Biologia komórki roślinnej

21.11.2012

Wykład 1

• pierwsze były komórki prokaryotyczne

• 1 mld 400 mln lat temu powstały komórki eukaryotyczne

• mykoplazmy - najprostsze

	PROCARYOTA	EUCARYOTA
Wielkość komórki	1-10 m	10-1000m
Metabolizm	Anaeroby, aeroby	Aeroby
organella	nukleoid, tylakoidy, mezosomy, rybosomy 70s	Jądro, mitochondria, plastydy, ER, AG, rybosomy 80s
cytoplazma	Brak cytoszkieletu, brak ruchu, brak endo- i egzocytozy	Cytoszkielet: mikrotubule, różne ruchy cytoplazmy, endo i egzocytoza
DNA	Koliste w cytoplazmie tylko egzony	Bardzo długie, liniowe, introny i egzony, histony, otoczka jądrowa
RNA i białka	Transkrypcja i translacja w cytoplazmie	Transkrypcja w jądrze, translacja w cytoplazmie
Podział komórki	Podział prosty komórki i nukleoidu	Chromosomy, podziały: mitoza i mejoza, wrzeciono podziałowe: kariokinetyczne i cytokinetyczne
Organizacja komórkowa	jednokomórkowce	Głównie wielokomórkowce, różne typy tkanek, 60 bilionów komórek

Różnice zawartości DNA w komórkach :

• PROCARYOTA

• mała mykoplazma - 1,6 par zasad DNA x 10 do 6

• pałeczka okrężnicy E.coli - 4 par zasad DNA x 10 do 6

• duża cyjanobakteria - 16 par zasad DNA x 10 do 6

• Eucaryota

• mitochondrium drożdży piekarniczych- 2-3 par zasad DNA x 10 do 6

• drożdże piekarnicze - 12-20 par zasad DNA x 10 do 6

• pierwotniaki - 55-320 000 par zasad DNA x 10 do 6

• komórki ssaków - 2 800 - 5 300 par zasad DNA x 10 do 6

Archebacteria- brak peptydoglikanu w ścianie komórkowej. Introny w DNA, różnice w rRNA, lipidach i enzymach. Baterie halofilne (barwnik bakteriorodopsyna), metanogenne, termoacidofilne (60-100stopni C przy pH 1,2)

Eubacteria- Peptydoglikan w ścianie komórkowej. Tylko egzony w DNA. Cyjanobacteria-sinice. Photochlorophyta. Bacteria klasy:Mycoplasmae, Bakterie właściwe, Myxobacterie (śluzowe), krętki, siarkobakterie, riketsje, baterie nitkowate.

Daty:

1665-Hooke użył prymitywnego mikroskopu do opisu małych latek w przekroju korka, którym dał nazwę komórki.

1674- Leeuwenhoek ogłosił swoje odkrycie pierwotniaków. 9 lat później zobaczył pierwsze bakterie.

1833 Brown opublikował swoje mikroskopowe obserwacje storczyków wyraźnie opisując jądro komórkowe.

1838- Schleiden i Schwann zaproponowali teorię komórkową, stwierdzając, że zawierająco jądro komórka jest uniwersalnym elementem budowy tkanek roślin i zwierząt.

1857- Kolliker opisał mitochondria w komórkach mięśni.

1879- Flemming bardzo wyraźnie opisał zachowanie się chromosomów podczas mitozy w komórkach zwierząt.

1881-Cajal i inni histologowie opisali metody barwienia, które ujawniły strukturę komórek nerwowych i organizację tkani nerwowej.

1898-Golgi po raz pierwszy opisał aparat Golgiego, zobaczył go dzięki wybarwieniu azotanem srebra.

1902- Boveri odkrył powiązania chromosomów z dziedzicznością, obserwując ich zachowania podczas rozmnażania płciowego.

1952- Palade, Porter i Sjostrand rozwinęli metody mikroskopii elektronowej, które pozwoliły po raz pierwszy zobaczyć wiele struktur wewnątrzkomórkowych. Wykazano, że mięsień zawiera układ fi lamentów białkowych co było pierwszym dowodem istnienia cytoszkieletu.

1957- Robertson opisał dwuwarstwową strukturę błony komórkowej.

1960- Kendrew stosując krystalografię rentgenowską uzyskał po raz pierwszy strukturę przestrzenną białka (mioglobina ze spermy kaszalota) o rozdzielczości 0,2nm. Perutz zaproponował strukturę hemoglobiny o mniejszej rozdzielczości.

1968- Petran i współpracownicy skonstruowali mikroskop konfokalny.

1974- Lazandes i Weber rozwinęli metody immunocytochemii stosując przeciwciała znakowane fluorescencyjnie do wykrywania cytoszkieletu.

1994- Chalfie i współpracownicy wprowadzili do badań mikroskopowych nowy znacznik - białko o zielonej fluorescencji (GFP).

Komórki eukariotyczne

Różnią się od prokariota wysoce skomplikowaną strukturą wewnętrzną.

Mają cytoszkielet, skomplikowany system organelli błonowych (ER, Ap.Golg) i organelli półautonomicznych (mitochondria, chloroplasty).

