Komórka eukariotyczna. Podziały komórkowe
(notatka ze slajdów)
Stosunek powierzchni do jej objętości limituje rozmiary komórki
Błona komórkowa
Skład błony komórkowej:
•
Lipidy (fosfolipidy, glikolipidy, cholesterol)
•
Białka (powierzchniowe i integralne
•
Właściwości:
•
dynamiczna struktura, której elementy (zarówno białka jak i lipidy) mogą
przemieszczać się (model płynnej mozaiki)
•
wykazuje asymetryczność i jest spolaryzowana
•
jest selektywnie przepuszczalna (półprzepuszczalna) dla niektórych cząsteczek
•
Funkcje błony komórkowej
•
otacza żywe komórki i separuje wnętrze komórki od środowiska
•
odpowiada za percepcję bodźców ze środowiska
•
umożliwia łączenie sąsiadujących komórek (desmosomy, złącza
szczelinowe, plasmodesmy)
•
pozwala na obustronną wymianę jonów i cząsteczek z otoczeniem
(transport)
Transport z udziałem błony komórkowej
•
dyfuzja prosta (transport zgodnie z gradientem stężenia substancji, bez błonowego
białkowego przenośnika i udziału energii).
Przez lipidową część błony swobodnie
dyfundują cząsteczki o charakterze niepolarnym np. O2, CO2 , małe polarne związki
np. H2O, mocznik;
•
dyfuzja wspomagana (jak wyżej, ale wymagana jest obecność bialkowego
przenośnika).np. transport fruktozy
•
transport aktywny – transport wymagający udziału energii i błonowego przenośnika.
Umożliwia transport wbrew gradientowi stężeń, np. pompa Na/K
Przez lipidową część błony swobodnie dyfundują (dyfuzja prosta):
•
cząsteczki o charakterze niepolarnym np. O2, CO2
•
małe polarne związki np. H2O, mocznik
Przez błonę komórkową nie przenikają:
•
jony
•
duże polarne cząsteczki, jak np. glukoza
(i te transportowane są na drodze transportu aktywnego lub dyfuzji ułatwionej)
•
makrocząsteczki (białka , kwasy nukleinowe
Transport makrocząsteczek
•
pinocytoza (pobieranie makrocząsteczek wraz z roztworem=środowiskiem)
•
fagocytoza (pobieranie dużych cząstek, np. komórek bakterii)
Retikulum endoplazmatyczne
- wewnątrzkomórkowy układ błon plazmatycznych charakteryzujący się dużą zawartością
białek, brakiem spolaryzowania i asymetrii
Funkcje:
•
system błon siateczki śródplazmatycznej tworzy rejony subkomórkowe (przedziały,
kompartmenty), które umożliwiają jednoczesne zachodzenie wielu procesów
biochemicznych
•
retikulum szorstkie uczestniczy w syntezie białek
•
retikulum gładkie bierze udział w syntezie lipidów oraz detoksyfikacji niektórych
substancji (np. leków, trucizn)
•
Gromadzenie i transport substancji, jonów (np. Ca2+)
•
Błony retikulum przechodzą w sposób ciągły w zewnętrzną błonę otoczki jądrowej
Rybosomy
- struktury zbudowane z dwóch pojednostek będące kompleksami rRNA oraz białek
przeprowadzające proces translacji.
Obecność jonów Mg2+ jest niezbędna do wzajemnego łączenia się obu podjednostek.
Obie podjednostki połączone są w sposób odwracalny.
Na rybosomach synteza białka odbywa się na podstawie sekwencji nukleotydów w mRNA.
Białka syntetyzowane przez wolne rybosomy (nie związane z ER), są znakowane i trafiają do
właściwych docelowych organelli np. jądra.
Na rybosomach siateczki śródplazmatycznej syntetyzowane są białka wydzielane poza
komórkę (sekrecyjne) oraz białka integracje błon biologicznych.
Każda komórka zawiera zmienną ilość rybosomów w zależności od jej aktywności
transkrypcyjnej (ale rybosomów brak w dojrzałych erytrocytach).
