AMBITNY GIMNAZJALISTA CYTOLOGIA

Transkrypt

1 AMBITNY GIMNAZJALISTA CYTOLOGIA Katarzyna Stalinska Ambitny Gimnazjalista to cykl fiszek dla uczniów, które pozwalają usystematyzować treści, wykraczające ponad podstawę programową nauczania biologii w gimnazjum. Poruszone zagadnienia mogą stanowić zarówno doskonały materiał do powtórki treści przerabianych na kole biologicznym albo punkt początkowy do własnych poszukiwań Spis treści: Siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka Aparat Golgiego Lizosom Ściana komórkowa Plazmoliza Rybosom Plastydy Mitochondrium Cytoszkielet Teoria endosymbiozy Jądro komórkowe

2 SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA (retikulum endoplazmatyczne) Siateczka śródplazmatyczna jest zbudowana z systemu spłaszczonych pęcherzyków i rozgałęzionych rurek. Struktury te łączą się ze sobą i z otoczką jądrową. Dzięki temu siateczka śródplazmatyczna tworzy przedziały, w których zachodzą jednocześnie reakcje syntezy i analizy. WŁAŚCIWOŚCI Siateczka szorstka - zbudowana wyłącznie z pęcherzyków - mogą się z nią nietrwale łączyć rybosomy wtedy kiedy zachodzi synteza białek - w komórkach szybko rosnących (w których potrzeba wielu białek w szybkim tempie) - występuje licznie w trzustce, w komórkach nabłonka gruczołowego Siateczka gładka - zbudowana wyłącznie z rurek - brak przyłączonych rybosomów - występuje licznie w komórkach wątroby - obecna w komórkach produkujących na eksport związki niebiałkowe (tkanki tłuszczowej, komórkach śluzowych żołądka i jelita cienkiego, komórkach gruczołowych jąder oraz skóry (szczególnie u ryb i płazów) ROLA Siateczka szorstka - przemiany metaboliczne białek syntezowanych na rybosomach tej siateczki (dołączanie krótkich łańcuchów cukrowych do polipeptydów, powstają glikoproteiny) (zachodzi tworzenie odpowiedniej konformacji białek, skręcenie łańcuchów polipeptydowych oraz usuwanie odcinków odpowiadających za precyzyjne odnalezienie miejsc docelowych) Siateczka gładka - detoksykacja trucizn (alkohol, pestycydy, leki) - chemiczna modyfikacja związków tak by były łatwiej rozpuszczalne w wodzie i mogły zostać usunięte wraz z moczem - bierze udział w metabolizmie fosfolipidów, kwasów tłuszczowych i steroidów Rola ogólna: modyfikacja białek i transport do aparatu Golgiego

3 APARAT GOLGIEGO (diktiosom) Aparat Golgiego występuje wyłącznie w komórkach eukariotycznych. Zbudowany jest z systemu cystern i pęcherzyków ułożonych jeden na drugi w postaci stosu, nie ma bezpośredniego kontaktu z retikulum endoplazma tycznym jest losowo rozmieszczony w cytoplazmie. Funkcja: odpowiada za modyfikowanie, sortowanie i kierowanie do miejsc przeznaczenia białek, lipidów i cukrów Modyfikacja i transport białek: białka modyfikowane w aparacie Golgiego pochodzą wyłącznie z siateczki śródplazmatycznej szorstkiej do białek dołączane są reszty cukrowe i inne związki sortuje i transportuje je w pęcherzykach transportujących do odpowiednich miejsc główne miejsce docelowe dla modyfikowanych w aparacie Golgiego białek to błona komórkowa i lizosomy W aparacie Golgiego powstają też wielocukry niezbędne do budowy ściany komórkowej. Białka powstające na wolnych rybosomach kierowane są do mitochondriów, chloroplastów, jądra komórkowego lub też pozostają w cytoplazmie.

