Ćwiczenia 2
Budowa i funkcjonowanie komórek ciała człowieka. Czynności komórek nerwowych i mięśniowych.
Teorię budowy komórkowej organizmów sformułowali na początku XIX w. dwaj niemieccy uczeni :
Botanik - Schleiden Matthias,
Fizjolog - Schwann Theodor.
Choć znane są także organizmy bezkomórkowe tj. wirusy ale one bez komórki gospodarz nie przetrwałyby.
Komórka - jest podstawową jednostką funkcjonalną i strukturalną organizmów. Kształtowana jest przez zawarte w niej geny ( położone w obszarze jądrowym cytoplazmy).
Wyróżniamy dwa rodzaje komórek:
prokariotyczne,
eukariotyczne.
Komórki mogą być różne morfologicznie i anatomicznie(ryc.)
Komórka jest otoczona błoną cytoplazmatyczną a poszczególne struktury w komórce są oddzielone jedną lub dwiema błonami od cytoplazmy.
Błony komórkowe zbudowane są z lipidów i białek( płynna mozaika czyli są to struktury zmieniające się w czasie).
Lipidy uniemożliwiają przedostanie do wnętrza komórki substancji rozpuszczonych w wodzie , w przciwieństwie do białek, które umożliwjają transport substancji chemicznych przez błony komórkowe( zwykle zgodnie z gradientem stężeń czyli z obszaru większego stężenia do obszaru o mniejszym stężeniu).
Transport substancji wbrew gradientowi wymaga energii i jest to tzw. transport aktywny.
Oprócz funkcji oddzielających, ochronnych i transportowych błony komórkowe odbierają i przewodzą sygnały
(rozróżnienie, wzmocnienie, przenoszenie) czyli bodźce - funkcja informacyjna( na powierzchni błony znajdują się receptory białkowe tzw. glikoproteina, która ma zdolność do wiązania się z cząsteczką sygnałową. Co pociąga zmiany w strukturze białka receptorowego, które wpłynie na białko enzymatyczne we wnętrzu komórki.
Cytoplazma - składa się z cytoplazmy podstawowej(cytozol) i zawieszonych w niej - struktur. Cytozol stanowi połowę objętości komórki. Składa się on z wody i białka. Przez cytoplazmę odbywa się transport różnych związków chemicznych między organellami oraz zachodzą ważne reakcje chemiczne(oddychanie komórkowe i biosynteza białka - rybosomy).
Cytoplazma komórek eukariotycznych wykonuje ruchy wewnątrzkomórkowe i jest ona podzielona strukturami błoniastymi:
siateczką wewnątrzplazmatyczną - to system kanałów łączących się z zewnętrzną błoną otoczki jądra komórkowego. Mamy dwa rodzaje siateczki - szorstką(na jej powierzchni są rybosony) oraz gładką( miejsce produkcji lipidów),
aparatem Golgiego - leży dalej od jądra i składa się z cystern i pęcherzyków, tu odbywa się synteza cukrów i ich włączenie do białek i lipidów.
Rybosomy - występują w każdej komórce, w komórce eukariotycznej jest ich parę milionów. Rybosomy leżą w: cytoplaźmie, mitochondriach i plastydach. Rybosomy syntezują białka.
Lizosomy - pęcherzyki, struktury zawierające enzymy hydrolityczne rozkładające białka, lipidy, węglowodany i kwasy nukleinowe. Lizosomy występują u zwierząt i ludzi i trawią pobrany przez komórkę pokarm, trawią niepotrzebne składniki oraz biorą udział w niszczeniu niektórych komórek.
Fagosomy - pęcherzyki zawierające materiał, który ma być strawiony, łączą się z lizosomami i powstaje fagolizosom w którym następuje trawienie.
Peroksysomy - zawierające enzymy utleniające substancje organiczne np. alkohol. Zachodzi w nich rozpad kwasów tłuszczowych i neutralizowanie substancji trujących.
Cytoszkielet komórki - nie jest sztywny i w nim można wyróżnić mikrotubule( białkowe spirale) - utrzymują poszczególne organelle w komórce, budują wrzeciono podziałowe, wzdłuż którego odbywa się ruch chromosomów oraz umożliwiają ruch wici i rzęsek a także umożliwiają transport w komórce. Mikrotubule leżą w pobliżu jądra.
