Komórka

KOMÓRKA
WITAMY NA
KURSIE
HISTOLOGII
www.histologia.cm-uj.krakow.pl
Wielkość komórek
ZróŜnicowanie komórek
Jednostki: 1 µm = 10-3 mm, 1 nm = 10-3 µm
kształt
najmniejsze komórki
(komórki przytarczyc,
niektóre komórki nerwowe)
4-5 µm
przeciętne komórki
20 µm
•
komórki bezjądrzaste:
erytrocyty, płytki krwi,
komórki budujące soczewkę oka
komórki wielojądrzaste i zespólnie:
• włókna mięśniowe szkieletowe
największe komórki
(oocyty, niektóre komórki
nerwowe)
100-150 µm
włókna mięśniowe
wypustki komórek nerwowych
Elementy składowe komórki:
do 30 cm
do 1 m
• syncytiotrofoblast w łoŜysku
• osteoklasty
Mikroskop elektronowy:
Mikroskop świetlny:
• jądro
• cytoplazma
• błona komórkowa
Organelle:
• rybosomy
• siateczka śródplazmatyczna
• jądro komórkowe
• aparat Golgiego
• mitochondria
• lizosomy
• peroksysomy
• centriole
Inne struktury:
• cytoszkielet
• pęcherzyki (transportowe,
wydzielnicze)
• materiały zapasowe
(glikogen, lipidy)
1
Błona biologiczna - uniwersalny budulec większości organelli
komórkowych
Błona biologiczna zbudowana jest z lipidów (głównie fosfolipidów,
a takŜe glikolipidów i cholesterolu) i białek.
Cząsteczka fosfolipidu
część hydrofilna
część hydrofobowa
Funkcje komórki:
• pobieranie i trawienie substancji
• produkcja nowych substancji wysokocząsteczkowych
• produkcja i uŜytkowanie energii
metabolizm
W środowisku wodnym cząsteczki
lipidów tworzą dwuwarstwę
o uporządkowanym układzie.
Decyduje ona o integralności błony
• ruch
• wysyłanie i odbieranie sygnałów
• podział
Białka błon biologicznych: klasyfikacja
białka
Białka transbłonowe
strukturalna:
• powierzchniowe
• transbłonowe (integralne)
czynnościowa:
• strukturalne
• enzymatyczne
• receptorowe
• transportowe
Białka powierzchniowe
Jedno białko moŜe pełnić kilka funkcji
Białka swobodnie „pływają” w dwuwarstwie lipidowej
Błona biologiczna jest barierą dla substancji chemicznych i kontroluje
ich transport pomiędzy środowiskiem a komórką i pomiędzy przedziałami
wewnątrzkomórkowymi.
Mechanizm otwierania kanałów
Transport substancji niskocząsteczkowych (transbłonowy)
- poprzez zawarte w błonie transbłonowe białka transportowe
1. Kanały
zamknięty
otwarty
Dyfuzja: zgodnie z gradientem stęŜeń, bez nakładu energii
• kanały otwierane zmianą potencjału elektrycznego błony
• kanały otwierane ligandem (przyłączeniem cząsteczki sygnałowej)
• kanały otwierane mechanicznie
2
Transport substancji wysokocząsteczkowych i duŜych struktur:
transport pęcherzykowy
2. Przenośniki
zmiana konformacji
Transport ułatwiony:
zgodnie z gradientem stęŜeń,
bez nakładu energii
3. Pompy
zmiana konformacji
Transport aktywny:
wbrew gradientowi stęŜeń,
konieczna energia
Równocześnie transportowana jest substancja/struktura
oraz fragment błony
lizosom
Błona
komórkowa
endosom
Transport pęcherzykowy
przez błonę komórkową:
egzocytoza
siateczka
śródplazmatyczna
endosom
endocytoza
pęcherzyki wydzielnicze
• fagocytoza
• pinocytoza
• endocytoza receptorowa
aparat Golgiego
Transport pęcherzykowy pomiędzy organellami i błoną komórkową
określamy jako przepływ błon w komórce
3
Jądro komórkowe
