Budowa komórki

advertisement
Poziomy organizacji żywej materii
1. Komórkowy- obejmuje struktury komórkowe
(organelle) oraz komórki
2. Organizmalny – tworzą skupienia komórek
(tkanki), narządy (organy), ich układy i całe
organizmy wielokomórkowe
3. Ponadorganizmalny – tworzą zespoły
organizmów: populacje i biocenozy. Wraz ze
środowiskiem nieożywionym tworzą ekosystemy
i całą biosferę.
1
Czynności życiowe organizmów:
Odżywianie:
samożywne – organizmy wytwarzają związki
organiczne z prostych związków
nieorganicznych na drodze fotosyntezy lub
chemosyntezy
cudzożywne – organizmy wykorzystują jako
pokarm związki organiczne.
Oddychanie – uwolnienie energii ze
związków pokarmowych na drodze utleniania
tlenowego lub beztlenowego (z procesem
oddychania jest związana wymiana gazowa).
2
Wydalanie – usuwanie na zewnątrz organizmu
szkodliwych lub zbędnych produktów przemiany
materii.
Rozmnażanie się – wytwarzanie potomstwa w
sposób płciowy lub bezpłciowy. Rozmnażaniu
płciowemu towarzyszy modyfikacja materiału
genetycznego, organizmy powstające w wyniku
rozmnażania bezpłciowego mają informację
genetyczną identyczną z osobnikiem rodzicielskim.
Wzrost i rozwój – przyrost masy ciała.
Ruch
Reagowanie na bodźce (pobudliwość)
3
Komórka jako podstawowa jednostka budulcowa
organizmu
Struktury (organella) komórki
Błona komórkowa
Siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne
gładkie i szorstkie)
Aparaty Golgiego
Lizosomy
Cytoplazma (cytozol)
Mitochondria
Rybosomy
Jądro komórkowe

4
5
W organizmie człowieka wyróżnia się kilkadziesiąt
rodzajów komórek różniących się wielkością, kształtem
oraz pełnioną funkcją.
Wszystkie wewnątrzkomórkowe struktury wykazują
zależność między budową a funkcją.
6
Błona komórkowa – model płynnej mozaiki
Błona komórkowa stanowi rodzaj półprzepuszczalnej membrany oddzielającej
środowisko wewnętrzne od środowiska zewnętrznego. Komórki eukariotyczne
zawierają w swoim wnętrzu rozbudowany system błon. Budowa ich jest oparta
na tej samej zasadzie, a ich funkcją jest tworzenie wewnątrzkomórkowych
przedziałów (kompartmentacja) pozwalająca na równoczesny przebieg w
komórce różnorodnych, niezależnych od siebie procesów metabolicznych. Istotę
funkcji błony pełni dwuwarstwa lipidowa (fosfolipidowa), która działa jako
bariera przepuszczalności, ale wiele jej funkcji związanych jest z białkami –
integralnymi lub peryferycznymi np.
- wzmacnianie błony,
- transport przez błonę,
- receptory
7
Transport przez błonę - selektywna
przepuszczalność
- dyfuzja – woda, drobnocząsteczkowe substancje
rozpuszczalne w tłuszczach – zgodnie z gradientem
stężeń
- dyfuzja wspomagana – odbywa się zgodnie z
gradientem stężeń ale przy pomocy białek
transportujących
- transport aktywny – zachodzi przeciwnie do gradientu
stężeń, odbywa się przy udziale białek transportujących,
wymaga nakładu energii ze strony komórki.
8
Transport przez błonę
Na zasadzie dyfuzji przenikają jedynie cząsteczki wody i
drobnocząsteczkowe substancje rozpuszczalne w
tłuszczach
Porównanie różnych rodzajów transportu przez
błonę:
Rodzaj
transportu
Kierunek
Udział białek
transportujących
Nakład energii ze
strony komórki
Dyfuzja
Zgodny z gradientem
Nie
Nie
Dyfuzja
wspomagana
Zgodny z gradientem
Tak
Nie
Transport
aktywny
Przeciwny do gradientu Tak
stężeń
Tak
9
Siateczka śródplazmatyczna
(retikulum endoplazmatyczne)
Błony re tworzą złożony, trójwymiarowy system kanalików i
pęcherzyków. Jeśli błony pokryte są rybosomami jest to siateczka
szorstka – jest ona miejscem syntezy białek.
Błony pozbawione rybosomów
tworzą siateczkę gładką –
są miejscem syntezy lipidów.
1. jądro komórkowe
2. por jądrowy
3. siateczka szorstka
4. siateczka gładka
5. rybosom
6. białka, które są transportowane
7. pęcherzyk transportowy
8. aparat Golgiego
9. biegun cis aparatu golgiego
10. biegun trans aparatu Golgiego
11. cysterna aparatu Golgiego
10
Aparaty Golgiego (diktiosomy)
Składa się z niewielkich, mocno spłaszczonych
pęcherzyków.