Mogą być samodzielnymi organizmami, tworzyć kolonie lub wielokomórkowe agregaty.

Komórka roślinna:

A)Protoplast

-cytoplazma (matrix cytoplazmatyczna, błony: plazmolemma i tonoplast, ER, rybosomy, struktury Golgiego, mikrociała/glioksysomy, peroksysomy, lizosomy, wakuole, mikrotubule i mikrofilamenty)

-jądro

-mitochondria

-plastydy (pro plastydy, leukoplasty, tioplasty, chloroplasty, chromoplasty)

Błony cytoplazmatyczne:

Zorganizowane, warstwowe, układy makromolekularne.

Nadają komórkom indywidualność przez oddzielenie od środowiska i pełnią funkcje niezbędne do życia komórek.

Wysoce selektywne bariery przepuszczalności.

Zawierają kanały, nośniki, pompy.

W komórkach eucariota tworzą oddzielne kompartmenty.

Wspólne cechy błon:

Grubość błon 6-10nm.

Zbudowane głównie z białek i lipidów w stosunku 1:4 do 4:1 oraz cukrowców.

Lipidy mają reszty hydrofobowe i hydrofilowe.

Mają specyficzne białka.

Są asymetryczne, spolaryzowane i półpłynne.

Są miejscem lokalizacji receptorów komórkowych.

Białka błonowe-białka związane ze strukturą błony biologicznej. Pełnią w błonach różne funkcje niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórki.

Występują jako:

-receptory-kontaktowanie komórki ze światem zewnętrznym, endocytoza

-enzymów-jak kompleksy białkowe syntetyzujące celulozę w komórkach roślinnych

-białka wiążące komórkę z innymi komórkami bądź elementami macierzy zewnątrzkomórkowej.

-białka uczestniczące w transporcie-kanały, przenośniki, pompy.

Transport przez błony

TRANSPORT
Przez błonę			Pęcherzykowy (z fragmentami błon)
Bez nośników	Z nośnikami		Egzocytoza	Endocytoza
Dyfuzja prosta Dyfuzja złożona	Dyfuzja ułatwiona	Transport aktywny		Pinocytoza Fagocytoza
			Pierwotny Wtórny Translokacja grupowa		Endocytoza receptorowa

Cytoplazma

Cytoplazma podstawowa(cytozol) oraz struktury błoniaste (organelle).

Cytozol- płynny, złożony koloid wodny, zawierający białka, lipidy, kwasy tłuszczowe, wolne aminokwasy oraz sole mineralne.

Ważny składnik cytoplazmy to sieć białkowych włókienek mikrofilamentów i mikrotubul, tworzących cytoszkielet.

W cytozolu są pozostałe plazmatyczne składniki komórek i zachodzi większość procesów metabolicznych.

Cytoplazma podstawowa- wypełniająca komórki substancja o pozornie jednolitej strukturze, mogąca przyjmować postać od cieczy do żelu. W niektórych typach cytoplazmy można zaobserwować rozróżnienie na dwa obszary:

-przylegającą do błony ektoplazmę

-wewnętrzną endoplazmę

Enzym markerowy cytoplazmy podstawowej- dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa (G6PD).

Cytoplazmę podstawową przenikają układy błonowe. OD zewnątrz ogranicza ją plazmalemma.

Cytoplazma podstawowa jest substancją koloidalną i w jej skład wchodzą:

-związki organiczne

-związki nieorganiczne pierwiastków: wapń, magnez, potas, cynk, miedź, mangan, fosfor, tlen, chlor, siarka, węgiel, bor, azot.

-faza rozpraszająca- woda

-organella- np. mitochondria, plastydy, peroksysomy, lizosomy, wakuole, cytoszkielet.

Kalmodulina- białko modulatorowe, występujące powszechnie u eucariota, działające w obecności jonów wapnia. Przyłącza 4 jony wapnia powodując zmianę swojej konformacji, w wyniku czego powstaje kompleks, który aktywuje i stymuluje działanie wielu enzymów i pomp błonowo-jonowych i innych białek. M.cz=16,7kDa, ma 148 aminokwasów.

Ubikwityna- małocząsteczkowe białko występujące tylko u eucariota. Pełni kluczową role w naznaczaniu (ubiwitynacji), które mają ulec nielizosomalnej proteolizie. 76 reszt aminokwasowych, 8,6kDa. Struktura ubikwityny jest wysoce konserwatywna- denaturacja nie następuje nawet po gotowaniu czy działaniu stężonym kwasem. Peptyd występujący w preteasomach.

Potranslacyjna modyfikacja białek w ubiwitynacji polega na przyłączaniu do reszt lizyny danego białka grupy karboksylowej C-końca reszty glicyny ubikwityny (gly-76).

Retikulum endoplazmatyczne

Wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy system kanałów odizolowanych od cytoplazmy podstawowej błonami biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern, kanalików i pęcherzyków. Szczególnie rozbudowane w komórkach, gdzie zachodzi intensywna synteza białek.