Mitochondria - to centra energetyczne komórki, liczba ich, kształt i struktura zależą od aktywności metabolicznej danej komórki a ściślej mówiąc od oddychania tlenowego, które w mitochondriach zachodzi. Mitochondria mają kształt kulisty i w aktywnej komórce może ich być kilka tysięcy. W mitochondriach znajduje się mitochondrialne DNA oraz rybosomy.w mitochondriach zachodzi oddychanie tlenowe.
Jądro komórkowe - zawiera materiał genetyczny w postaci DNA, przez co decyduje o przebiegu wszystkich reakcji biochemicznych w komórce(przepisywanie na RNA - transkrypcja oraz podwojenie przed podziałem jądra - replikacja). Jądro u człowieka i innych ssaków, ma każda komórka poza erytrocytami czyli komórkami krwi. Zwykle w komórce jest jedno jądro, poza komórkami tworzącymi włókna mięśniowe(syncytia), gdzie jest wiele jąder. Jądro ma zwykle kształt kulisty i otoczone jest dwoma błonami. Powłoka jądra ma pory, dzięki którym możliwy jest transport białek strukturalnych, potrzebnych do transkrypcji i replikacji.
Wnętrze jądra wypełnia chromatyna - substancja złożona z DNA i białek zasadowych zwanych histonami oraz białek niehistonowych i RNA.
Wydzielonym obszarem jądra jest - jąderko w którym następuje synteza rRNA i tworzenie pojedynczych rybosomów.
Z chromatyny wypełniającej jądro komórkowe, w wyniku jej skondensowania przed podziałem komórki powstają struktury zwane chromosomami.
Chromosom składa się z dwóch podłużnych połówek zwanych chromatydami połączonych centromerem. Każdy gatunek ma charakterystyczną dla siebie liczbę chromosomów określanych jako kariotyp. Może on zawierać zestaw pojedyńczy chromosomów czyli haploidalną liczbę chromosomów( komorka haploidalna ma jeden gen kodujący białko warunkujące powstanie określonej cechy) albo zestaw podwójny czyli liczbę diploidalną chromosomów( chromosomy homologiczne - ma 2 geny kodujące powstawanie cech).
Każda komórka ma swój czas, ale jest też nieśmiertelna w ciałach potomstwa.
W cyklu komórkowym zmienia się zawartość DNA w jądrze komórkowym.
W komórce znajdują się białka zwane cyklinami. Zmieniające się stężenie cyklin i ich aktywność decydują o przebiegu cyklu komórkowego.
W czasie poprzedzającym podział komórki w jądrze komórkowym następuje replikacja DNA i po podziale komórki jądra komórek potomnych zawierają nici chromatydowe o takiej samej sekwencji zasad jak jądro komórki macierzystej. Przeniesienie informacji genetycznej z łańcuch DNA na łańcuchy polipeptydowe zachodzi dzięki procesom transkrypcji i translacji.
W komórkach somatycznych ( komórkach ciała) tylko nieznaczna liczba genów podlega ekspresji, dzięki transkrypcji matrycowego RNA na łańcuchach DNA przy udziale polimerazy i działającej do niej antagonistycznie - restryktazy.
W jądrze komórkowym na łańcuchu DNA syntetyzowane są trzy rodzaje kwasów rybonukleinowych(RNA):
matrycowy - m RNA - zawierający do kilku tysięcy nukleotydów,
transportujący - tRNA - zbudowany z 75 - 85 tysięcy nukleotydów,
rybosomalny - r RNA.
W jądrze komórkowym widoczne są struktury zwane jąderkami, są to skupiska kwasów rybonukleinowych zsyntetyzowanych i zmagazynowanych w jądrze, aż do czasu ich przesunięcia do cytoplazmy.
Metabolizm wewnątrzkomórkowy
Komórki pobierają z płynu międzykomórkowego składniki odżywcze ( glukozę, aminokwasy ( białka) i kwasy tłuszczowe przez błonę komórkową dzięki różnicy stężeń(dyfuzja).Wyzwolenie energii ze składników odżywczych odbywa się przez proces odłączania atomów wodoru od produktów rozpadu i przenoszenia ich na atomy tlenu. Stale do komórki na drodze dyfuzji dostarczany jest tlen z płynu międzykomórkowego.