Funkcje:
przebudowuje (modyfikuje), pakuje i przekazuje
zagęszczone substancje, głównie białka, poza komórkę
oraz w obrębie komórki.
Lizosomy
Niewielkie, kuliste pęcherzyki, zawierające liczne białka
enzymatyczne. Rozkładają wchłonięte substancje oraz
produkty odpadowe.
Peroksysomy
Niewielkie, kuliste pęcherzyki rozkładające nadtlenek
wodoru oraz dezaktywujące alkohol etylowy w
komórkachwątroby
11
Cytoplazma (cytozol)– wewnętrzne środowisko
komórki
Płynny złożony koloid wodny zawierający:
- białka
- lipidy
- kwasy tłuszczowe
- wolne aminokwasy
- sole mineralne (Ca, Mg, Na)
- cytoszkielet utworzony z białkowych włókienek i
rureczek- odpowiada za zmiany kształtu komórki i
poruszanie się
W cytoplazmie zachodzą liczne reakcje
biochemiczne np. synteza białek, beztlenowe
etapy oddychania komórkowego.
12
13
Mitochondrium –
siłownia komórki
Owalne lub cylindryczne organella..
Najwięcej jest ich w mięśniach poprzecznie
prążkowanych oraz komórkach kanalikowych nerki.
Każde mitochondrium otoczone jest dwiema błonami
białkowo – lipidowymi. Błona zewnętrzna jest gładka,
wewnętrzna jest wpuklona do środka tworząc
grzebienie mitochondrialne. Wnętrze wypełnia
koloidalna matrix mitochondrialna, zawierająca
własne DNA oraz rybosomy (mitochondria syntetyzują
14
swoje białka)
Mitochondrium – oddychanie komórkowe
Mitochondria dostarczają komórce energii
użytecznej biologicznie ATP (adenozynotrifosforan).
Utlenianie związków organicznych odbywa się w
następującej kolejności:
1. Węglowodany
2. Tłuszcze
3. Białka (aminokwasy)
Etap oddychania beztlenowego (glikoliza) zachodzi
w cytoplazmie, etapy oddychania tlenowego:
cykl Krebsa oraz łańcuch oddechowy zachodzą
w mitochondrium
(cykl Krebsa – w matrix,
Łańcuch oddechowy – na grzebieniach
mitochondrialych)
15
Etapy oddychania tlenowego:
1. Glikoliza – zachodzi w cytoplazmie, polega na rozłożeniu
glukozy do kwasu pirogronowego. W tym etapie nie jest
wykorzystywany tlen, Ilość energii uzyskana jest bardzo
mała (ok. 2 cząsteczek ATP). Atomy wodoru łączą się z
przenośnikami NAD+ tworząc NADH
2. Cykl Krebsa – kwas pirogronowy wędruje do matrix
mitochondrialnego i tam współtworzy związek o nazwie
acetylo-koenzym A (acetylo-CoA), który jest następnie
stopniowo utleniany. W tym procesie uwalnia się CO2 oraz
tworzą się pojedyncze cząsteczki ATP a także zachodzi
redukcja kolejnych przenośników NAD+ do NADH.
3. Łańcuch oddechowy – grzebienie wyłapują zredukowane
przenośniki wodoru (z glikolizy oraz z cyklu Krebsa). W
grzebieniach zachodzi końcowe utlenianie z udziałem tlenu
cząsteczkowego. Końcowym produktem tego procesu jest
woda. W przemianach tych znaczna ilość wodoru umożliwia
syntezę dużej ilości cząsteczek ATP.
16
Końcowy bilans utleniania:
Oddychanie beztlenowe:
C6H12O6+2 ADP+2 Pi
2 C3H6O3+2 ATP
Oddychanie tlenowe:
C6H12O6 +6 O2+36 ADP+36 Pi
6 CO2+6 H2O+36 ATP
17
18
07 października 2009
źródło: http://swiat-jaktodziala.blog.onet.pl/1,AR3_2009-10_2009-10-01_2009-10-31,index.html
Nobel 2009: Chemia
Nagrodę Nobla z chemii otrzymała trójka naukowców, którzy odkryli tajemnice
komórkowych „fabryk życia”.
Rybosomy są to struktury w żywych komórkach, które odczytują informacje przepisane
uprzednio z DNA i na ich podstawie produkują białka potrzebne do działania komórkowej
maszynerii.