4 LIZOSOM Lizosomy występują wyłącznie w komórkach eukariotycznych. U roślin ich funkcję pełnią sferosomy. Są to malutkie (< 0,1 mm), kuliste pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną białkową. Zawierają specyficzne enzymy hydrolityczne, które rozkładają białka, kwasy nukleinowe, sacharydy i lipidy. Rola: uczestniczą w trawieniu wchłanianych substancji pokarmowych, ale również rozkładają zużyte białka i organelle komórkowe Funkcjonowanie: wewnątrz pęcherzyków panuje kwaśne ph=5, ponieważ enzymy lizosomów działają jedynie przy takim odczynie lizosomy nie trawią własnej komórki ponieważ enzymy są mocno związane z wewnętrzną warstwą błony lizosomu, a także dlatego, że enzymy są dezaktywowane po przedostaniu się do cytoplazmy, ponieważ jej odczyn ph wynosi 7,2 lizosomy utrzymują to ph, dzięki temu, że w jego błonie znajduje się białko ATP-aza pompujące do wnętrza pęcherzyka kationy wodoru

5 WAKUOLA Wakuola otoczona jest pojedynczą błoną białkowo-lipidową zwaną tonoplastem, który jest żywą częścią wakuoli. Wewnątrz znajduje się martwy sok wakuolarny. Rośliny i grzyby: jedna lub dwie, zajmujące około 90 % powierzchni komórki Protisty: wodniczki pokarmowe odpowiadające za trawienie pokarmu wodniczki tętniące odpowiadające za osmoregulację Funkcje: gromadzą metabolity wtórne gromadzą enzymy gromadzą substancje zasadowe gromadzą nieorganiczne związki chemiczne Metabolity wtórne: glikozydy (barwniki) alkaloidy (trucizny różnego typu) garbniki GLIKOZYDY ALKALOIDY GARBNIKI flawony antocyjany zmieniają barwę w zależności od ph (zasady niebieski) (kwasy czerwony) barwią owoce i płatki kwiatów TEINA (liście) KOFEINA (nasiona) NIKOTYNA (liście) KOKAINA (liście) HININA MORFINA (owoce i nasiona) STRYCHNINA SKOPALAMINA (korzenie) żółte barwniki nadające barwy owocom i kwiatom tworzą żółte lub brunatne naloty na liściach lub owocach, mają działanie toksyczne lub garbujące (wiąże się z kolagenem przez co usuwa to białko np. ze skóry)

6 Substancje zapasowe: sacharoza (trzcina cukrowa, buraki) glukoza, fruktoza (owoce) glikogen (grzyby) białka w postaci ziaren aleuronowych (nasiona) wolne aminokwasy kwasy organiczne Wakuola nieustannie wymienia się z cytozolem jonami nieorganicznymi, co umożliwia utrzymanie odpowiedniego potencjału błony komórkowej i powstanie odpowiedniego gradientu stężeń wokół tonoplastu. UWAGA: jeżeli roztwór A ma większe stężenie od roztworu B to gradient jest skierowany z roztworu A do roztworu B (zgodnie z gradientem zachodzi transport bierny). Przykład: ATP-aza bierze udział w transporcie jonów wodoru do wnętrza wakuoli w efekcie wnętrze wakuoli naładowane jest dodatnio, co przyciąga jony ujemne i wodę Ponadto wakuola odpowiada za utrzymanie turgoru komórki magazynuje wodę, która stanowi aż 90 % jej objętości.

