Genetyka semestr VI
CYTOLOGIA
Budowa komórki eukariotycznej - Większość organizmów żywych posiada ciało zbudowane z komórek. Wyjątkami są jedynie wirusy i priony. Większość komórek organizmów eukariotycznych zbudowana jest z tych samych elementów. Jedynie u roślin występują plastydy, a u roślin i grzybów ściana komórkowa, których nie ma u zwierząt. Elementy komórki można podzielić na plazmatyczne i nieplazmatyczne. Do tych drugich należą jedynie ściana komórkowa i wakuole.
Ściana komórkowa - Występuje jedynie u roślin i grzybów. U roślin i niektórych grzybów (lęgniowców) zbudowana jest z celulozy. Łańcuchy celulozowe splatają się tworząc mikrofibrylle, te zespalają się w makrofibrylle, które z kolei tworzą właściwe włókna. Ściana komórkowa może być przesycona różnymi substancjami, np. pektyną, chemicelulozą, ligniną, suberyną. U grzybów występuje ściana komórkowa zbudowana z chityny. Ściana komórkowa ma za zadanie głównie ochronę mechaniczną i nadanie kształtu komórce.
Błona komórkowa - Zbudowana jest z białek i lipidów. Otacza protoplast komórki, ale w środku komórki występuje wiele bardzo istotnych organelli i struktur, w skład których wchodzi system błon biologicznych. Budowa elementarnej błony biologicznej ujęta jest w tzw. modelu płynnej mozaiki. Zakłada on istnienie dwuwarstwy lipidowej, w której umieszczone są białka. Białka występują na jednej z powierzchni (zewnętrznej lub wewnętrznej), bądź zanurzone są w dwuwarstwie lipidowej i mogą wystawać z jednej jej strony lub z obu. Błona komórkowa oprócz tego, że otacza protoplast i utrzymuje go jako odrębną całość, ma bardzo istotną funkcję w selektywnym transporcie substancji do i z komórki. W błonach znajduje się też wiele niezmiernie ważnych dla metabolizmu komórki enzymów.
Cytoplazma - Stanowi środowisko dla wszystkich innych wewnątrzkomórkowych struktur. Oprócz tego w cytoplazmie znajduje się wiele ważnych białek enzymatycznych. Cytoplazma w żywej komórce znajduje się w ciągłym ruchu. Wyróżnia się trzy rodzaje ruchów cytoplazmy: rotacyjny, pulsacyjny i cyrkulacyjny. W zależności od stanu uwodnienia cytoplazma może występować w postaci żelu lub solu. W przypadku, gdy komórka znajdzie się w środowisku hypertonicznym (to znaczy w takim, którego siła osmotyczna jest większa od siły osmotycznej protoplastu), następuje odstawanie protoplastu od ścian komórkowych — zwane plazmolizą. Jest to zwykle zjawisko odwracalne (proces odwrotny zwany jest deplazmolizą), jeśli komórka znajdzie się w środowisku hypotonicznym.
Retikulum endoplazmatyczne (siateczka śródplazmatyczna) - Jest to zespól błon białkowo-lipidowych tworzących sieć w cytoplazmie. W retikulum znajdują się liczne enzymy, oraz system błon umożliwiający podział cytoplazmy na rejony, w których obok siebie mogą zachodzić nawet przeciwstawne reakcje biochemiczne.
Mitochondria - Są to organelle otoczone podwójną błoną. Wewnętrzna błona tworzy charakterystyczne uwypuklenia do środka organellum wypełnionego tzw. matrix. Wypukłości te zwane są często grzebieniami mitochondrialnymi. W mitochondriach odbywa się istotna część procesu oddychania wewnątrzkomórkowego, głównego procesu wytwarzania energii w komórce. Mitochondria zawierają swój własny, niezależny od jądrowego, kwas dezoksyrybonukleinowy (zwany mitochondrialnym DNA).
Plastydy - Organelle te występują tylko w komórkach roślinnych. Otoczone są podwójną błoną lipidowo-białkową. Wyróżnia się trzy rodzaje plastydów: chloroplasty, zawierające wewnątrzorganellowy system błon, tworzący tzw. lamelle oraz tylakoidy ułożone w grana. W granach znajdują się barwniki fotosyntetyczne — chlorofile; podobnie jak mitochondria, chloroplasty zawierają własny DNA. Chromoplasty, zawierające głównie barwniki pomocnicze w procesie fotosyntezy — karoteny i ksantofile; leukoplasty, nie zawierające barwników fotosyntetycznych, mogące gromadzić materiały zapasowe.
Aparat Golgiego - Zbudowany ze stosu błoniastych, spłaszczonych pęcherzyków, pełniących w komórce funkcje wydzielnicze.
Lizosomy - Struktury komórkowe otoczone pojedynczą błoną. Zawierają enzymy hydrolityczne i pełnią rolę w wewnątrzkomórkowym trawieniu pokarmów oraz w degradacji starych, zużytych składników komórki. W komórkach roślinnych zamiast lizosomów występują sferosomy, w których dodatkowo może zachodzić synteza lipidów.
Wakuole - Występują głównie w komórkach roślinnych (w innych mogą występować wodniczki specjalnych typów, jak na przykład wodniczki tętniące u pierwotniaków). W komórkach roślinnych wakuole otoczone są błoną zwaną tonoplastem. Wnętrze wakuoli wypełnia sok komórkowy zawierający oprócz wody liczne produkty metabolizmu komórki roślinnej. Często występują tam specyficzne barwniki: antocyjany i flawony, specyficzne substancje, takie jak: alkaloidy, fitoncydy, garbniki. W wakuolach gromadzą się też składniki mineralne w postaci kryształów, z których najczęstszymi są kryształy szczawianu wapnia, w postaci druzów, rafidów lub nieregularnych kryształów. W młodych komórkach roślinnych występują liczne i małe wakuole, które z czasem zlewają się ze sobą tak, że w starszych komórkach często występuje jedna duża wodniczka.