Główne procesy w ER wraz z enzymami

Rodzaj przemian metabolicznych	Przykład enzymów
Przemiana białek -odcięcie odcinka sygnałowego -n-glikozylacja peptydów -modyfikacja łańcuchów oligosacharydowych peptydów	-endopeptydaza sygnałowa -transferazy glukozylowe -glukozydaza I -mannozydaza I
Przemiana lipidów -synteza triglicerydów -synteza fosfolipidów -synteza sfingolipidów -synteza cholesterolu -modyfikacja kwasów tłuszczowych	-syntetaza kwasów tłuszczowych -fosfotransferaza fosfatydylocholiny -metylotransferaza fosfatydyloetanoloaminy -acetylotransferaza sfingozyny -transacylazy
Utlenianie-redukcja -hydroksylacja węglowodorów -utlenianie nienasyconych kwasów tłuszczowych -przemiany steroidów	-oksydazy mikrosomowe
Transport do wnętrza siateczki -transport Ca2+ -transport glukozy	-ATP-aza zależna od Ca2+ -glukozo-6-fosfataza
Odtruwanie -utlenianie -przyłączanie siarczanu -przyłączanie grup metylowych -acetylacja	-oksydazy mirosomowe -transferaza siarczanowa -transferaza metylowa -acetylazy

Aparat Golgiego

Organellum występujące niemal w każdej komórce eucariota, służące chemicznym modyfikacjom substancjo zużywanych przez komórkę lub wydzielanych poza nią.

Odbywa się tu:

-sortowanie i dojrzewanie białek i lipidów

-modyfikacje reszt cukrowych glikoprotein i glikolipidów

-synteza polisacharydów i mukopolisacharydów, glikozaminoglikanów, hemicelulozy, pektyny

Struktury błoniaste są dynamiczne, odbywa się przepływ substancji zawartych wewnątrz kanałów i pęcherzyków oraz błon.

W diktiosomie wyróżniamy dwa bieguny:

-cis (formowania)

-trans (dojrzewania)

Od cis do trans następuje wzrost stężenia lipidów. Po stronie cis: transferaza N-acetyloglukozaminy, galaktozylowa, fukozylowa, sialowa.

Sieć cis- przedział ratunkowy dla białe powstałych w ER, które przypadkowo złapały się w pęcherzyki płynące do ap. Golg. Są one wyłapane przez enzymy i skierowane z powrotem

Sieć trans-stacja rozdzielcza i sortująca. Produkty z wnętrza diktiosomu zostają rozsortowane zależnie od przeznaczenia i zapakowane do odpowiednich pęcherzyków:

-transportujących (dostarczają lipidy i białka do błony komórkowej)

-lizosomów i endosomy recyklujące

-egzosomy.

Przedział	Typowe barwienie lub metoda histochemiczna	Inne enzymy obecne w przedziale	Powinowactwo do lektyn	Najważniejsze procesy zachodzące w danym przedziale
Bliższy cis	Wyczernianie OsO4 Reakcja na G6Pazę (glukozo-6- fosfatazę)	Oksydazy NADH : NADPH zależne Mannozydaza 1 Fosfotransferaza N-acetyloglukozaminylowa	Konkawalina A ( ConA)	-usuwanie zewnętrznych reszt mannozowych z oligosacharydów -przyłączanie kwasów tłuszczowych do seryny -przyłączanie acetyloglukozaminofosfor. Do enzymów lizosomalnych -przyłączanie N-acetlogalaktozaminy w procesie O- glikozylacji
Środkowy	Reakcja na NADPazę	Transferaza N-acetyloglukozaminylowa Mannozydaza II	Aglutynina z rącznika pospolitego	-usuwanie dalszych reszt mannozowych z oligosacharydów -przyłączanie N-acetyloglukozaminy do oligosacharydó w procesie O-glikozylacji
Dalszy (trans)	Reakcja na TPP-azę Reakcja na NDP-azę	Transferaza galaktozylowa Transferaza fruktozylowa Transferaza sjalylowa Glukozaminidaza-N-acetyloglukozaminy Siarko transferaza 5'nuleozydaza ATPaza	Aglutynina z kiełków pszenicy	-Przyłączanie koncowych reszt cukrowcowych w procesie O- i N-glikozylacji. -Usuwanie N-acetyloglukozaminy z enzymów liposomowych i ujawnienie ugrupowania mannozo-6fosforanowego. -Przyłączanie grup siarczanowych do białek, glikoprotein i proteoglikanów. -Kontrolowana proteoliza. -Segregacja białek błonowych i wydzielniczych

Cytoszkielet

Sieć włóknistych struktur białkowych w komórce eukariotycznej, dzięki którym organella i substancje nie unoszą się swobodnie w cytoplazmie, ale zajmują określone miejsca. Cytoszkielet tworzą filamenty aktynowe (mikrofilamenty), mikrotubule (tu bulina) i fi lamenty pośrednie.

Filamenty aktynowe są strukturami statycznymi, zaś mikrotubule dynamicznymi, kurczącymi się i wydłużającymi, dzięki działalności białek motorycznych. Szkielet komórki jest elastyczny-szybka przebudowa zgodnie z potrzebami komórki.

Mikrofilamenty

Cienkie włókienka aktynowe. Pojedyncza cząsteczka aktyny jest białkiem kulistym. Każdy mirofilament składa się z wielu cząsteczek aktyny połączonych w dwa owijające się łańcuchy. Mirofilamenty mają średnicę 5-9nm, są giętkie i krótsze od mikrotubul.

