Wysokość ciśnienia zależy m.in. od wieku człowieka, jego stanu zdrowia oraz od intensywności wysiłku fizycznego.

Profilaktyka układu krążenia

W profilaktyce układu krążenia ważne są:

• aktywność fizyczna (umiarkowany wysiłek fizyczny);

• prawidłowe odżywianie się (ograniczanie ilości cholesterolu i trój glicerydów, przestrzeganie prawidłowej wagi ciała)

• unikanie stresów

• leczenie infekcji (grypy, anginy, szkarlatyny, ropni wokół korzeni zębów, i in.)

• unikanie palenia papierosów i picia alkoholu.

Wybrane choroby układu krążenia

Głównymi przyczynami chorób układu krwionośnego są: nadwaga, niewłaściwe odżywianie się (dieta bogata w cholesterol, trój glicerydy), cukrzyca, stres, palenie tytoniu i nadużywanie alkoholu, siedzący tryb życia.

płyny ustrojowe

Krew – tkanka łączna płynna, zbudowana z substancji międzykomorkowej (nieupostaciowane osocze) i elementów morfotycznych, czyli krwinek.
Hematopoeza – powstawanie wszystkich komórek krwi.
Hematologia – nauka zajmująca się badaniem krwi.

Cechy krwi pozwalające zaliczyć ją do tkanek łącznych:
*dużo substancji międzykomorkowej *zróżnicowane komórki *pełni w organizmie funkcję łącznikową, uczestniczy w termoregulacji *pochodzenie mezenchymatyczne.

Krew składa się z:
*osocza – substancji międzykomórkowej, w skład której wchodzi woda, białka, w tym fibrynogen odpowiadający za krzepnięcie krwi, albuminy i globuliny, oraz inne substancje organiczne i nieorganiczne. Osocze pozbawione fibrynogenu to surowica. Albumin jest najwięcej; ich zadaniem jest zatrzymywanie wody we krwi (tworzą koloidalne ciśnienie onkotyczne) oraz transport (m.in. kwasów tłuszczowych i bilirubiny). Z globulin frakcje α- i β- pełnią funkcje transportowe, zaś γ- globuliny pełnią rolę odpornościową;
*elementów morfotycznych – krwinek czerwonych (erytrocytów), płytek krwi (trombocytów) i krwinek białych (leukocytów). Erytrocyty i trombocyty powstają w czerwonym szpiku kostnym. Leukocyty, w zależności od rodzaju, w czerwonym szpiku kostnym, węzłach limfatycznych, migdałkach, śledzionie i grasicy.

Rola krwi w organizmie

• transportuje tlen z płuc do tkanek;

• transportuje dwutlenek węgla z tkanek do płuc;

• transportuje do wszystkich tkanek produkty energetyczne i budulcowe wchłonięte z przewodu pokarmowego;

• transportuje wchłonięte z tkanek produkty przemiany materii do nerek, skąd zostają one wydalone z organizmu wraz z moczem;

• transportuje hormony syntetyzowane w organizmie i witaminy wchłonięte w przewodzie pokarmowym;

• magazynuje hormony gruczołu tarczowego i hormony steroidowe po ich związaniu z białkami osocza;

• wyrównuje ciśnienie osmotyczne we wszystkich tkankach;

• wyrównuje stężenie jonów wodorowych (pH) we wszystkich tkankach;

• wyrównuje różnice temperatur występujące pomiędzy różnymi narządami i tkankami;

• tworzy zaporę przed inwazją drobnoustrojów, które po dostaniu się do środowiska wewnętrznego są stale pożerane przez leukocyty;

• eliminuje za pomocą przeciwciał i układu dopełniacza substancje obce, szczególnie o charakterze białkowym, np. produkty przemiany drobnoustrojów – toksyny.

