cytofizjologia skrypt.pdf

CYTOLOGIA I CYTOFIZJOLOGIA

Andrzej Miturski

#1. Błony śródplazmatyczne szorstkie i gładkie.

Siateczka śródplazmatyczna charakteryzuje się zatartą strukturą trójwarstwową, brakiem

glikokaliksu, zawiera więcej białek i fosfolipidów niż błona komórkowa. Wśród białek błonowych

wyróżnia się takie kompleksy enzymatyczne: glukozo-6-fosfatazę (marker), oksydazy

mikrosomowe, transferazy glikozylowe i glikozydazy, a także enzymy związane z syntezą lipidów.

Wyróżnia się siateczkę szorstką(ziarnistą) i gładką. Podstawę tego podziału stanowi

obecność rybosomów na zewnętrznej, cytoplazmatycznej powierzchni błon siateczki. Szorstka

występuje w postaci cystern i zawiera białka odpowiedzialne za rozpoznawanie i przyłączanie

rybosomów. Gładka tworzy kanaliki, znajduje się w niej więcej cholesterolu.

Błony siateczki szorstkiej umożliwiają odseparowanie białek wydzielanych na zewnątrz, od

białek własnych komórki, jak również enzymów lizosomowych od składników cytozolu. We

wnętrzu siateczki stwierdza się stałą obecność białek odpowiedzialnych za fałdowanie nowo

powstających peptydów. Na terenie szorstkiej jak i gładkiej zachodzą; synteza lipidów

(trójglicerydów, cholesterolu i fosfolipidów), przemiany steroidowe, przetwarzanie trucizn i

leków(detoksykacja). Gładka stanowi główny zbiornik Ca 2+ a jej ściany zawierają pompę wapniową

i kanał wapniowy.

#2. Teorie budowy błony komórkowej.

Błony biologiczne zbudowane są z lipidów i białek. Liczba cząsteczek lipidowych wielokrotnie

przewyższa liczbę cząsteczek białkowych, które posiadają większe rozmiary. W temperaturze

ustrojów żywych lipidy znajdują się w formie płynnej, wzajemny układ białek i lipidów wygląda

więc jak “morze w którym pływają góry lodowe” (białka). Cząsteczki lipidowe mają charakter

amfipatyczny; posiadają biegun hydrofilny i biegun hydrofobowy. W środowisku wodnym więc

układają się końcami hydrofilnymi, dzięki czemu mogą przyjmować formę kulistych zbiorów

cząsteczek (miceli) albo dwuwarstwy.

1) W skład lipidów wchodzą fosfolipidy, cholesterol i glikolipidy.

a) Fosfolipidy zbudowane są na bazie glicerolu, dwie grupy alk. zestryfikowane są

kwasami tłuszczowymi, a trzecia kwasem fosforowym. Im większa jest liczba wiązań

nienasyconych, tym bardziej płynna i przepuszczalna staje się błona. Płynność błony wzrasta także

w miarę skracania się długości kwasów tłuszczowych i spadku poziomu cholesterolu.

b) Cholesterol stabilizuje strukturę błony oraz zapobiega zmianom płynności w

warunkach obniżonej temperatury.

c) Glikolipidy występują TYLKO w błonie komórkowej, stanowią składnik warstwy

zewnętrznej i uczestniczą w tworzeniu otoczki cukrowcowej wokół komórek (tzw. Glikokaliksu)

Wszystkie cząsteczki lipidów poruszają się w błonie. Dodatkowo cząsteczki cholesterolu mogą

przemieszczać się z jednej warstwy lipidowej do drugiej (ruch flip-flop), natomiast fosfo- i

glikolipidy wykonują ten ruch niesłychanie rzadko, pozostając w obrębie jednej warstwy.

2) Białka błonowe wbudowane są w warstwę lipidową w ten sposób, że ich regiony

hydrofilne zwrócone są do środowiska wodnego, a hydrofobowe do głębi błony, gdzie sąsiadują z

hydrofobowymi końcami lipidów. Również jak lipidy wykonują pewne ruchy; przemieszczają się w

płaszczyźnie błony i obracają wokół swojej osi pionowej. Białka można podzielić na:

a) integralne – większość stanowią białka transbłonowe, które przebijają całą

dwuwarstwę lipidową swoim obszarem hydrofobowym i wysterczają do środowiska zewnętrznego

oraz do cytoplazmy obszarami hydrofilnymi.

b) Powierzchniowe (obwodowe) – pełnią funkcje strukturalne, enzymatyczne,

transportowe i receptorowe.