Błona komórkowa
Funkcje:
• magazynuje informację genetyczną
oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego
(DNA)
• powiela informację genetyczną
(replikacja DNA) przed podziałem
komórki
• steruje syntezą białek w komórce,
kierując w ten sposób wszystkimi
procesami Ŝyciowymi
błona
komórkowa
glikokaliks
→
DNA
RNA
transkrypcja
• gruba (7.5 nm)
• trójwarstwowy obraz w mikroskopie elektronowym
• warstwa cukrowców na powierzchni (glikokaliks)
• specyficzne glikoproteidy odpowiedzialne za kontakt z innymi
komórkami i z substancją międzykomórkową (cząsteczki adhezyjne)
• liczne białka transportowe i receptory
• nierównomierne rozmieszczenie ładunków elektrycznych
po obu stronach błony (potencjał spoczynkowy)
białko
Główne składniki:
• chromatyna
• jąderko
• otoczka jądrowa
Budowa chromatyny
Chemiczne składniki chromatyny:
• DNA
• białka (histony i białka niehistonowe)
→
translacja
DNA
nukleosom
nukleofilament
euchromatyna
włókno chromatynowe
--------------------------------------------------------tworzenie bocznych pętli
Typy chromatyny:
• euchromatyna (jasna, luźna,
aktywna transkrypcyjnie)
• heterochromatyna (ciemna, zwarta,
nieaktywna transkrypcyjnie)
heterochromatyna
superspirala
--------------------------------------------------------podział
Jąderko
Otoczka jądrowa
produkuje podjednostki rybosomów
chromosom
dwie błony, pory
pre-rRNA
rDNA
podjednostki
Etapy:
rybosomów
• transkrypcja rDNA → pre-rRNA
• cięcie pre-rRNA na mniejsze fragmenty → rRNA
• przyłączanie białek importowanych z cytoplazmy → podjednostki
rybosomów
Funkcja: wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą
• z jądra do cytoplazmy: mRNA, tRNA, podjednostki rybosomów
• z cytoplazmy do jądra: białka jądrowe, enzymy, białka rybosomowe
4
Rybosomy
- rybosomy związane z błonami siateczki szorstkiej produkują:
białka błon biologicznych, białka wydzielnicze, białka lizosomowe
49 białek
33 białka
Funkcja:
synteza białek w komórce
Siateczka śródplazmatyczna
szorstka
• spłaszczone cysterny
• rybosomy
• główna funkcja: synteza białek
- rybosomy wolne (cytoplazmatyczne) produkują:
białka jądrowe, mitochondriów, peroksysomów, cytoszkieletu, cytoplazmy
Aparat Golgiego
gładka
Diktiosom - podjednostka
aparatu Golgiego
• kanaliki
• brak rybosomów
• funkcje:
- produkcja lipidów
- neutralizacja leków i trucizn
- gromadzenie jonów Ca2+
(kalciosom)
Bieguny diktiosomu
CIS
- wypukły
- błona podobna
do błon siateczki
TRANS
- wklęsły
- błona podobna do
błony komórkowej
Przez diktiosom „przepływają” (transport pęcherzykowy) fragmenty błony
i białka z siateczki śródplazmatycznej. W trakcie przepływu od bieguna cis
do trans błona i białka ulegają modyfikacji chemicznej (głównie przyłączanie
grup cukrowcowych - glikozylacja). Na biegunie trans białka są sortowane
i „pakowane” do róŜnych pęcherzyków:
- białka wydzielnicze do pęcherzyków wydzielniczych
- białka lizosomowe do pęcherzyków hydrolazowych (lizosomów pierwotnych)
Funkcje aparatu Golgiego:
• przebudowa błon i odnowa błony komórkowej
• glikozylacja przepływających białek, ich sortowanie i kierowanie
do róŜnych pęcherzyków