Elementy morfotyczne krwi człowieka

Nazwa krwinki	Wybrane parametry wielkościowe i ilościowe	Miejsce degradacji	Funkcja
Erytrocyty	Średnica ok. 7,5µm Liczebność 4,5-5,4 mln/mm^3	Śledziona, wątroba, węzły chłonne	Transport tlenu i częściowo (ok.10%) dwutlenku węgla
Trombocyty	Średnica ok. 2-5µm Liczebność 200-400 tys./mm^3	Śledziona	Krzepnięcie krwi
Leukocyty *granulocyty (neutrofile, eozynofile, bazofile) *agranulocyty (limfocyty, monocyty)	Średnica ok. 9-20 µm Liczebność 4-10 tys./mm^3	Niszczone przez makrofagi	Rezkcje obronne i odpornościowe organizmu

podział leukocytów i ich charakterystyka

Leukocyty

1. GRANULOCYTY – zawierają ziarnistości w cytoplazmie

• NEUTROFILE (obojętnochłonne)
  *stanowią 60% ogólnej liczby wszystkich leukocytów
  *fagocytują różne czynniki chorobotwórcze, powodują powstawanie ropy (mętnego płynu, którego składnikiem są leukocyty, szczątki obumarłej tkanki i czynniki chorobotwórcze, np. bakterie)
  *ruchami pełzakowatymi przenikają (tylko w jednym kierunku) przez ściany naczyń krwionośnych
  *wydzielają enzymy, wytwarzając m.in. nadtlenek wodoru (woda utleniona) oraz wolne rodniki HO

• EOZYNOFILE (kwasochłonne)
  *stanowią 2-4% ogólnej liczby wszystkich leukocytów
  *przemieszczają się dzięki ruchom pełzakowym
  *wykazują właściwości fagocytozy i sterują reakcjami alergicznymi
  *w schorzeniach, takich jak astma, tasiemczyca, alergie, ich liczba we krwi znacznie wzrasta, a w przypadku duru brzusznego, odry ich liczba maleje

• BAZOFILE (zasadochłonne)
  *stanowią ok.0,5% ogólnej liczby wszystkich leukocytów
  *wykazują jedynie znikome właściwości poruszania się ruchem pełzakowym
  *uczestniczą w reakcjach alergicznych
  *zawierają histaminę i przeciwkrzepliwą substancję - heparynę

1. AGRANULOCYTY – pozbawione ziarnistości w cytoplazmie

• LIMFOCYTY
  *stanowią 25-35& ogólnej liczby wszystkich leukocytów
  *wykazują małą ruchliwość i słaba zdolność fagocytozy
  limfocyty B (LiB) *dojrzewają w szpiku kostnym, węzłach chłonnych, skąd przechodzą do grudek chłonnych i śledziony *są prekursorami plazmocytów wytwarzających przeciwciała (humoralna odpowiedź immunologiczna) *namnożone komórki różnicują się m.in. na limfocyty B plazmatyczne (produkują przeciwciała) i B pamięci
  limfocyty T (liT) *dojrzewają w grasicy, skąd przechodzą do węzłów chłonnych i śledziony *wywołują odpowiedź immunologiczną typu komórkowego *na ich powierzchni znajdują się białka – receptory immunoglobulinowe – przeciwciała wiążące antygeny *po namnożeniu różnicują się na limfocyty T cytotoksyczne (LiTc) i limfocyty T pamięci

• MONOCYTY
  *stanowią 4-6% ogólnej liczby wszystkich leukocytów
  *mają zdolności ruchu i fagocytozy
  *są największe spośród wszystkich leukocytów
  *uczestnicza wspólnie z limfocytami T w reakcjach immunologicznych
  *wytwarzają czynnik hamujący wzrost komórek nowotworowych oraz czynnik hamujący namnażanie się wirusów – interferon
  *ich zadaniem jest przedstawianie limfocytom T obcych antygenów
  *po ok. 2 dniach przebywania w krwi wędrują do tkanek, stając się histiocytami, czyli makrofagami tkankowymi.