Aparat Golgiego
-
złożony z błon retikulum gładkiego odpowiada za chemiczne modyfikacje substancji
zużywanych przez komórkę, bądź wydzielanych poza nią
Funkcje:
•
uczestniczy w aktywacji i modyfikacji białek (zachodzi w nim proces fosforylacji i
glikozylacji białek)
•
stanowi centrum sortujące białka do odpowiednich przedziałów komórkowych
•
bierze udział w egzocytozie
•
w komórkach roślinnych wytwarza wielocukry niezbędne do budowy ściany
komórkowej, w zwierzęcych mukopolisacharydy budujące np. substancje
pozakomórkowe w chrząstce
•
z odrywających się od aparatu pęcherzyków powstają lizosomy
Lizosomy
- pęcherzyki wypełnione enzymami hydrolitycznymi, które rozkładają substancje
wielkocząsteczkowe
Powstawanie:
- z pęcherzyków oddzielających się od aparatu Golgiego
Funkcje:
•
biorą udział w trawieniu wewnątrzkomórkowym substancji o zewnętrznym
pochodzeniu (heterofagia) lub własnych struktur komórkowych (autofagia)
•
zawartość lizosomów może być wydzielona poza komórkę, gdzie uczestniczy w
trawieniu pozakomórkowym
Środowisko lizosomu jest kwaśne, co jest wynikiem działania pompy H+.
Peroksysomy i glioksysomy
- małe organella otoczone pojedynczą błoną zawierające enzymy odpowiedzialne za
przeprowadzanie specyficznych procesów.
Peroksysomy
•
powszechne w komórkach roślin i zwierząt
•
biorą udział w procesach utleniania biologicznego (zawierają katalazę neutralizującą
nadtlenek wodoru)
•
neutralizują alkohol etylowy utleniając go do aldehydu octowego
•
zaangażowane są w metabolizm kwasów tłuszczowych i aminokwasów
•
u roślin uczestniczą w fotooddychaniu
Glioksysomy
•
występują wyłącznie w magazynujących lipidy komórkach nasion
•
zachodzi w nich cykl glioksalowy odpowiedzialny za przemianę lipidów w sacharozę
Mitochondria i chloroplasty
-
półautonomiczne organella przekształcające energię w komórce
PODOBIEŃSTWA W BUDOWIE ORAZ FUNKCJI
•
są jedynymi, poza jądrem, strukturami otocznymi dwiema błonami
•
zawierają własny materiał genetyczny (kolista cząsteczka DNA)
•
posiadają własne rybosomy (70S) (mniejsze od rybosomów cytoplazmatycznych)
•
wykazują pewien stopień autonomii wobec komórek w których się znajdują (część
własnych białek produkują same przy udziale własnego DNA i własnych rybosomów)
•
dzielą się niezależnie od komórki (jądra komórkowego)
•
w błony wewnętrzne tych organelli wbudowane są przenośniki elektronów i zachodzi
w nich synteza ATP
Dowody na prokariotyczne pochodzenie organelli półautonomicznych
•
Obecność nagiej kolistej cząsteczki DNA
•
Zawierają rybosomy 70S
•
Błona wewnętrzna mitochondrium tworzy wpuklenia przypominające mezosomy
bakterii tlenowych
•
Obecność chlorofilu w ciałkach chromatoforowych sinic i błonach tylakoidów
chloroplastów
•
Organella półautonomiczne otoczone są podwójna błoną (wewnętrzna jest dawną
błoną prokarionta, zewnętrzna błoną wakuoli trawiennej komórki eukariotycznej)
Wakuola
- przestrzeń komórki ograniczona błoną śródplazmatyczną (tonoplastem), zawierająca
sok wakuolarny
Powstawanie:
•
z pęcherzków (prawakuol) oddzielających się z retikulum endoplazmatycznego lub
aparatu Golgiego
Składniki soku wakuolarnego:
•
woda (90%)
•
sole mineralne
•
kwasy organiczne, aminokwasy, cukry
•
metabolity wtórne (glikozydy, alkaloidy, garbniki)
•
żywice
•
składniki zapasowe (białka, tłuszcze, polisacharydy)
Funkcje wakuoli:
•
utrzymywanie turgoru komórki
•
magazyn jonów i związków, które uczestniczą w metabolizmie komórki, oraz miejsce
stałego gromadzenia składników zapasowych i toksycznych
•
stanowi wewnętrzne środowisko komórki, zapewniające jej względny stan równowagi
fizjologiczno-biochemicznej przy niekorzystnych zmianach w środowisku
zewnętrznym
Ściana komórkowa
- sztywna i elastyczna struktura otaczająca protoplast komórki
- obecna w komórkach roślinnych, grzybów i niektórych protestów. W każdej z tych grup
organizmów jest ona zbudowana z innych substancji (głównie chityna, celuloza, lignina)
- nadaje komórce kształt, wzmacnia ją i chroni przed mikroorganizmami
Ściana komórkowa u roślin:
- tworzona jest pod koniec podziału komórki w wyniku aktywności aparatu Golgiego (tzw.