7 ŚCIANA KOMÓRKOWA Ściana komórkowa jest całkowicie martwym elementem komórki. Występuje w komórkach roślin, bakterii, grzybów i samożywnych protista. Funkcje: chroni protoplast (błona + organelle) przed uszkodzeniami mechanicznymi i wnikaniem drobnoustrojów, nadaje kształt komórce Ściana komórkowa zbudowana jest z polisacharydów: BAKTERIE mureina (cukry + peptydy) GRZYBY chityna (aminocukier) PROTISTA celuloza (między warstwami celulozy odkładać się może krzemionka np. u okrzemków ROŚLINY celuloza (krzemionka może się również odkładać w ścianach niektórych skrzypów, turzyc i traw); występują także: pektyny, hemiceluloza oraz woda U roślin ściana komórkowa zbudowana jest z ułożonych równolegle włókien celulozy (fibrylle celulozowe). Stanowią one maszt ściany komórkowej. Między włóknami znajdują się pektyny, woda i hemiceluloza. Im młodsza (bardziej pierwotna) ściana komórkowa tym jest bardziej uwodniona. Powstawanie ściany komórkowej: powstaje w końcowej fazie podziałów mitotycznego i mejotycznego po środku dzielącej się komórki gromadzą się włókna białkowe (pozostałości mikrotubul wrzeciona kariokinetycznego) włókna te układają się równolegle do siebie i tworzą fragmoplast w skład fragmoplastu wchodzą też pęcherzyki z aparatu Golgiego zawierające polisacharydy łącząc się ze sobą tworzą trzywarstwową przegrodę pierwotną U roślin pomiędzy warstwami ściany komórkowej występuje blaszka środkowa zbudowana z pektyn. Brak jej u bakterii i grzybów, dlatego jest to wskaźnik komórek roślinnych. Rodzaje ścian komórkowych: ŚCIANA PIERWOTNA miękka, elastyczna, silnie uwodniona, rozszerza się i rozciąga wraz ze wzrostem komórki

8 ŚCIANA WTÓRNA tworzy się po ukończeniu wzrostu komórki, jest zmodyfikowaną ścianą pierwotną MECHANIZMY MODYFIKACJI ŚCIANY PIERWOTNEJ Adkrustacja Inkrustacja odkładanie substancji na powierzchni ściany komórkowej: odkładanie substancji między włóknami celulozowymi: suberyna powoduje korkowacenie koloza odkładana jest w tkance przyrannej komórek sitowych łyka sole mineralne np. węglan wapnia, krzemionki - MINERALIZACJA lignina - ZDREWNIENIE Silny rozrost wtórnych ścian komórkowych prowadzi do śmierci komórki. Ściana spełnia głównie funkcję wzmacniającą (np. korek, drewno, sklerenchyma twardzica). Protoplasty komórek mogą łączyć się ze sobą, dzięki specjalnemu systemowi jamek w ścianie komórkowej. Fragmenty protoplastu, które przenikają przez jamki ściany komórkowej nazywamy plazmodermami. Protoplasty łączą się ze sobą w celu transportowania jonów i innych cząsteczek, niestety również wirusów.

9 PROCES PLAZMOLIZY Proces plazmolizy polega na odstawaniu błony komórkowej wraz z protoplastem od ściany komórkowej wskutek osmotycznego odpływu wody z komórki. Roztwór izotoniczny roztwór, który w kontakcie z innym roztworem przez błonę półprzepuszczalną zachowuje z nim równowagę osmotyczną Przepływ wody A roztwór hipertoniczny (wyższe stężenie) B roztwór hipotomiczny (niższe stężenie) RODZAJE PLAZMOLIZY plazmoliza kątowa plazmoliza wklęsła plazmoliza wypukła

10 Pomiędzy ścianą komórkową a protoplastem znajduje się roztwór np. NaCl albo sacharozy, ponieważ błona komórkowa jest selektywna i nie przepuszcza wszystkich substancji. Jeżeli stężenie tego roztworu jest większe niż w komórce to woda przepłynie z komórki do tego roztworu powodując odstawanie protoplastu i błony komórkowej od ściany. Procesem odwrotnym do plazmolizy jest deplazmoliza. Zachodzi ona jeżeli umieścimy komórkę w roztworze hipotonicznym. Nie oznacza to, że plazmoliza zawsze jest procesem odwracalnym. Można ją odwrócić jedynie, gdy nie dojdzie do obumarcia części żywej. Doświadczenie: projekt oceny stężenia substancji w soku komórkowym