Limfa

Limfa –rodzaj tkanki łącznej płynnej stanowiącej przesącz krwi o składzie podobnym do osocza krwi, w której wystepują woda i sole mineralne, hormony, enzymy białka, cholesterol i inne wydzieliny oraz wydaliny komórek, a także limfocyty.

narządy limfoidalne

Centralne
grasica oraz szpik kostny; u ptaków jej odpowiednikiem jest torebka (brusa) Fabrycjusza; w nich następuje dojrzewanie limfocytów, które już jako komórki kompetentne immunologicznie mogą wędrować do narządów obwodowych

Obwodowe
śledziona, węzły chłonne oraz tkanka limfatyczna ścian przewodu pokarmowego, pęcherzyków płucnych, gałki ocznej i dróg rodnych oraz moczowych.

Uniwersalny dawca – tak określa się grupę krwi 0, gdyż teoretycznie nie wywołuje aglutynacji w żadnej z grup krwi.

Uniwersalny biorca – określenie grupy krwi AB, ponieważ teoretycznie osobie o tej grupie krwi można przetoczyć każdą krew.

Czynnik Rh – został wykryty u małpy rezus. Krew człowieka może mieć dodatni odczyn, czyli Rh⁺, lub ujemny, gdy tego czynnika brak (RH^-) jeżeli dojdzie do wymieszania się krwi Rh(-) z krwią Rh(+), to limfocyty osoby z krwią Rh(-) zaczynają produkować przeciwciała anty-Rh.

Konflikt serologiczny – jeżeli ciężarna kobieta ma krew Rh(-), a jej dziecko krew Rh (+) i z różnych orzyczyn dojdzie do przeniknięcia nawet niewielkiej ilości krwi płodu do krwioobiegu matki, to limfocyty matki, zaczną produkować przeciwciała anty-Rh. Te zaś, przenikając przez łożysko, mogą doprowadzić do uszkodzenia rozwijającego się płodu.

Grupy krwi

Zarówno grupy krwi, jak i obecność czynnika Rh warunkowane są obecnością w błonach komórkowych krwinek specjalnych białek. W układzie grupowym AB0 wyróżnia się grupy krwi: A, B, AB, 0. U osób mających poszczególne grupy krwi występuje odpowiednio: białko A, białko B, białko A i białko B, natomiast w przypadku grupy krwi 0 żadne z tych białek nie występuje. Jednocześnie w osoczu osób o grupie krwi A występują naturalne przeciwciała anty-B, w przeciwieństwie dla osób z grupą krwi B, które mają przeciwciała anty-A. W przypadku grupy krwi AB brak obydwu rodzajów przeciwciał, czyli anty-A i anty-B, zaś w przypadku grupy 0 występują jednocześnie przeciwciała anty-A i anty-B. Grupa krwi oraz obecność lub brak czynnika Rh są cechami dziedzicznymi.

Grupa krwi	Białkowy czynnik	Przeciwciała w osoczu	Może być dawcą dla grup	Może być biorcą dla grup	Genotyp krwinkowy
A	A	Anty-A	A, AB	A, 0	I^AI^A, I^Ai
B	B	Anty-B	B, AB	B, 0	I^BI^B, I^Bi
AB	A, B	Brak	AB	AB, A, B, 0	I^AI^B
0	brak	Anty-A, anty-B	0, A, B, AB	0	ii

Aglutynacja – zlepianie się erytrocytów spowodowane wymieszaniem się krwi, należących do dwóch różnych grup.

UWAGA: Na erytrocytach człowieka wykryto ponad 300 różnych antygenów. Większość jest bardzo słabo immunogenna. Jednak nawet podczas przetaczania krwi zgodnej pod względem głównych antygenów grupowych należy zachować dużą ostrożność.