3
Mikrotubule - Są to rurkowate twory, zbudowane z elementów błoniastych, odgrywające rolę w transporcie komórkowym oraz w tworzeniu cytoarchitektury.
Wici - We wszystkich komórkach eukariotycznych wici posiadają taką samą budowę. W centralnej części znajduje się para lub trójka włókien centralnych, natomiast na obwodzie rozmieszczonych jest dziewięć par lub trójek włókien obwodowych. Włókna centralne kończą się równo z powierzchnią komórki, natomiast włókna obwodowe wnikają na pewną głębokość do cytoplazmy. Ta część wici ma budowę identyczną z centriolą i nosi nazwę ciałka podstawowego wici.
Rybosomy - Złożone z białek i kwasu rybonukleinowego. Składają się z dwóch podjednostek (mniejszej i większej). Pełnią główną rolę w biosyntezie białek.
Jądro komórkowe - Jest organellą kontrolującą metabolizm komórki. Decyduje o procesach związanych z dziedziczeniem cech oraz podziałami komórkowymi. Otoczone jest podwójną błoną lipidowo-białkową. W środku znajduje się nukleoplazma, w której wyróżnia się chromatynę, substancję złożoną z DNA oraz białek, z których najważniejszymi są specyficznie wiążące się z DNA zasadowe białka zwane histonami. Przy podziale komórkowym z chromatyny wyodrębniają się chromosomy. Każdy gatunek zawiera w jądrach komórkowych specyficzną ilość chromosomów. Organizmy diploidalne zawierają podwójny zestaw chromosomów, to znaczy każdy chromosom występuje w postaci pary. Innymi słowy każdy chromosom występuje w podwójnej liczbie. Chromosomy jednej pary zwane są chromosomami homologicznymi. Znajdujące się na terenie jądra zagęszczenie nukleoplazmy, zwane jąderkiem, nie jest oddzielone żadną błoną. Odbywa się tam intensywna synteza tRNA i rRNA. Organizmy zawierające więcej niż jedno jądro w komórce zwane są komórczakami.
Podziały komórkowe i cykl komórkowy - Wyróżnia się dwa zasadnicze rodzaje podziałów komórek eukariotycznych: mitozę i mejozę. Wynikiem mitozy jest powstanie z komórki macierzystej dwóch potomnych komórek o takiej samej jak macierzysta ilości chromosomów. Wynikiem mejozy jest powstanie z jednej diploidalnej (2n) komórki, czterech potomnych o zredukowanej o połowę, czyli haploidalnych (1n) liczbie chromosomów.
Mitoza - Wyróżnia się szereg etapów tego procesu:
· profaza: zanika błona jądrowa i jąderka. Z substancji chromatynowej dzięki stopniowej spiralizacji nici chromatynowej formują się chromosomy. Każdy chromosom złożony jest z dwóch jednakowych części zwanych chromatydami. Zaczyna formować się wrzeciono podziałowe (kariokinetyczne);
· metafaza: chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego;
· anafaza: wrzeciono kariokinetyczne kurczy się, odciągając chromatydy (czyli połówki chromosomów) do przeciwległych biegunów komórki;
· telofaza: następuje despiralizacja chromosomów, które przechodzą w stan chromatyny. Odbudowana zostaje błona jądrowa i jąderko;
· interfaza: jest to okres pomiędzy podziałami komórkowymi. Okres ten zwany jest także cyklem komórkowym i składa się zasadniczo z trzech faz: G1, S i G2 . W fazie G1 następuje synteza białek komórkowych poza białkami histonowymi. W fazie S odbywa się replikacja DNA oraz synteza histonów. W fazie G2 następuje dokończenie syntezy białek komórkowych.
Mejoza - Występują tu zawsze dwa podziały, przy czym podział drugi przebiega analogicznie jak mitoza.
Profaza I dzieli się na kilka etapów:
· leptoten: następuje zanik błony jądrowej i jąderka oraz formowanie chromosomów z nici chromatynowej;
· zygoten: chromosomy homologiczne łączą się w pary, tworząc tzw. biwalenty. Proces tego łączenia się zwany jest koniugacją. Po koniugacji każdy biwalent składa się więc z dwóch chromosomów, czyli z czterech chromatyd
· pachyten: dochodzi do tzw. zjawiska crossing over. Polega ono na wymianie fragmentów chromosomów w biwalencie, zachodzącej pomiędzy chromatydami niesiostrzanymi (tzn. nie pochodzącymi od tego samego chromosomu, lecz od dwóch chromosomów homologicznych).
W miejscach gdzie nastąpiło crossing-over tworzą się tzw. chiazmy;
· diploten: chromosomy homologiczne rozłączają się, pozostają, jednak połączone w chiazmach;
· diakineza: następuje terminalizacja chiazm, czyli przesuwanie się ich na bieguny chromosomów.
Metafaza I: w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego układają się całe biwalenty.
Anafaza I: do przeciwległych biegunów komórki zostają przyciągane całe chromosomy (czyli po dwie chromatydy). Następuje więc redukcja liczby chromosomów o połowę.
Telofaza I: często stadium to zostaje ominięte, następuje bezpośrednio drugi podział mejotyczny, przebiegający tak samo jak mitoza. Podziały mejotyczne zachodzą głównie w organach związanych z rozmnażaniem.
kasiak1593