11 RYBOSOMY Rybosomy to jedyne nieobłonione struktury komórkowe. Występują w postaci wolnej w cytoplazmie, bądź też są połączone z siateczką śródplazmatyczną szorstką. U eukariontów występują również w mitochondriach i chloroplastach. U prokariontów swobodnie pływają w cytozolu lub też związane są z wewnętrzną warstwą błony komórkowej. Są bardzo liczne w komórkach jest ich ponad kilkadziesiąt tysięcy. Mimo niewielkich rozmiarów stanowią 25 % masy komórki. Chemicznie składają się z białek i rrna (rybosomalnego RNA). Rybosomy składają się z dwóch podjednostek połączonych jedynie podczas translacji: u prokariontów występują rybosomy 70 S o podjednostkach 50 S (34 białka i 2 cząsteczki rrna) i 30 S (21 białek i jedna cząsteczka rrna) u eukariontów występują rybosomy 80 S o podjednostkach 60 S (49 białek i 3 cząsteczki rrna) i 40 S (33 białka i jedna cząsteczka rrna) Rybosomy mitochondrialne i chloroplastowe również składają się z 2 podjednostek łącznie 70 S. Do każdego rybosomu mogą się przyłączyć 1 cząsteczka mrna i 3 cząsteczki trna: trna transportujący RNA mrna - matrycowy RNA

12 PLASTYDY Plastydy występują jedynie w komórkach roślin i samożywnych protista. PLASTYDY CHROMATOFORY (barwne) nieaktywne w procesie aktywne w procesie fotosyntezy fotosyntezy chromoplasty (nadają barwę owocom, kwiatom i korzeniom, zawierają karoten i ksantofil) chloroplasty (zawierają różnego rodzaju chlorofil) LEUKOPLASTY (bezbarwne) uczestniczą w gromadzeniu substancji zapasowych (magazynują skrobię - przekształconą z glukozy) Chloroplasty są osłonięte podwójną błoną białkowo-lipidową. Mają za zadanie zamienienie energii słonecznej w energię wiązań chemicznych. Barwnik chlorofil znajduje się w błonie tylakoidu. Tylakoidy są tworzone przez błonę wewnętrzną (wpuklenia błony do środka). Te układają się w stosy zwane granami, które są połączone ze sobą przez lumelle. Zewnętrzna błona chloroplastu jest z kolei gładka i łatwo przepuszczalna. Przestrzeń pomiędzy tylakoidami wypełnia stroma koloid złożony z białek enzymatycznych, rybosomów oraz materiału DNA.

13 Faza jasna fotosyntezy zachodzi w błonie tylakoidów, natomiast faza ciemna w stromie. MITOCHONDRIUM Mitochondria są osłonięte podwójną błoną białkowo-lipidową. Występują we wszystkich komórkach organizmów tlenowych prócz erytrocytów. Zewnętrzna błona jest gładka i w pełni przepuszczalna dla jonów. Błona wewnętrzna jest zdecydowanie bardziej pofałdowana, a jej wpuklenia do wewnątrz mitochondriom nazywamy grzebieniami mitochondrialnymi. W niej też znajduje się o wiele więcej białek, które biorą udział w łańcuchu oddechowym oddychania komórkowego. Im większe w komórce jest zapotrzebowanie na energię tym błona wewnętrzna jest bardziej pofałdowana, bo wtedy proces może zachodzić na większej powierzchni. Wewnątrz mitochondriom znajduje się matrix będące koloidem zawierającym bardzo wiele białek enzymatycznych, z których znaczna część kodowana jest przez mitochondrialne DNA.

14 Mitochondria mają za zadanie przekształcenie energii uzyskanej z przekształcania cząsteczek pokarmowych na energię wiązań chemicznych w ATP. Jest to proces stopniowy, powolny i wieloetapowy. Na grzebieniu mitochondrialnym dochodzi do transportu wodoru i elektronów, a ostatnim ich akceptorem jest tlen. Cała reakcja jest bardzo egzoenergetyczna. Liczba mitochondriów w komórkach: wątroba ( ) plemniki (kilkadziesiąt u podstawy witki co umożliwia ruch) tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana (najwięcej) CYTOSZKIELET Cytozol substancja wypełniająca środowisko wewnętrzne komórki, jest roztworem koloidalnym (półpłynnym), w którym znajduje się wiele związków nieorganicznych, białek, lipidów, cukrów, kwasów tłuszczowych, aminokwasów i soli mineralnych (Ca, Mg, Na) Funkcja: cytozol jest doskonałym środowiskiem dla zachodzenia wielu reakcji chemicznych Cytoszkielet posiadana przez komórki roślinne i zwierzęce sieć białkowych włókien, które tworzą strukturę przestrzenną w cytoplazmie Funkcja: nadaje elastyczność komórce, umożliwiając ruch Istnieją trzy rodzaje włókien białkowych:

15 MIKROFILAMENTY (filamenty aktynowe) tworzą pęczki, skupiska i sieci, rzadko występują pojedynczo umożliwiają zmiany kształtu komórki, a dzięki temu także ruchy pełzakowate FILAMENTY POŚREDNIE najbardziej wytrzymałe i sztywne z filamentów, ich średnica i grubość są większe niż u mikrofilamentów, ale mniejsze niż u mikrotubul bardzo dużo w komórkach nabłonkowych i mięśniowych chronią podczas rozciągania, chronią również wypustki komórek nerwowych, tworzą również blaszkę jądrową warstwę ochronną wokół jądra komórkowego MIKROTUBULE (filamenty tubulinowe) są zbudowane z podjednostek ά i β, mogą zmieniać swoją długość umożliwiają transport substancji w komórce, budują rzęski i wici, powstają w organellach zwanych centrosomami (w pobliżu jądra komórkowego w podziale mitotycznym i mejotycznym) Ruchy cytoplazmy: CYRKULACYJNY (komórki mające wiele wakuoli) PULSACYJNY (ruch raz w jedną, raz w drugą stronę) ROTACYJNY (cytoplazma krąży wokół jednej dużej wakuoli) TEORIA ENDOSYMBIOZY Komórka eukariotyczna pochodzi od komórek prokariotycznych. Natomiast mitochondria i chloroplasty to odpowiednio przekształcone bakterie tlenowe i samożywne sinice. Dowody na pochodzenie chloroplastów i mitochondriów: Obecność własnego DNA różniącego się od DNA eukarionty, a podobnego do DNA prokarionta Obecność rybosomów Samodzielna produkcja niektórych białek Tworzenie się mitochondriów i chloroplastów przez podział już istniejących organelli (podział organelli półautonomicznych i jądra komórkowego nie zachodzi w tym samym czasie)

16 JĄDRO KOMÓRKOWE Jądro komórkowe występuje pojedynczo we wszystkich komórkach eukariotycznych, jest największym organellum, położonym centralnie. WYJĄTKI: Erytrocyty brak jądra Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana wiele jąder Komórczaki np. pleśniak wiele jąder

17 Budowa : jądro komórkowe otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową zwaną otoczką jądrową. Umożliwia ona transport cytoplazmy do wnętrza jądra znajdują się w niej liczne pory. Otoczka pochodzi od retikulum endoplazmatycznego szorstkiego, natomiast błona wewnętrzna jest gładka. Kariolimfa zwana jest inaczej sokiem jądrowym jest koloidem, w którym znajdują się białka enzymatyczne odpowiadające za syntezę DNA i RNA, a także materiał genetyczny, który tworzy strukturę chromatyny, czyli DNA powiązanego z białkami histonowymi. Chromatyna jest połączona z błoną wewnętrzną tzw. blaszką środkową zbudowaną z filamentów pośrednich. Dzięki temu jądro nabywa ściśle określony kształt, a sama blaszka uczestniczy we fragmentacji i odbudowie w czasie podziałów. Jąderko to zagęszczona i skondensowana chromatyna, odpowiedzialna za syntezę rrna. Rola jądra: przechowywanie, powielanie i przekazywanie materiału genetycznego do komórek potomnych przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na pokolenie dzięki udziałowi w tworzeniu gamet sterowanie podstawowymi procesami w komórce poprzez regularne odczytywanie informacji genetycznej i przepisywaniu jej podczas biosyntezy białek