honorowe krwiodawstwo

Krew i preparaty krwiopochodne są potrzebne w szpitalach codziennie, ponieważ ratują życie np. ofiarom wypadków czy osobom ciężko chorym. Według danych Polskiego Czerwonego Krzyża co roku w Polsce dokonuje się około miliona transfuzji, a szpitale każdego dnia potrzebują krwi od 10 000 dawców. Nie ma grupy krwi, na którą istnieje zapotrzebowanie szczególne. Dlattego tak ważną rolę odgrywają honorowi dawcy krwi. Dawcą krwi może zostać każdy, kto ukończył 18 lat, lecz nie przekroczył 65 roku życia. Osoba chcąca nieodplatnie oddawać krew, musi być zdrowa i bezwzględnie spełniać określone wymagania (informacji udzielają lekarze, ale także można uzyskać ją w punktach krwiodawstwa). Osoby chętne muszą się zgłosić do stacji krwiodawstwa. Wszyscy krwiodawcy przed oddaniem krwi są poddawani niezbędnym badaniom lekarskim i laboratoryjnym. Pobranie jest całkowicie bezpieczne – stosuje się sprzęt jednorazowego użytku. Krew można oddawać nie częściej niż raz na 2 miesiące. Jednorazowo lekarz pobiera 450 ml krwi (dorosły człowiek ma śrenio 5-6 l krwi). Nie wpływa to na funkcjonowanie organizmu.

układ odpornościowy człowieka i jego znaczenie

Immunologia – nauka badająca mechanizmy odpornościowe.

Odporność – niepodatność lub zwalczanie prze z organizm wszelkich czynników chorobotwórczych (patogenów). Czynniki te mogą być zewnętrzne (mikroorganizmy chorobotwórcze, pasożyty, szkodliwe czynniki środowiskowe) oraz wewnętrzne (własne, zmienione patologicznie komórki).

Odpowiedź (reakcja) immunologiczna – uruchomienie przez organizm mechanizmów prowadzących do unieczynnienia bądź zniszczenia określonego antygenu.

Antygeny – obce dla organizmu substancje, które pobudzają (stymulują) organizm do wytwarzania swoistych przeciwciał (antygeny charakteryzują się immunogennością), reagujących z tym antygenem (ta cecha to antygenowość) lub immunologicznie czynnych limfocytów (Li). Ponad to każdy antygen jest swoiście rozpoznawany przez aktywne LiB oraz niektóre LiT.

Przeciwciała (immunoglobuliny) – glikoproteiny osocza produkowane przez zaktywowane LiB (komórki plazmatyczne). U człowieka i innych ssaków wyróżnia się pięć klas immunoglobulin (IgG, IgA, IgD, IgE, IgM). Edno przeciwciało wiąże tylko jeden antygen (jego epitop).

Serologia – nauka badająca przeciwciała w surowicy krwi.

Alergologia – nauka badająca zjawisko alergii oraz jej objawy.

Alergeny – substancje, które po wniknięciu wywołują reakcje alergiczne.

Alergia (uczulenie) – spowodowane wniknięciem alergenu zmiany zachodzące w organizmie podobne do działania antygenu.

Wstrząs anafilaktyczny – inaczej zwany szokiem krążeniowym, wywołany przez alergen, objawiający się wydzielaniem dużej ilości histaminy we krwi, czego efektem jest przyspieszenie akcji serca, skurcze mięśni gładkich powodujących obrzęk błon śluzowych nosa i gardła.

Podział antygenów ze względu na stopień pokrewieństwa organizmów i wywołane przez nie efekty

• autoantygeny – antygeny własnego ustroju – we własnym organizmie nie wywołują odpowiedzi immunologicznej

• izoantygeny – antygeny, które pochodzą od osobników takich samych pod względem genetycznym (bliźnięta jednojajowe, klony)

• alloantygeny – antygeny, które pochodzą od różnych osobników należących do tego samego gatunku

• hetero antygeny – antygeny ksenogeniczne – antygeny pochodzące od osobników, które należą do różnych gatunków.

Organizacja układu odpornościowego człowieka

Kręgowce, w tym człowiek, mają zawsze w pelni rozwinięty układ (system) odpornościowy. Obejmuje on: narządy limfoidalne, tkankę limfatyczną oraz leukocyty.