Mikrotubule

Puste w środku rurki zbudowane z tu buliny. W komórce są 2 rodzaje tego białka - alfa i beta. Afla-tubulina łączy się z beta-tubuliną towrząc hetero dimery, z których powstają mikrotubule, a każda z nich ma 25nm średnicy. Komórka ciągle przebudowuje swoje mikrotubule dodając do nich nowe cząsteczki tu buliny (polimeryzacja) albo odrywając tu bulinę od mikrotubul (depolimeryzacja). Pojedyńcza mikrotubula żyje ok. 10 minut.

Filamenty pośrednie

Włókienka o średnicy 10nm. Tworzą nieregularną, rozgałęzioną sieć w cytoplazmie. Jest och b.dużo w komórkach narażonych na mechaniczne oddziaływanie. Filamenty pośrednie są twarde i nadają sztywność komórkom.

Kinezyny

Białka motoryczne wykazujące powinowactwo do mikrotubul i mające zdolność do poruszania się w kierunku ich dodatniego bieguna. Wraz z dyneinami poruszającymi się do ujemnego bieguna biorą udział w wielu ważnych procesach zachodzących w komórce, m.in. podziale komórkowym, transporcie wewnątrzkomórkowym i poruszaniu się. Kinezyny są ATPazami poprzez hydrolizę ATP uwalniają energię niezbędną do ruchu. Długość 80nm, 360kDa.

Dyneiny

Białka motoryczne poruszające się do ujemnego bieguna mikrotubul. Dyneiny dzielimy na dwie klasy:

-dyneiny cytoplazmatyczne

-dyneiny rzęskowe

Są ATPazami.

Ściana komórkowa

• zewnętrzny wytwór protoplastu

• podlega bardzo dużym zmianom

• skład : polisacharydy, lipidy, substancje aromatyczne, białka

• lignina może być traktowana jako cześć sygnałowa, a nie tylko substancja utwierdzająca ścianę

• związki fenolowe - cząsteczki sygnałowe

• uczestniczy w funkcjonalnej specjalizacji komórki

• w przypadku naczyń, podczas rozwoju komórki protoplast obumiera, a dojrzałą komórkę stanowi ściana komórkowa

• jest dynamicznym komponentem matriks zew-kom, która zmienia się w czasie życia komórki

• skład chemiczny : węglowodany : 11 cukrów i wiele połączeń 5x10 do 9

• celuloza - główny składnik . 15-30%, związki aromatyczne

• funkcje wynikają nie tylko ze specjalizacji strukturalnej ściany ale także obecności cząsteczek sygnałowych, które pełnią ważne funkcje w komunikacji kom / kom i jądro / kom.

• Polisacharydy : celuloza, hemicelulozy, pektyny

• Związki fenolowe : ligniny, kwasy fenolowe

• Białka : obronne, hydrolazy, transportujące, strukturalne

28.11.2013

Wykład 2

Podział komórek- kondensacja chromatyny

Zmiany w otoczce jądrowej

Wrzeciono podziałowe tworzy się w miejscu jądra

Wrzeciono nie może mieć biegunów

U drożdży wrzeciono podziałowe wewnątrz jądra i zachowana jest otoczka jądrowa

• MITOZA

• Profaza

• kondensacja chromosomów - kontrolowana przez odpowiednie geny oraz białko MPF inaczej p34. Aktywny MPF warunkuje także formowanie wrzeciona podziałowego i rozpad otoczki jądrowej, powoduje fosforylacje białek histonu H1 ( spiralizacja, upakowanie włókienek chromatynowych ) i H3

• formowanie wrzeciona podziałowego Astralne ( centriola, zwierzęta ) lub nieastralne ( rośliny) Złożone z 1000 do wielu tyś mikrotubul

Chromosomy przyczepiają się do wrzeciona w kinetochorach i biegną do bieguna.

1. mikrotubule kinetochorowe

2. mikrotubule innerbiegunowe ( nie łączą się z chromosomami)

3. mikrotubule wolne

4. pula białek tubuliny

5. białka motoryczne ( kinezyna i dyneina)

→ Kinezyna popycha prążki wzdłuż układu, segregacja chromosomów i mitozie, reorganizacja cytoszkieletu, wydłużanie wrzeciona podziałowego poprzez tworzenie mostków.

→ Dyneina bierze udział w przemieszczaniu się chromosomów w kierunku biegunów wrzeciona podziałowego.

6. Klmodulina - regulacja puli jonów Ca2+

• degradacja otoczki jądrowej i jąderka . Ustaje synteza rDNA, zmiany w białkach cytoszkieletu.

• METAFAZA

1. przemieszczanie się wrzeciona podziałowego w miejsce zajmowane przez jądro

2. przyłączanie się chromosomów do wrzeciona podziałowego poprzez kinetochory

3. ruch chromosomów do płaszczyzny równikowej wrzeciona (kongresja)

Chromosomy przyłączają się do wrzeciona podziałowego w płaszczyźnie równikowej w taki sposób, kinetochory chromatyd siostrzanych się połączą z mikrotubulami biegnącymi do przeciwnych biegunów, co po rozpoczęciu anafazy zapewni rozdzielenie chromatyd do przeciwnych biegunów

• ANAFAZA

Ruch chromosomów do przeciwnych biegunów zależy od wielu procesów i czynników ale nie zależy od własności wrzeciona podziałowego. Połączenia chromatyd są poza reginami centromerów.