Wytwarzanie energii w komórce jest istotą oddychania wewnątrzkomórkowego( faza beztlenowa - glikoliza glukozy i faza tlenowa - pirogronian rozpada się na dwutlenek węgla i wodę). Glikoliza i powstawanie pirogronianu przebiega w cytoplazmie.
Procesy biosyntezy komórkowej podlegają kontroli humoralnej lub nerwowej ze strony innych komórek położonych często w odległych narządach ale sama komórka ma swoją samoregulację - enzym. Gdy ta regulacja zawiedzie komórka może obumrzeć.
Komórki nabłonka, krwiotwórcze i tkanki łącznej zachowują zdolność do podziałów przez całe życie. Po zakończeni procesu wzrastania nie dzielą się komórki nerwowe i mięśni poprzecznie prążkowanych. Jeśli brak tlenu w komórce to ona obumiera tzw. nekroza( samostrawienie).Śmierć komórek może nastąpić w wyniku wpływu czynników fizycznych lub/i chemicznych, ale każda komórka ma zaprogramowaną śmierć czyli apoptozę. Komórki podlegające apoptozie są usuwane przez komórki żerne fagocyty.
Komunikacja między komórkami
`Funkcjonowanie człowieka jest możliwe dzięki komunikacji między komórkami(plamki przylegania i połączenia szczelinowe)- synapsy.
Czynności komórek nerwowych i mięśniowych
Układ nerwowy zbudowany jest z komórek nerwowych zwanych neuronami. Neurony przekazują informacje w postaci impulsów bioelektrycznych do innego neuronu( akson/dendryt), mięśni lub gruczołów. Komórka nerwowa składa się z aksonu (długa wypustka), dendrytów(wypustki krótkie) i ciała komórki. Ryc.
Neurony otaczają komórki glejowe, które ją ochraniają i odżywiają.
Dendryty przekazują impulsy nerwowe do ciała komórki a akson przenosi impulsy nerwowe do innego neuronu, mięśnia lub gruczołu.
Niektóre aksony otoczone są osłonką mielinową i noszą nazwę włókien rdzennych, inne nie mające tej osłonki mielinowej nazywamy bezrdzennymi. Osłonka ta przyśpiesza prędkość transmisji impulsu nerwowego, izoluje go i chroni przed urazami a także wspomaga regenerację jeśli zostanie on uszkodzony. Osłonka ta zbudowana jest z fosfolipidów. Osłonka ta otaczając akson co 1mm ma przewężenia Raniviera, co przyśpiesza przewodzenie impulsów.
Mamy trzy rodzaje neuronów:
czuciowe - odbierają bodźce z narządów zmysłów i przekazują je do OUN( Ośrodkowego Układu Nerwowego),
kojarzeniowe - występują w OUN i stanowią ośrodek zarządzania czyli przyjmują, przetwarzają i przesyłają informacje do neuronów ruchowych,
ruchowe - przewodzą impulsy z mózgu do mięśni i gruczołów.
Wiązki włókien nerwowych - ruchowych i czuciowych - tworzą nerwy.
W układzie nerwowym występują komórki glejowe stanowiące tkankę podporową komórek nerwowych oraz wychwytują i metabolizują transmitery przez co wpływają na przewodnictwo sympatyczne. Komórki glejowe występują jako:
neuroglej( oligodendrocyty, astrocytyep, endymocyty, neurolemocyty( komórki Schwanna),
komórki mezogleju tzw.mikroglej o właściwościach żernych - pożerają uszkodzone komórki nerwowe.
Przenoszenie i przetwarzanie informacji w sposób przerywany czyli impulsowy zachodzi we włóknach nerwowych. Receptory zawarte w narządach zmysłów odbierają bodźce ze środowiska zewnętrznego i drogami wstępującymi przenoszą je do ośrodków w naszym mózgu, gdzie powstaje informacja zwrotna, która drogą włókien nerwowych zstępujących wraca do narządów wykonawczych np. mięśni np. ugryzienie przez osę.