ściana pierwotna)
- składnikiem szkieletowym jest celuloza, natomiast „wypełnienie” tworzą woda, pektyny,
hemiceluloza i białka
- znajdująca się między dwiema ścianami blaszka środkowa umożliwia zespolenie
sąsiadujących komórek
- jamki w ścianach umożliwiają kontakt protoplastów sąsiadujących komórek (plazmodesmy)
- często ulega modyfikacjom, np. inkrustracji ligniną lub adkrustacji kutyną lub suberyną
(ściana wtórna)
Cytoszkielet komórkowy
Rodzaje filamentów białkowych tworzących cytoszkielet
Mikrofilamenty:
•
Zbudowane ze splecionych łańcuchów aktyny
•
Odpowiadają za zmianę kształtu i ruch pełzakowaty komórki
•
Poprzez interakcje z miozyną tworzą kurczliwe układy odpowiedzialne za skurcz
mięśni
•
Tworzą pierścień zaciskowy umożliwiający cytokinezę komórek zwierzęcych
Filamenty pośrednie:
•
Zbudowane z różnych białek (np. laminy, keratyny) głównie zapewniają wytrzymałość
mechaniczną komórkom
Mikrotubule:
•
Kształt pustego cylindra zbudowanego z białka tubuliny (układ 9x2+2)
•
W komórkach zwierzęcych i grzybów zakotwiczone w centrosomie zawierającym 2
centriole (układ 9x3)
•
Formują rzęski i wici umożliwiając komórkom poruszanie się (uwaga!odmienna
budowa rzęski bakteryjnej – cylinder pusty w środku zbudowany z flageliny
zakotwiczony w osłonie bakteryjnej)
•
Utrzymują poszczególne organelle w odpowiednim położeniu w komórce
•
Stanowią szlaki transportowe komórki, po których poruszają się organella
komórkowe
•
Tworzą wrzeciono podziałowe umożliwiając precyzyjny rozdział chromosomów do
komórek potomnych
Jądro komórkowe
- największa organella, oddziela od cytoplazmy główny zasób informacji
genetycznej komórki
- jego obecność lub brak w komórkach stanowi podstawę podziału świata istot żywych na
organizmy bezjądrowe (prokarionty) i jądrowe (eukarionty).
- obecne w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych, z wyjątkiem tych najbardziej
wyspecjalizowanych, jak członach rurek sitowych i erytrocytach ssaków.
- zwykle jedno w komórce, ale komórki mogą też posiadać dwa jądra (grzyby, orzęski) lub
więcej (komórki wielojądrowe – plazmodia i syncytia)
Skład chemiczny i funkcje chromatyny
Funkcje jądra komórkowego
•
Do głównych zadań jądra komórkowego należy:
•
Powielanie zawartego w nim materiału genetycznego i
przekazywanie go do komórek potomnych;
•
Przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na
pokolenie dzięki udziałowi w tworzeniu komórek
płciowych;
•
Sterowanie podstawowymi procesami życiowymi
komórki poprzez regulację dwóch ważnych procesów:
odczytywania informacji ukrytych w cząsteczkach DNA i
dostosowania instrukcji w postaci RNA do biosyntezy
białek.
Część II. Podziały komórki
Cykl komórkowy
-obejmuje okres między końcem jednego i końcem następnego podziału komórkowego
Interfaza – okres między dwoma podziałami komórki. Składa się z :
•
Fazy G1 – bezpośrednio po podziale, poprzedza syntezę DNA. W fazie tej następuje
wzmożona synteza białek, organelli i wzrost komórki.
•
Fazy S – faza replikacji DNA (ilość cząsteczek DNA – „c” ulega podwojeniu) i syntezy
histonów, białkowych składników chromosomów.
•
Fazy G2 – obejmującej okres po syntezie DNA do rozpoczęcia mitozy.
Faza M – obejmuje podział komórki (najczęściej mitozę). Składa się z dwóch etapów:
kariokinezy (podział jądra) oraz cytokinezy (podział cytoplazmy).
Zdarza się, że komórka z fazy G1 wchodzi w fazę G0, która jest stanem spoczynkowym
komórki. W fazie tej komórki tracą zdolność dzielenia się.