W błonie komórkowej zlokalizowane są różne rodzaje receptorów: dla pobierania substancji, dla

antygenów i przeciwciał, dla hormonów i neuromediatorów, jak również liczne kanały i białka

nośnikowe, cząsteczki adhezyjne, a w niektórych jej obszarach dodatkowo enzymy związane ze

szczególną funkcją komórek. Markerem błony komórkowej jest Na +- K + ATPaza (Na + na zew.) Na

błonie komórkowej wyróżniamy powierzchnie przyszczytową i przypodstawno-boczną. Innym

przykładem wyspecjalizowanych obszarów mogą być dołeczki okryte i kaweole, a także swoiste

agregaty białkowo-lipidowe zwane jako “tratwy”. Wyróżniamy także cząstki adhezyjne błony

komórkowej: kadheryny, selektyny, białka z nadrodziny immunoglobulin oraz integryny.

Odgrywają rolę w rozpoznawaniu i grupowaniu się komórek w okresie płodowej organogenezy,

późniejszej przebudowie narządów, zjawiskach docelowej migracji komórek, kooperacji kom. ukł

immunologicznego, a także w tworzeniu przerzutów nowotworów.

# 3. Warstwa powierzchniowa błony komórkowej /glikokaliks/ .

Jest to warstwa pokrywająca błonę komórkową, zbudowana z reszt cukrowcowych połączonych z

białkami błonowymi (glikoproteidami) lub z lipidami zewnętrznej blaszki dwuwarstwy

(glikolipidami). Glikokaliks uczestniczy w zjawiskach wzajemnego rozpoznawania się komórek,

pośredniczy w ustalaniu kontaktów między komórkami, może też wpływać na skład substancji

pobieranych przez nie na drodze endocytozy.

#4. Szkielet komórki.

Terminem tym określa się białka leżące pod powierzchnią błony komórkowej, które pośredniczą w

wiązaniu jej z cytoszkieletem. W skład cytoszkieletu wchodzą filamenty cienkie, grube, pośrednie i

mikrotubule, białka dodatkowe oraz białka motorowe. Wszystkie białka z tej grupy mają charakter

giętkich włókienek, układają się równolegle do powierzchni błony w postaci oligomerów i łączą się

z jej białkami integralnymi za pośrednictwem wiązań niekowalencyjnych. Od strony cytoplazmy

łączą się z filamentami aktynowymi. Przedstawicielem białek szkieletu błonowego jest spektryna.

Pozostałe białka a-aktynina, dystrofina, fodryna i utrofina. Szkielet błonowy bierze udział w

utrzymaniu integralności błony komórkowej, warunkuje stałą lokalizację określonych białek

transbłonowych (receptorów, kanałów), a także umożliwia zmiany ukształtowania błony.

# 5. Mikrofilamenty pośrednie.

Są to struktury włókienkowe o średnicy 10nm, występujące zarówno na terenie jądra komórkowego

jak i cytoplazmy. Charakteryzują się fizyczną sztywnością, są bardzo dynamicznymi strukturami,

występują szczególnie obficie w miejscach narażonych na urazy. Składają się z polipeptydów

fibrylarnych. Wyróżnia się 6 typów filamentów min. laminowe (LAMINY A i B blaszki jądrowej)

oraz nestynowe (w rozwijających się neuronach), filamenty keratynowe (wyst. w kom

nabłonkowych – naskórku), filamenty wimentynowe, desminowe i glejowe (w kom tk łącznej),

neurofilamenty czyli neurofibryle (w ciałach i wypustkach nerwowych)

Dzięki swojej strukturze przypominającej plecioną linię filamenty pośrednie wyróżniają się

wśród innych elementów cytoszkieletu swoją elastycznością; poddają się odkształceniom, a po

ustaniu działającej siły powracają do formy poprzedniej. W zależności od rodzaju tworzących je

białek tworzą różne układy przestrzenne: pęczków kierujących się w stronę obwodu komórki

(keratyny), luźnych sieci zlokalizowanych głównie wokół jądra (wimetyny), bądź równoległych

pasm w długich wypustkach (neurofilamenty).