• tworzenie ziarn wydzielniczych i pęcherzyków hydrolazowych
5
Lizosomy
pęcherzyki, w których zachodzi trawienie wewnątrzkomórkowe;
zawierają enzymy trawienne (hydrolazy) i trawione substancje
lizosom
fagocytoza
pinocytoza
Lizosomy powstają przez połączenie (fuzję) pęcherzyków hydrolazowych
zawierających enzymy trawienne z pęcherzykami zawierającymi substancje,
które mają zostać strawione
Mitochondria
•błona zewnętrzna
•przestrzeń międzybłonowa
•błona wewnętrzna (tworzy fałdy - grzebienie mitochondrialne)
•macierz mitochondrialna
LIZOSOM
Pęcherzyki hydrolazowe mogą się łączyć:
• z pęcherzykami powstałymi w wyniku endocytozy - powstają heterolizosomy
• z pęcherzykami powstałymi w komórce, zawierającymi jej własne struktury
- powstają autolizosomy
Mitochondria produkują ATP
W procesie tym uczestniczą:
• enzymy (cyklu Krebsa) w macierzy mitochondrialnej
• enzymy łańcucha oddechowego w błonie wewnętrznej
• grzybki mitochondrialne - tu następuje synteza ATP
Peroksysomy
Cytoszkielet
Funkcje:
• rozkład nadtlenku wodoru
(katalaza)
• utlenianie (bez produkcji energii)
• rozkład kwasów tłuszczowych
• synteza niektórych lipidów
6
Typ włókien
Średnica
Białko
Funkcja
mikrotubule
25 nm
tubulina
ruch,
podporowa
mikrofilamenty
(=fil. aktynowe)
6 nm
aktyna
ruch,
podporowa
10 nm
róŜne
białka
podporowa
mikrotubula
filamenty
pośrednie
Za ruch komórkowy odpowiedzialne są
mechanoenzymy - białka, które przy pomocy
energii z ATP „kroczą” po powierzchni
mikrotubul i mikrofilamentów
Do mechanoenzymów kroczących po mikrotubulach przyczepiają się
organelle, pęcherzyki, duŜe kompleksy białkowe, a w dzielącej się
komórce równieŜ chromosomy – w ten sposób transportowane są
wewnątrz komórki
Centriola
Mikrotubule są dynamicznymi strukturami, zdolnymi
do wzrostu (wydłuŜanie).
KaŜda mikrotubula ma dwa końce:
• koniec „plus” w którym rozpoczyna się dobudowanie
• koniec „minus” w którym dobudowanie zachodzi wolniej
DYNEINA
Ma kształt walca o dł. 0,25 - 2 µm.
Ściany walca zbudowane są z 9 trójek mikrotubul
regularnie rozmieszczonych na obwodzie.
Stanowi ośrodek organizacji mikrotubul
zarówno cytoplazmatycznych jak i wchodzących
w skład struktur osiowych, np. migawek.
KINEZYNA
Mikrotubule kooperują z dwoma mechanoenzymami:
• kinezyną „kroczącą” w stronę końca „+” i
• dyneiną „kroczącą” w stronę końca „-”
7
Po powierzchni filamentów aktynowych moŜe kroczyć tylko jeden
rodzaj mechanoenzymu: miozyna, wyłącznie w kierunku końca „+”.
Filamenty aktynowe zakotwiczają się tym końcem w błonie komórkowej,
a układ ten odpowiada za zjawiska ruchowe, w których uczestniczy błona:
tworzenie wpukleń i fałdów
błony, wysuwanie i wciąganie
wypustek (fagocytoza,
ruch pełzakowaty): miozyna I
Filamenty pośrednie
• zbudowane z łańcuchów białkowych
skręconych w formę liny (wytrzymałe
elastyczne)
• nie współpracują z mechanoenzymami,
pełnią wyłącznie funkcje podporowe
(wewnątrz komórki i w połączeniach
międzykomórkowych)
• są zbudowane z róŜnych białek,
zaleŜnie od miejsca występowania
skurcz komórki: (np. komórki
mięśniowe): miozyna II
(agreguje w filamenty
miozynowe)
8