Cykl komórkowy może być przerwany kiedy komórka wejdzie w stan apoptozy, czyli
zaprogramowaną genetycznie śmierć . Komórka wtedy rozpada się na tzw, ciałka
apoptotyczne, które usuwane są przez komórki odpornościowe. Proces apoptozy komórek
ma ważne znaczenie w prawidłowym rozwoju i życiu organizmów. W przeciwieńastie do
apoptozy nekroza jest zjawiskiem nagłym i spowodowana jest np, mechanicznym
zniszczeniem komórki. Dochodzi do uwolnienia zawartości komórki do tkanki i utworzenia
procesu zapalnego.
Mitoza
- profaza – kondensacja chromatyny (zanik jąderka, wyodrębniają się chromosomy, każdy
zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych), następuje rozpad otoczki jądrowej,
centrosomy rozchodzą się do przeciwnych biegunów komórki
- metafaza – chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej komórki, włókna
wrzeciona przyłączają się do centromerów chromosomów
- anafaza – włókna wrzeciona skracają się, centromery w chromosomach pękają a do
biegunów komórki przyciągane są połówki chromosomów – chromatydy
- telofaza – jest odwróceniem profazy, odtwarzana jest otoczka, następuje de kondensacja
chromatyny, pojawia się jąderko
Znaczenie mitozy
•
Komórki potomne powstałe w wyniku mitotycznego podziału jądra komórkowego nie
różnią się pod względem genetycznym od komórki macierzystej. Mitoza służy zatem
namnażaniu się komórek, niezbędnemu do wzrostu.
•
Niezmienność informacji przekazywanej z komórki do komórki zapewnia możliwość
regeneracji zużytych lub uszkodzonych komórek – dzięki mitozie zostają one
zastąpione przez swoje własne kopie.
•
Mitoza umożliwia bezpłciowe rozmnażanie wielu organizmom. Potomstwo powstałe
tą drogą jest dokładnie takie samo jak organizm rodzicielski, ponieważ ma takie same
geny. Jest nazywane klonem.
•
Poprzedza powstawanie gamet u roślin.
Cytokineza – podział cytoplazmy
W komórkach zwierzęcych w poprzek płaszczyzny równikowej tworzy się bruzda podziałowa.
Jest ona efektem zaciskania się pierścienia zbudowanego z mikrofilamentów aktynowych
W komórkach roślinnych dochodzi do wytworzenia przegrody pierwotnej (fragmoplastu).
Następnie na jej obszarze powstaje pektynowa blaszka środkowa, a po obu jej stronach
celulozowe ściany pierwotne. W procesach tych uczestniczy aparat Golgiego.
Mejoza
Składa się z dwóch podziałów:
•
Redukcyjnego – dochodzi w nim do zmniejszenia materiału genetycznego w dzielącej
sie komórce o połowę (z 2n do n). Składa się z :
Profazy I – w fazie tej zanika otoczka,
wyodrębniają się chromosomy, chromosomy
homologiczne tworzą pary (biwalenty), dochodzi
do wymiany odcinków chromatyd
niesiostrzanych (crossing-over)
Metafazy I – w płaszczyźnie równikowej komórki
układają sie pary chromosomów
Anafazy I – w wyniku skracania włókien
wrzeciona do biegunów komórki rozchodzą sie
pojedyńcze chromosomy
Telofaza I – dekondensacja chromatyny i
odtworzenie jądra
•
Zachowawczego – ma przebieg analogiczny do mitozy (profaza II, metafaza II, anafaza
II, telofaza II)
Znaczenie mejozy
•
Prowadzi do powstania komórek (gamet, zarodników) o zmniejszonej o połowę
liczbie chromosomów i zapobiega zwielokrotnianiu się liczby chromosomów w
kolejnych pokoleniach organizmów rozmnażających się płciowo.
•
Jest źródłem zróżnicowanego genetycznie potomstwa. Powodami tego zróżnicowania
jest:
częściowa, mająca również przypadkowy charakter, wymiana
fragmentów chromosomów pochodzących od ojca i od matki
(crossing- over w profazie I mejozy)
losowe rozchodzenie się chromosomów do jąder potomnych gamet (w
czasie anafazy I mejozy);
Zarówno mitoza, jak i mejoza to pośrednie podziały jądra komórkowego, natomiast amitoza
jest bezpośrednim podziałem jądra (przebiega bez powstawania chromosomów i polega na
przewężeniu jądra i utworzeniu dwóch jąder potomnych. Ma miejsce w makronukleusie
orzęsek lub w komórkach nowotworowych.