Komórki mięśniowe - mamy:
komórki mięśniowe poprzecznie prążkowane,
komórki mięśni gładkich,
mięsień sercowy też poprzecznie prążkowany ale niezależny od naszej woli.
Komórka mięśniowa poprzecznie prążkowana otoczona jest sarkolemą - pobudliwą błoną komórkową, jej wnętrze wypełnia sarkoplazma i pęczki włókienek mięśniowych. Mięśnie poprzecznie prążkowane składają się z włókien mięśniowych tzw. miocytów o mniejszym lub większym współczynniku załamania światła(dlatego prążkowane). Miocyt - to długa cienka komórka o zaostrzonych końcach. Wewnątrz niej znajdują się włókienka kurczliwe tzw. miofibryle. W częściach końcowych włókna te przechodzą w ścięgna.
Pod wpływem bodźca fizjologicznego w tym przypadku acetylocholiny uwolnionej w synapsach nerwowo mięśniowych dochodzi do pobudzenia błony komórkowej czyli do depolaryzacji służącej otwarciu kanału dla przepływu jonów sodowych i wolnych jonów wapniowych, dzięki temu wytwarza się energia dla czynności mechanicznej komórki mięśniowej.(sprzężenie mechaniczno - chemiczne).
Potem dochodzi do następnej depolaryzacji i do sprzężenia elektromechanicznego( to podstawa skurczów i rozkurczów mięśni).
Komórka mięśniowa zawsze na bodziec odpowiada maksymalną siłą.
Wyróżniamy pojedyncze skurcze mięśni szkieletowych:
izotoniczne - mięsień ulega skróceniu ale napięcie nie zmienia się,
izomeryczne - zwiększenie napięcia mięśni , bez zmian jego długości.
Słabe bodźce działając na mięsień powodują skurcz tylko części komórek mięśniowych. Pobudzenie wszystkich komórek mięśniowych wywołuje skurcz maksymalny. Większa część energii wytworzonej w komórce mięśniowej z metabolizowania glukozy, jest zamieniana na energię cieplną.
Neurony ruchowe skupione w pniu mózgu i w rdzeniu kręgowym wysyłają stale impulsy do mięśni szkieletowych( słaby skurcz izomeryczny).
Napięcie mięśniowe jest regulowane:
przez nadrzędne ośrodki ruchowe w OUN,
dzięki samoregulacji.
Np. skurcz izotoniczny mięśni zginaczy powoduje jednoczesnerozciągnięcie mięśni antagonistycznych czyli prostowników.
Impulsy nerwowe stale krążące pomiędzy receptoramiwe wrzecionach nerwowo - mięśniowych zapewniają napięcie wszystkich mięśni szkieletowych dostosowane do pozycji całego ciała oraz ustawienie kończyn i głowy w stosunku do tułowia. Impulsy krążące po ` zamkniętej pętli” sprzężenia zwrotnego czyli pomiędzy rdzeniem kręgowym a mięśniami utrzymują samoregulację napięcia mięśniowego.
Komórka mięśniowa gładka - jej wnętrze wypełniają nitki kurczliwe położone równolegle, wzdłuż długiej osi komórki.
Komórki mięśni gładkich tworzą:
wielojednostkowe mięśnie gładkie - poszczególne komórki kurczą się niezależnie i pobudzenie nie przenosi się z jednej komórki na drugąnp w naczyniach krwionośnych i tęczówce oka;
trzewne mięśnie gładkie - to pierścienie równolegle ułożonych komórek w których pobudzenie przenosi się z komórki do komórki np. w ścianach przewodu pokarmowego, w moczowodach, pęcherzu moczowym i macicy. Komórki mięśni trzewnych wykonują skurcze i zmieniają napięcie.
Na komórki mięśni gładkich działają dwa transmittery:
noradrenalina - wydzielana na zakończeniach neuronów układu współczulnego;
acetylocholina- wydzielana na zakończeniach neuronów układu przywspółczulnego.
Np. trzewne mięśnie gładkie przewodu pokarmowego rozkurczają się pod wpływem noradrenaliny a kurczą się pod wpływem acetylocholiny.
Mięsień sercowy - jest zbudowany z mięśni poprzwcznie prążkowanych ale ich czynność nie zależy od naszej woli.
18