Poziomy organizacji żywej materii 1. Komórkowy- obejmuje struktury komórkowe (organelle) oraz komórki 2. Organizmalny tworzą skupienia komórek

Transkrypt

1 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

2 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

3 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

4 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 5

6 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

7 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

8 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

9 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 Dyfuzja Zgodny z gradientem Nie Nie Nakład energii ze strony komórki Dyfuzja wspomagana Transport aktywny Zgodny z gradientem Tak Nie Przeciwny do gradientu stężeń Tak Tak 9

10 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

11 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

12 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 13

14 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 swoje białka) 14

15 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

16 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 CO 2 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

17 Końcowy bilans utleniania: Oddychanie beztlenowe: C 6 H 12 O 6 +2 ADP+2 Pi 2 C 3 H 6 O 3 +2 ATP Oddychanie tlenowe: C 6 H 12 O 6 +6 O ADP+36 Pi 6 CO 2 +6 H 2 O+36 ATP 17

18 18

19 07 października 2009 źródło: 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 PAN. 19

20 Rybosomy synteza białek (translacja) źródło: 31,index.html 20

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 Rola jądra komórkowego 28