Ruch chromosomów do biegunów jest uzależniony we znacznej mierze od mikrotubul wrzeciona podziałowego.

Trucizny mitotyczne

Kolichicyna zatrzymuje ruch.

Ruch anafazowy składa się z elementów:

1. redukcja odległości między kinetochorami i biegunami Anafaza A

2. wydłużanie odległości między biegunami

potem jest degradacja wrzeciona podziałowego.

• Telofaza

Regulacja cyklu komórkowego

• działanie cyklin i kinaz

• wytworzenie aktywnej kinazy M - czynnik MPF

• rozpad cyklin

INTERFAZA - produkcja cyklin G1

Bardzo ważne składniki odżywcze, czynniki wzrostowe.

CDK - aktywna kinaza fazy S

Kinaza p34

Synteza cyklin M

Cyklina Dcc 2 musi się połączyć z cyklinami ważnymi w procesie mitozy - tworzy się nieaktywny czynnik MPF - działanie kinaz MO15

MPF - 2 warstwy fosforanowe nieaktywny fosfataza gdy zadziała CD25 - aktywny MPF

MEJOZA

W tkance archesporialnej

1 profaza składa się z 5 stadiów : leptoten(długie cienkie nici), zygoten, pachyten(chromosomy oplatają się i uwidacznianie chromatyn), diploten(terminalizacja) i diapeneza

1 metafaza: ustawienie biwalentów

1 anafaza: rozchodzenie chromosomów

2 profaza jak w mitozie

(różnice między pierwszym podziałem mejotycznym a mitotycznym i w jakich tkankach występują)

05.12.2012

Wykład 3

Mitochondrium

Błona zewnętrzna-przepuszczalna dla cząsteczek do 5kDa, zawiera kanały utworzone przez porynę. Posiada tez enzymy syntezy lipidów i enzymy zmieniające substraty lipidowe w produkty metabolizowane w matrix.

Błona wewnętrzna-pofałdowana w grzebienie zwiększające powierzchnię całkowitą. Białka tej błony mają 3 funkcje: łańcuch transportów elektronów-utlenianie, synteza ATP, białka transportujące do i z matriks

Matriks- Zawiera wiele enzymów uczestniczących w utlenianiu pirogronianiu, kwasów tłuszczowych oraz cyklu kwasu cytrynowego. Zawiera kilka kopii mtDNA, rybosomy, tRNA.

Przestrzeń międzybłonowa- zawiera kilka enzymów wykorzystujących ATP wychodzący z matriks do fosforyzowania innych nukleotydów.

Mitochondria wykorzystują do przekształcania energii pirogronian i kwasy tłuszczowe, które wchodzą do mitochondriów i są rozkładane do acetylo-CoA i metabolizowane z CKT, który redukuje NAD+ do NADH.

Jest tez fosforylacja oksydacyjna:

Z każdym przedziałem w mitochondrium są związane inne enzymy:

• Błona zewnętrzna - oksydaza monoaminowa (marker), syntetazy acylo-CoA, oraz oksydoreduktazy.

• Przestrzeń międzybłonowa - kinaza adenylowa (marker), kinaza nukleozydodifosforanowa.

• Błona wewnętrzna - enzymy łańcucha oddechowego, syntetaza ATP, koenzym Q, cytochromy, ubichinon.

• Matriks - enzymy cyklu kwasów trókarboksylowych, oksydacji kwasów tłuszczowych, syntezy DNA, RNA i białek.

Syntetaza ATP

Łańcuch przenośników elektronów

Charakterystyka mitochondriów

• mogą występować w komórce bardzo często w dużej liczbie lub jest ich niewiele ( kom eukariotyczne ) - ich liczba jest zmienna

• struktura może być różna, błona wewnętrzna może mieć bardzo regularny układ, lub błona wewnętrzna może mieć strukturę skondensowaną

• rybosomy 70s

• błona zewnętrzna o prostej budowie, błona wewnętrzna - złożona budowa

• procesy : oddychanie komórkowe, biosynteza białek

• liczba powstających cząsteczek ATP jest mała ( z jednej glukozy - 2 cząsteczki ATP)

• produktem końcowym gklikolizy jest pirogronian - on trafia do mitochondrium ( ważna jest tutaj błona zewnętrzna i wewnętrzna oraz matriks)

• błona zewnętrzna - bardziej przepuszczalna związana z transportem bardzo wielu cząsteczek

• błona wewnętrzna - bardziej wybiórcza, na niej przenośniki elektronów, cytochromów, oksydaza cytochromu, syntaza ATP (z nią związany jest przepływ elektronów)

• matriks - tu enzymy cyklu Krebsa, cząsteczka DNA, rybosomy 70s, jest tu proces replikacji DNA, transkrypcji i translacji. Tu również białka związane z skokiem termicznym i enzymy związane z utlenianiem kwasów tłuszczowych.