Biorą udział w utrzymaniu kształtu komórek, wzmacniają je mechanicznie i odpowiadają ze

usytuowanie różnych struktur komórkowych w określonym miejscu. Poprzez łączenie się z

mikrotubulami, a także z białkami błony komórkowej filamenty pośrednie mogą stabilizować

całość cytoszkieletu.

# 6. Proteasomy

To struktury związane z pozalizosomową proteolizą białek, występujące na terenie jądra jak i

cytoplazmy. Przypominają walec zbudowany z globularnych podjednostek . W proteasomach o

większej masie (26S) na jeden lub oba końce walca nałożone są cząsteczki o kształcie litery U

(białka czapeczkowe), które odpowiadają za rozpoznawanie i wstępną zmianę konfiguracji

substratów przeznaczonych do rozkładu w proteasomach.

Skierowanie białek do degradacji w proteasomach dokonuje się poprzez przyłączenie do

nich innego, małego białka – ubikwityny. Liczba proteasomów wzrasta wraz z aktywnością

metaboliczną komórek. Ich znaczenie dotyczy nie tylko eliminacji białek o nieprawidłowej

strukturze, lecz również regulacji cyklu komórkowego, realizacji apoptozy, cytoplazmatycznej

degradacji antygenów i ogólnej przebudowy komórek w procesach różnicowania się lub

transformacji nowotworowej.

#7. Blaszka jądrowa.

Blaszka jądrowa wzmacnia od strony jądra błonę wewnętrzną otoczki jądrowej. Jest cienką warstwą

filamentów pośrednich typu V zbudowana z białka – laminy A i B, tworzących sieć oraz z białek

globularnych przylegających do wewnętrznej błony otoczki. Jej zewnętrzna powierzchnia

stabilizuje kompleksy porów, odpowiada za kształt jądra, zaś wewnętrzna powierzchnia stabilizuje

włókienka chromatyny, łącząc się z fragmentami interfazowych chromosomów.

Chromatyna jest kompleksem

kwasu DNA, histonów oraz białek

niehistonowych. Powstają z niej

chromosomy mitotyczne. Można

odróżnić rozproszoną

euchromatynę i zbitą zwaną

heterochromatyną.

Podstawową jednostką budowy

chromatyny jest nukleosom. Ma on

kształt krążka o średnicy 11nm i

grubości 5nm i składa się z rdzenia

histonowego, na który nawinięta

jest nić DNA. W skład nukleosomu wchodzi 8 cząsteczek histonów (po 2 pary H2B H2A H3 i H4)

tworząc oktamer. Wokół oktameru owija się odcinek podwójnej nici DNA. Pomiędzy sąsiednimi

oktamerami rozciąga się krótki, liczący do 80 par zasad, odcinek łączący, który również należy do

nukleosomu. Histon H1 spina początek i koniec nici DNA. W chromatynie nukleosomy wchodzą w

skład włókienek w postaci koralików nawiniętych na sznurek - Nukleofilamenty. Włókno

# 8. Budowa chemiczna i morfologiczna chromatyny.

chromatynowe (solenoid) – Dwa leżące naprzeciw siebie szeregi ciasno ułożonych nukleosomów w

formie spirali

Perychromatyna – pozachromatynowy składnik jądra składa się z włókien (hnRNA) i ziaren

ryboprotein (mRNA) i białka. Jest zatem miejscem przejściowego przechowywania mRNA i

hnRNA oraz jednym z miejsc obróbki hnRNA.

Interchromatyna – występuje w postaci wysepek w różnych częściach jądra. Zbudowana z

włókienek i ziaren i z rybonukleoprotein. Jest zgrupowaniem podjednostek rybosomów, które w

postaci interchromatyny są przechowywane przed transportem do cytoplazmy.

Chromatyna płciowa – zasadochłonna grudka chromatyny, leżąca w pobliżu jąder

interfazowych(między podziałami). Jest silnie skondensowanym, nieczynnym chromosomem X.

Euchromatyna stanowi jaśniejsze(mniej gęste elektronowo) obszary chromatyny. W jej obrębie

można wyróżnić euchromatynę luźną i zwartą. Ich stopień organizacji odpowiada

nukleofilamentom i włóknom chromatynowym.

Heterochromatyna – odpowiada skondensowanej formie chromatyny - gęstych obszarów. Widoczna

jest zwykle na obwodzie jądra interfazowego, a w chromosomach metafazowych zlokalizowana jest

w pobliżu centromerów. Wyróżnia się w niej heterochromatynę konstytutywną oraz fakultatywną.