ODPORNOŚĆ NIESWOISTA (wrodzona, niespecyficzna) – różnorodne, wytwarzane przez organizm zapory obronne zabezpieczające przed wniknięciem do organizmu obcych antygenów. Odpowiedź nieswoista jest starsza filogenetycznie. Biorą w niej udział m.in. komórki zdolne do fagocytozy (tzw. żerne: makrofagi, część granulocytów), tzw. układ dopełniacza i monocyty wydzielające interferon (hamuje on namnażanie wirusów).

Niektóre fizjologiczne mechanizmy obronne stanowiące „pierwszą obronę” ssaków, w tym człowieka: *wydzielanie kwasu mlekowego (przez gruczoły potowe) nadające skórze odczyn kwaśny *występowanie w pochwie bakterii mlekowych wydzielających kwas mlekowy przyczyniający się do obniżenia pH w tym narządzie *wydzielanie przez gruczoły ścian żołądka kwasu solnego *wydzielanie lizsomu (enzym) występującego m.in. we łzach, pocie i innych wydzielinach, niszczących u niektórych bakterii ścianę komórkową *wytwarzanie przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybicznych związków przez symbiotyczne bakterie przewodu pokarmowego *reakcje odruchowe, np. kaszel, kichanie, torsje oczyszczające drogi oddechowe i pokarmowe *makrofagi, neutrofile i eozyno file wykazujące właściwości fagocytozy, m.in. bakterii i drożdży *monocyty hamujące namnażanie się wirusów dzięki wydzielaniu interferonu, który mobilizuje także do działania limfocyty rozpoznające i niszczące komórki dotknięte wirusem.

ODPORNOŚĆ SWOISTA (nabyta i specyficzna) – powstaje po kontakcie z danym antygenem i jest skierowana tylko na ten konkretny antygen. Mechanizmy swoiste są młodsze filogenetycznie i do ich wytworzenia potrzeba czasu (są za to znacznie silniejsze ze względu na specyficzność).

Markery powierzchowne komórek odpornościowych

Markery powierzchniowe – zbudowane z łańcuchów polipeptydowych cząsteczki „osadzone” w błonie komórkowej. Najbardziej zewnętrzne części markerów umożliwiają rozpoznanie lub wiązanie antygenów:
TCR (T-cell receptor) – bardzo zmienny marker dojrzałych LiT umożliwiający wiązanie z antygenem;
BCR (B-cell receptor) – bardzo zmienny marker dojrzałych LiB umożliwiający rozpoznawanie niewyobrażalnej liczby antygenów (budową przypomina przeciwciała)
CD3 (CD3+) – marker wszystkich LiT
CD4 (CD4+) – marker limfocytów pomocniczych (LiTh)
CD8 (CD8+) – marker limfocytów cytotoksycznych (LiTc).

Komórki uczestniczące w odpowiedzi immunologicznej

NIEZDOLNE DO FAGOCYTOZY	Komórka	Działanie
	Limfocyty B	Rozpoznają antygeny i wytwarzają przeciwciała
	Komórki plazmatyczne (plazmocyty)	Wytwarzają przeciwciała
	Limfocyty Th (pomocnicze, CD4+)	Wspomagają odpowiedź immunologiczną; wytwarzają cytokiny
	Limfocyty Treg (regulatorowe; supresorowe)	Hamują odpowiedź immunologiczną, np. po unieszkodliwieniu antygenu; wydzielają cytokiny
	Limfocyty Tc (cytotoksyczne, CD8+)	Zdolne do zabijania komórek docelowych
	Komórki NK	Zdolne do spontanicznego zabijania komórek nowotworowych i zakażonych przez witusy
FAGOCYTUJĄCE	Monocyty, makrofagi	Zdolne do zabijania mikroorganizmów oraz innych obcych komórek; wydzielają cytokiny
	Neutrofile	Zdolne do zabijania mikroorganizmów
	Komórki tuczne, bazofile	Biorą udział w nadwrażliwości I (anafilaksji)
	eozynofile	Zdolne także do zabijania niektórych pasożytów z użyciem przeciwciał

Odpowiedź komórkowa – odpowiadają za nią przede wszystkim agresywne limfocyty (LiTc, CD8+ oraz NK) zwalczające bez pochłonięcia) komórki zainfekowane wirusem, zmienione nowotworowo lub należące do przeszczepu rozpoznanego jako obcy.