• Łańcuch oddechowy - kończy oddychanie

• Genom mitochondrialny drożdży ma więcej intronów niż człowieka

• Proces biosyntezy białek w mitochondriach

• Struktura genomu jest kolista

• W matriks może odbywać się replikacja i transkrypcja

• Część powstałego mRNA wchodzi w skład podjednostki rybosomalnej, a białka pochodzą z cytoplazmy

• Część białek ( np. rybosomów, polimeraza RNA) pochodzą z cytoplazmy

• Mitochondria mają częściową autonomie

• tRNA wytwarza na podstawie genomu mtDNA

• powstałe białka będą stanowiły składnik łańcucha oddechowego - będą wbudowane w wewnętrzną błonę mitochondrium (ale jest to białko złożone, musi się połączyć z innym białkiem pochodzącym z cytoplazmy- tzn to białko powstałe z mtDNA)

• proces związany i importem białek

• CHLOROPLASTY

• błona wewnętrzna, zewnętrzna i stroma

• tylakoidy stromy i tylakoidy gran

• zwykle w ich pobliżu położone są peroksysomy i mitochondria

• peroksysomy nie mają własnych rybosomów i DNA, otoczone pojedynczą błoną

• pomiędzy tymi organellami ( + jądro) może nastąpić wymiana materiału genetycznego

Budowa cząsteczki chlorofilu :

• pierścień porfiryczny

• atom Mg

• grupy funkcyjne ( różnią cząsteczki chlorofilu :A, B, C, D, E, F, G )

• proces fotosyntezy jest związany z błoną tylakoidów gran w których są anteny fotosystemu I i II odpowiedzialne za pobieranie kwantów energii świetlnej - tworzą się związki wysokoenergetyczne

• transport elektronów i protonów w błonie tylakoidu

• INNE PLASTYDY

• proplastydy

• leukoplasty

• amyloplasty

• lipidoplasty ( z kropelkami tłuszczu )

• etioplasy = ciało prolamylarne

• proplastydy (w obecności światła tworzą się z nich chloroplasty a jeżeli brak światła to etioplasty)

• chloroplasy mogą się zmieniać w etioplasty i odwrotnie

• chromoplasty - prosta budowa wewnętrzna, karoteny i ksantofile często w formie kryształów

12.12.2012

Wykład 4

• Peroksysomy

• enzymy przyczyniające się do syntezy i rozpadu nadtlenku wodoru ( katalazy i peroksydazy )

• wytworzenie bursztynianu, który potem w mitochondriach bierze udział w cyklu Krebsa

• wymiana związków związanych z fotooddychaniem

• odbywa się tu pierwotne oddychanie

• otoczone pojedynczą błoną

• brak rybosomów i własnego DNA

• ściśle związane metaboliczne z mitochondriami i chloroplastami

• podobne pochodzenie do mitochondriów i plastydów

• import białek

• jeśli powstanie Ag powierzchniowe - ich ekspresja

• lokalizacja jonów wapnia, precypitaty Ca przy plasmodesmach, inkluzje w chloroplastach, pojawienie struktur białkowo- tubularnych

• JADRO KOMÓRKOWE

• diploidalna forma lub poliploidalna ( do kilku tysięcy n)

• przyjmuje różne kształty

• zawiera jąderko, chromatynę, sok jądrowy,

• otoczka jądrowa jest porowata, są to kompleksy odpowiednio rozmieszczone w otoczce

• 8 obwodowych białek +1 - wydostawanie się mRNA rybosomów

• jądro - struktura nitkowata ( chromocentryczna )

• białka - laminy w zwierzęcych a w roślinnych MFP-1 i MAF1(też typu lamin)

• jąderko: części globularne i fibrylarne, wakuole jąderkowe

• pory jądrowe- na zewnątrz b.fibrylarne a do wewnątrz koszyczek → transport białek oraz kw.nukleinowych i wirusy np.hiv, oncovirusy, influenza

• macierz jądrowa: struktura włóknisto-ziarnista, głównym składnikiem białka oraz RNA - 60-80% to hnRNA (heterogenny), udział w organizowaniu struktury DNA

• obszar międzychromatynowy: włókna okołochromatynowe, ziarnistości okołochromatynowe

• HISTONY; BIAŁKA CHROMATYNY

• DNA - długa, liniowa cząsteczka 2m DNA, 2nm średnicy

• Upakowanie DNA - nukleosom, solenoid, pętle, minipasma, chromosomy

• Białka zasadowe

• Różnią się liczbą aminokwasów oraz stosunkiem Agr/Lys

Heterochromatyna-późna faza a euchromatyna-wczesna

• Transkrypcja a histony rdzeniowe

• połączenie DNA z histonami ogranicza dostęp białkowych regulatorów transkrypcji, do ich promotorów ( są czynniki zdolne do zmiany struktury nukleosomów i ułatwiają transkrypcję - białko SWJ / SWF ) To białko jest częścią polimerazy II i nadaje zdolność do reorganizacji nekleosomów

• inne kompleksy - nucleosome remodelling factor ( NURF)

Rola histonu H1 ( in vitro represor )

• wpływ na kondensacje chromatyny w zależności od stężenia NaCl

• H1 łączy się z DNA lawinowo

• H1 ma warianty sekwencyjne

• Ulega modyfikacjom potranslacyjnym

• Wczesne i późne H1

• Specyficzność tkankowa ( brak H1 u drożdży )

• 6-9 wariantów sekwencyjnych w komórce

• ulega różnym modyfikacjom wynikiem jest zmienna długość łącznikowego DNA

• FUNKCJA CHROMATYNY

DNA w jądrze człowieka 2 m długości, jądro średnica - 3,4 do 20 m, struktura nukleosomowa bardzo ważna w zwiększaniu zachowania DNA w jądrze.