Ada Yonath jako pierwsza zaczęła badać rybosomy metodami krystalografii. Rybosomy
składają się z dwóch dopasowanych do siebie podjednostek: małej i dużej. Gdy fabryka
nie pracuje, obie podjednostki rozłączają się i pływają swobodnie po komórce. Kiedy zaś
rybosom ma znów rozpocząć pracę, dwie dowolne podjednostki znajdują się i odtwarzają
rybosom. Venkatraman Ramakrishnan jest najbardziej znany z wyznaczenia
trójwymiarowej struktury małej podjednostki, a Thomas Steitz – ze zbadania struktury
atomowej dużej podjednostki. Laboratorium Steitza jako pierwsze w świecie
sfotografowało z bliska, jak rybosom buduje cząsteczkę białka na podstawie
kodu genetycznego sczytywanego z RNA.
Produkty rybosomów mogą być bardzo złożone. „Rybosomy to najdoskonalsze w świecie
fabryki polimerów. Potrafią bezbłędnie wyprodukować wielkie cząsteczki, dokładnie
według zadanego projektu. Żadna sztuczna metoda produkcji polimerów im nie
dorównuje. Nawet najdokładniejsza ze sztucznych - metoda prof. Krzysztofa
Matyjaszewskiego nazywana ATRP, za którą prawdopodobnie nasz rodak sam wkrótce
dostanie nagrodę Nobla.” - komentuje prof. Robert Hołyst z Instytutu Chemii Fizycznej
19
PAN.
Rybosomy – synteza białek (translacja)
źródło: http://swiat-jaktodziala.blog.onet.pl/1,AR3_2009-10_2009-10-01_2009-1031,index.html
20
Jądro komórkowe
W przeciętnej komórce organizmów eukariotycznych
występuje jedno jądro komórkowe położone centralnie.
Wyjątki:
we włóknach tkanki mięśniowej poprzecznie
prążkowanej występuje wiele (nawet kilkaset) jąder,
w krwinkach białych jądro jest płatowate lub nerkowate,
w dojrzałych krwinkach czerwonych – brak jądra
21
Jądro komórkowe zbudowane jest z:
otoczki jądrowej (1),
kariolimfy (4),
chromatyny (6) oraz
jąderka (3).
Otoczka jądrowa składa się z dwóch
błon plazmatycznych.
Jest „poprzebijana” otworami –
porami jądrowymi (2), dzięki którym możliwa jest
wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą.
Zewnętrzna błona jądrowa przechodzi w błony
siateczki śródplazmatycznej szorstkiej (5) pokrytej
rybosomami (7). Wnętrze jądra wypełnia kariolimfa –
sok jądrowy. Tworzy ona płynne środowisko, w którym
zanurzona jest chromatyna (6)
22
Jąderko stanowi nieobłoniony twór,
zbudowany z RNA i białek. W jąderku
powstają podjednostki rybosomów oraz
zachodzi synteza rRNA.
Kariolimfa wypełnia przestrzenie miedzy
strukturami jądra, jest silnie uwodniona, a jej
podstawowym składnikiem są białka, a wśród
nich szereg enzymów związanych z funkcjami
jądra (enzymy odpowiedzialne za syntezę
RNA i DNA. W kariolimfie zanurzona jest
chromatyna.
23
Organizacja materiału
genetycznego - chromatyna
Badania przy użyciu mikroskopu
elektronowego wykazały, że nici
chromatynowe zbudowane są z kwasu
deoksyrybonukleinowego – DNA (1)
„nawiniętego” na specjalne białka
histonowe (2). Połączenie 8 cząsteczek
histonów tworzy rdzeń, na który nawija
się odcinek DNA. W ten sposób
powstaje nukleosom (8) czyli
podstawowa jednostka fibryli
chromatynowej (3). Następnie każda
fibryla zwija się ciasno tworząc solenoid
(4), czyli nić chromatynową. Długa i
cienka nić tworzy pofałdowane pętle
ułożone jedna przy drugiej, czyli
domeny (5).
Poprzez spiralizację chromatyny
powstają chromosomy (7).
24
Budowa chromosomu
Pojedynczy chromosom składa
się z ramion rozdzielonych
przewężeniem pierwotnym
(centromerem) – jest to odcinek
pozbawiony DNA, zawiadujący
ruchem chromosomu. W
niektórych chromosomach
występuje także przewężenie
wtórne (określane jako region
jąderkotwórczy). Dystalny
fragment chromosomu poza
przewężeniem wtórnym to tzw.
trabant (satelita). Widoczny jest
także podział podłużny
chromosomu na dwie połówki –
chromatydy.
25
Chromosomy człowieka
U człowieka we wszystkich komórkach (z wyjątkiem
komórek linii płciowej) występują 22 pary autosomów i 1
para chromosomów płciowych (u kobiet złożona z dwóch
chromosomów X, u mężczyzny z chromosomu X i
chromosomu Y).
26
Procesy zachodzące w jądrze komórkowym
• Replikacja DNA – podwojenie DNA, tuż przed
podziałem komórki
• Transkrypcja – przepisanie informacji
genetycznej z DNA na RNA
• Procesy potranskrypcyjne związane z
dojrzewaniem RNA
27
Rola jądra komórkowego
28
Download