Nabywanie odporności

Odporność swoista		Nabyta w sposób naturalny	Przyklad	Nabyta w sposób sztuczny	Przyklad
	czynna	W wyniku kontaktu organizmu z obcym antygenem, dzięki czemu organizm uzyskuje odporność na dany antygen – odpowiedź wtórna na każdy kolejny kontakt z tym antygenem	Kontakt z antygenami mikroorganizmów chorobotwórczych	Pobudzenie układu odpornościowego organizmu poprzez podanie szczepionki zawierającej pozbawione toksyczności antygeny, np. bakterie chorobotwórcze albo wirusy	Szczepienia ochronne, np. przeciwko chorobie Heine-Medina
	bierna	Pochodzące od matki przeciwciała, które otrzymuje płód lub noworodek	Mleko matki	Wzmocnienie układu odpornościowego za pomocą przeciwciał podawanych w surowicach	Podawanie surowic, np. przeciwko tężcowi

wybrane mediatory układu odpornościowego

• Stale występujące w osoczu krwi:
  - immunoglobuliny (przeciwciała),
  - białka układu dopełniacza – cząsteczki produkowane przez wątrobę; kolejno reagujące ze sobą podczas stanu zapalnego; produkty końcowe opłaszczają mikroorganizmy, co ułatwia ich fagocytozę,
  - białka tzw. ostrej fazy – cząsteczki produkowane przez wątrobę; uczestniczą (podobnie jak układ dopełniacza) w opsonizacji bakterii chorobotwórczych; białka ostrej fazy wykorzystywane są w diagnostyce chorób.

• Cytokiny – cząsteczki białkowe syntetyzowane przez niektóre leukocyty i pobudzające inne komórki odpornościowe do różnicowania się i podziałów
  - interferon (IFN) – uczestniczący w zwalczaniu wirusów (produkowany przez komórki zainfekowane wirusem i niektóre LiT),
  - chemokiny – produkowane przez komórki śródbłonka naczyniowego, kierują chemotaksją komórek odpornościowych i zasiedlaniem przez nie narządów.

Szczepienia ochronne

Szczepienia ochronne – sztuczna i czynna forma uodpornienia organizmu na potencjalne antygeny.

Szczepionka – sztucznie przygotowana substancja zawierająca toksyny lub osłabione bądź zabite drobnoustroje chorobotwórcze. Autoszczepionka – sztucznie przygotowany preparat przygotowany ze szczepów drobnoustrojów pobranych od pacjenta. Surowica – sztucznie przygotowany preparat, w skład którego wchodzą gotowe przeciwciała.

Szczepionka	Patogen i drogi jego rozprzestrzeniania się	Uwagi dotyczące szczepień
Przeciw chorobie Heine-Medina (polio)	Wirusy (pokarmowa, kontakt z zakażonymi odchodami)	Szczepionka zapewnia całkowitą odporność
Przeciw wściekliźnie	Wirus (ukąszenie przez chore zwierzę, ślina chorego zwierzęcia)	Szczepi się przede wszystkim dzikie zwierzęta, np. lisy
Przeciw odrze	Wirus (kropelkowa)	Nie szczepi się jeśli dziecko już chorowało
Przeciw żółtaczce: typu A, typu B	Wirus (pokarmowa, WZA), wirus (wszczepienna, WZB)	W Polsce zalecane są każdemu przed planowanym pobytem w szpitalu
Przeciw różyczce	Wirus (kropelkowa)	Może być konieczne dla dziewcząt, jeśli nie chorowały, nie wolno szczepić w czasie ciąży
Przeciwgróźlicza	Bakterie (prątki Kocha, powietrze luub z mlekiem zakażonych krów)	W Polsce wzrasta liczba zachorowań, zbyt mało jest profilaktycznych badań rtg płuc
Di-Te-Per przeciw: błonicy, tężcowi, krztuścowi	Bliski kontakt (kropelkowa), bakterie (zzabrudzone rany), bakterie (powietrze)	Zapewnia odporność na kilka lat, bardzo ważna jest aseptyka przy zranieniach
Przeciw cholerze	Bakterie (zzakażona woda)	Szczepionki dają ograniczoną odporność, ważne dla globtroterów (osób dużo podróżujących)
Przeciw dżumie	Bakterie (powietrze lub kontakt z zakażonymi szczurami lub pchłami)