• Enzymy uczestniczące w replikacji DNA

• helikaza - rozwinięcie heliksu DNA, odseparowanie nici rodzicielskiego DNA

• prymaza DNA - synteza starterowych nici DNA

• polimerazy DNA - synteza nowych nici DNA, alfa - replikacja nici opóźnionej DNA, beta jądrowego DNA

• rybonukleaza

• endonukleazy

• ligaza

• topoizomeraza

• JĄDERKO

• cześć granularna( 2 podjednostki rybosomalne), włóknista

• „wakuole”

• centrum fibrylarne z DNA jąderkowym

enzymy w jąderku - polimeraza DNA I - numatryna ( dojrzewaniem rybonukleoproteidów )

nukleoina ( udział w transkrypcji rRNA)

fibrylaryna

rybocharyna

• jąderko ma swój cykl jąderkowy

• w interfazie 1-4 jąderka

• rozproszenie jąderka ( dezintegracja )

• potem asocjacja jąderka

• na jedną z par chromosomów organizator jąderka NOR (w przewężeniu wtórnym )

• połączenie tego organizatora jąderka pod otoczka jądrowa -

• białka LAMINY - umocowywanie, kondensacja składników jąderka

Rybosomy

• duża podjednostka: 3 rodzaje RNA

• mniejsza podjednostka: 1 rodzaj RNA

19.02.2013

Wykład 5

Programowana śmierć komórki podczas rozwoju roślin

• jest warunkiem koniecznym prawidłowego rozwoju np. w embriogenezie, homeostazie dojrzałych organów, prawidłowe funkcjonowanie ksylemu, aerenchymy itd.

• apoptosis like - podobna do zwierzęcej ale są pewne różnice

• procesy autolizy i autofagii towarzyszące śmierci kom. mają duży udział w uśmiercaniu komórek roślinnych

Dwie formy uśmiercania: fizjologiczna i patologiczna

Fizjologiczna

zaprogramowana w genomie podczas rozwoju i morfogenezy organizmu

→ w celu kontroli liczby komórek

→ usunięcie kom. uszkodzonych

→ usunięcie kom. potencjalnie szkodliwych

PCD - program śmierci komórki - towarzyszy rozwojowi sporofitu i gametofitu, morfogenezie tkanek embrionalnych, homeostazie organów, starzeniu tkanek roślinnych lub w odpowiedzi na infekcję mikroorganizmami.

np.: rozwój gametofitu żeńskiego, degradacja wieszadełka, kom. bielma, eliminacja pręcików w kom. żeńskiej, tapetum, kom. czapeczki, różnicowanie naczyniowych elementów ksylemu

Patologiczna

nekroza - powstaje wskutek mechanicznych urazów lub stresów abiotycznych: temp., związki toksyczne itp.

Aktywatory i inhibitory śmierci kom. można wyróżnić u roślin i u zwierząt.

Cechy apoptozy u zwierząt zaobserwowane u roślin:

• oligonukleosomalna fragmentacja DNA

• udział Ca²⁺

• zmiany poziomu fosforylacji białek

Zależna od kaspaz - proteinaz cysteinowych

Rośliny mają dużą liczbę genów inhibitorów proteaz cysteinowych umieszczonych specyficznie w organach roślin.

System kaspaz i ich inhibitorów jest regulowany przez wiele czynników np. stres oksydacyjny.

Geny programu śmierci komórki u zwierząt: dad-1, lsd-1, acdl-1 a u roślin bardzo podobne.

Mitochondria - kluczowe organella w kontroli śmierci kom. (cytochrom c, AIF, Apaf-1, pory w zew. błonie, białka bcl, bcl-1)

Udział wakuol w których są enzymy trawiące białko cytoplazmatyczne.

W komórkach zwierzęcych fagocyty usuwają umierające protoplasty - heterofagia

U roślin autofagia - enzymy wakuoli, rzadziej autoliza

• degradacja kom. spełniających tymczasowe funkcje

• eliminacja tapetum

• degradacja kom. bielma

• degradacja protoplastu jako końcowy przejaw różnicowania kom. - elementy naczyniowe

• powstawanie aerenchymy

Rodzaje RNA

mRNA - przekazywanie informacji - kolejność aminokwasów w biosyntezie białek

rRNA - struktura rybosomu, aktywność transferazy peptydowej, translokacja

tRNA - cząsteczki przenoszące aminokwasy w biosyntezie białek i w innych szlakach metabolicznych

Niskocząsteczkowe RNA:

U1, U2, U4/U6, U5 snRNA - wycinanie intronów

U3 snRNA - dojrzewanie rRNA

U7 snRNA - obróbka końcowa 3'mRNA histonowego

M1 RNA - komponent kataboliczny RNazy P biorącej udział w obróbce tRNA

Regulacja cyklu komórkowego

System sterujący cyklem ma specyficzne punkty kontrolne wielkości komórki, które zatrzymują cykl, czekają aż komórka osiągnie wielkość krytyczną.

1. w fazie G1 przed replikacją DNA

2. w fazie G2 przed wejściem w mitozę

Białka cyklu komórkowego

• kinazy białkowe zależne od cyklin - Cdk - indukują etapy poprzez fosforylacje reszt tyrozynowych i treoninowych wybranych białek, stanowią podjednostkę katalityczną MPF (Maturation promoting factor)

• cykliny - białka regulatorowe, które przez przyłączenie do Cdk umożliwiają kinazom dokonanie fosforylacji innych białek

09.01.2013

Wykład 6

Wzrost i różnicowanie

Rośliny wyróżnia nieograniczony wzrost. Zapewniają to merystemy - obszary kom. O cechach embrionalnych zdolne do ciągłych podziałów.

Merystemy apikalne i boczne.

Różnicowanie komórek roślinnych jest procesem w którym pochodzące z merystemów, podobne komórki z tą samą informacją genetyczną, w wyniku niejednakowej ekspresji genów zaczynają syntetyzować inne białka, wykształcają odmienne cechy, inne pod względem struktury jak i funkcji.

Proces różnicowania komórek

W organizmach wielokomórkowych podlega regulacji ponadkomórkowej, ważny jest w tym system sygnalizacji.

Czynniki transkrypcyjne lub RNA - zdolność regulowania ekspresji genów podrzędnych.

Działanie tych czynników i hormonów jest dla komórki źródłem informacji pozycyjnej (los komórki zależy do jej pozycji w organizmie roślinnym). Ekspresja genów regulatorowych zależy od sygnałów docierających do roślin z jej środowiska zewnętrznego.

Badania nad mechanizmami specyfikacji losów kom. oraz mechanizmami prowadzącymi do powstania określonego fenotypu prowadzone w warunkach modelowych - zawiesina komórek miękiszowych, komórki glonów.

Determinanty losów komórki: wewnętrzne i zewnętrzne

Wewnętrzne - informacja genetyczna i jej ochrona - genety - w najstarszych drzewach najmłodsze pędy nadal wytwarzają pełnowartościowe nasiona.

• System naprawy uszkodzonego DNA - telomeraza - u zwierząt w kom. płciowych a u roślin we wszystkich

• Nieprzypadkowa segregacja chromatyd w wierzchołkach paprotników

• Pola morfogenetyczne w szczytowych częściach organów roślin nasiennych (zwolnienia podziałów komórkowych)

• Dryft inicjałów w wierzchołkach korzeni czy pędów, chimery (organizmy zbudowane z komórek różniących się genetycznie)

• Informacja cytoplazmatyczna - genom w mitochondriach i plastydach; obecność RNA i określonych białek w cytoplazmie oraz czas ich trwania i rozkładu w komórkach

• Receptory sygnałów - kompetencja kom.

Zewnętrzne

• Sygnały bliskiego zasięgu

-plazmodesmy

-domeny izolowane symplazmowo

-system apoplastowy

• Sygnały dalekiego zasięgu

-fala auksynowa

-sygnały elektryczne

-substancje transportowane w ksylemie i floemie

-sygnały ze środowiska zewnętrznego o charakterze chemicznym, temp., grawitacja, dł. fali świetlnej

Powstawanie informacji pozycyjnej zróżnicowanej czasowo-przestrzennie, mapy morfogenetyczne i zegary biologiczne.

16.01.2013

Wykład 7

TRV - wirus nekrotycznej kędzieżawki tytoniu

Choroba wywołana przez wirusa ma znaczenie ekonomiczne

TRV

• przez nicienie do włośników

• 400 gatunków roślin podlega infekcji

• pałeczki +ssRNA 4-10 genów

• składa się z dłuższej i krótszej cząsteczki, krótsza zawiera informacje o białkach kapsydu oraz białka związane z transportem

Porażenie przez wektor który znajduje się w glebie

lub

inakulacja mechaniczna

lub

inserty+infektory+zdrowa część

Infekcja:

• karłowatość

• nekrozy

• zmiany na organach

• żółknięcie

Zmiany w komórkach:

W epidermie korzenia - cząstki TRV krótsze i dłuższe oraz zmiany w ER

W miękiszu - b.dużo cząstek wirusa w cytoplazmie oraz w apoplaście

W młodych naczyniach transportowane cząstki wirusa, nekrotyczne kom. miękiszowe, dużo nieopłaszczonych cząstek w naczyniach.

Ściana komórkowa rozluźniona - opłaszczone cząstki

Ściany w bulwach dużo grubsze niż w liściach.

Często cząstki krótkie oddzielają się od długich.

Mitochondria - tworzą się pęcherzykowate struktury, najczęściej opłaszczone krótkie cząstki.

Jądro kom. - nieopłaszczone cząstki wewnątrz

Przy infekcji roślin tym wirusem organella na pewno są miejscem obecności cząstek wirusa.

10

---