Antygeny zgodności tkankowej

Są to antygeny występujące na powierzchni Komorek zawierających jądra komórkowe oraz na płytkach krwi, pozwalające na rozpoznawanie ich przez własny organizm.
W odporności swoistej LiT rozpoznaje antygeny tylko wówczas, gdy zostaną zaprezentowane przez tzw. komórki prezentujące antygen (APC). Należą do nich monocyty i makrofagi, mające na swojej powierzchni cząsteczki glikoprotein tzw. głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC klasy I lub II). Białka MHC są specyficzne dla danego osobnika. Jeśli zaś z określonym rejonem MHC związany zostanie fragment antygenu, powstaje struktura, która LiT może rozpoznać jako obcą (prezentacja antygenu w kontekście MHC).

Rodzaje przeszczepów:

*autologiczny (autoprzeszczep) – np. przeszczep skóry po oparzeniach *synergiczny (izoprzeszczep) – możliwy tylko między osobnikami genetycznie identycznymi (bliźnięta jednojajowe) *allogeniczny – między dawcą i biorcą należącymi do jednego gatunku, ale genetycznie odmiennymi *ksenogeniczny – przeszczepianie organów między osobnikami należącymi do różnych gatunków (np. wszczepianie człowiekowi świńskiej zastawki do serca).

Budowa i funkcje układu limfatycznego

Układ limfatyczny to system naczyń, z których najdorobniejsze otwarte są do przestrzeni międzykomórkowej; z niej zbierany jest plyn tkankowy.

Włosowate naczynia limfatyczne zbierają się w naczynia coraz większe i doprowadzają limfę do głównych naczyń limfatycznych, czyli do przewodu piersiowego i do przewodu chłonnego prawego. W dużych naczyniach limfatycznych znajdują się zastawki.

Przewód piersiowy zbiera limfę z górnej lewej części ciała oraz całej dolnej, limfa zbiera się w przewodzie piersiowym i trafia do żyły podobojczykowej lewej.

Z górnej prawej części ciała limfa biera się w przewodzie chłonnym prawym, stamtąd trafia do żyły podobojczykowej prawej.

Węzły chłonne zbudowane są z tkanki siateczkowej. Rezydujące tu limfocyty wychwytują, unieszkodliwiają i fagocytują z limfy bakterie i toksyny. Tworzą barierę ochronną organizmu. W niektórych stanach zapalnych węzły chłonne ulegają powiększeniu.

Skupienia tkanki siateczkowatej tworzą grudki chłonne, występujące również np. w ścianie przewodu pokarmowego.

Grasica to mniejsce namnażania, uczulania i uwalniania limfocytów T. Od ok. 12 roku życia gruczoł ten zaczyna zanikać.

Migdałki (podniebienne i gardłowy – trzeci migdał) niszczą i neutralizują szkodliwe czynniki docierające do organizmu droga pokarmową i oddechową.

Funkcje układu limfatycznego:
*gromadzenie i zwracanie płynu tkankowego do krwi
*transportowanie wchłoniętych w przewodzie pokarmowym lipidów
*zwalczanie infekcji wywołanych prze mikroorganizmy (rola odpornościowa).