Heterochromatyna konstytutywna lokalizuje się głównie w okolicy przewężeń pierwotnych

chromosomów i zawiera DNA o bardziej monotonnej strukturze, a w szczególności całą pulę

satelitarnego DNA. Heterochromatyna fakultatywna występuje tylko w określonych populacjach

komórek i stanowi wynik “wyłączania” pewnych odcinków genomu w trakcie różnicowania

(specjalizacji) komórek. Zlokalizowana bywa w różnych obszarach chromosomów, ale głównie

znanym jej przykładem są tzw ciałka Barra.

a) DNA stanowi najważniejszy składnik chromatyny jako molekularny odpowiednik cząstek

informacji genetycznej – genów. Całkowita zawartość DNA w jądrze tworzy genom. Każda

dwuniciowa cząsteczka DNA tworzy jeden chromosom. W procesie transkrypcji następuje

przepisanie szyfru nukleotydowego z wzorcowego łańcucha DNA na komplementarny łańcuch

mRNA, który po przedostaniu się do cytoplazmy stanowi matrycę dla syntezy właściwego białka.

Odcinki kodujące strukturę białek stanowią 1% genomu. Pozostałe odcinki DNA zawierają

informację o budowie innych rodzajów RNA. W obrębie DNA znajdują się również odcinki, które

nie kodują żadnej informacji, pełniące rolę przerywników lub wchodzące w skład DNA

satelitarnego (oddziela się od głównego pasma DNA w trakcie wirowania w gradiencie chlorku

cezu). Zawartość satelitarnego DNA jest charakterystyczne dla danego gatunku i u człowieka

stanowi 0,5% genomu.

b) Histony. Zawarty w chromatynie DNA związany jest z histonami. Są to

niskocząsteczkowe białka o charakterze zasadowym. W zależności od proporcji lizyny i argininy

wyróżnia się H1, H2A, H2B, H3 i H4 (H1 zawiera dużo lizyny, a mało argininy. Stopniowo

zmienia się układ aminokwasów, tak, że w H4 jest mało lizyny, a dużo argininy). Histony są

białkami, nie są więc charakterystyczne dla gatunków, nie wykazują specyfiki tkankowej. Ich ilość

w chromatynie jest wartością stałą.

c) Białka niehistonowe. Oprócz białek o dużej masie należą do nich również białka

niskocząsteczkowe; białka enzymatyczne, regulatorowe i strukturalne. Białka enzymatyczne biorą

udział w syntezie i modyfikacjach kwasów nukleinowych lub przemianach składników białkowych

jądra. Białka regulatorowe są odpowiedzialne za regulację aktywności genów. Białka strukturalne

związane są z przestrzenną organizacją chromatyny.

# 9. Budowa chromosomu mitotycznego.

Chromosomy mitotyczne są skondensowaną postacią chromatyny przygotowaną do rozdzielenia i

przekazania komórkom potomnym w czasie mitozy. Jest nieczynna pod względem transkrypcji i

syntezy DNA. Kondensacja chromatyny postępuje przez profazę i metafazę mitozy i wytwarza się

46 chromosomów mitotycznych, występują one w parach jako chromosomy homologiczne.

Chromosomy mitotyczne są zbudowane z tych samych składników co chromatyna, chromatyna się

kondensuje wytwarzając włókienka, a te zwijając się spiralnie wytwarzają chromatydę - Te dwie

chromatydy połączone w miejscu zwanym centromerem tworzą chromosom mitotyczny.

Zewnętrzna część centromeru ma postać pierścienia, zbudowana z białek i nazywa się

kinetochorem. Jest to miejsce przejściowego wiązania mikrotubuli wrzeciona podziałowego.

Centromer dzieli chromosom na 4 ramiona. Jeżeli ramiona są tej samej długości, chromosomy

nazywa się metacentrycznymi, jeżeli dwa nieco krótsze, to chromosomem submetacentrycznym, a

jeśli znacznie krótsze, to chromosomem akrocentrycznym. Na końcach ramion znajdują się

przewężenia wtórne nazywane satelitami lub trabantami.

Na obu końcach każdej chromatydy znajdują się telomery – małe końcowe fragmenty

chromosomów. Telomer składa się z DNA niezawierającego genów (TTAGGG), oraz białek –

TRF. Telomery stabilizują strukturę chromosomów, a w czasie replikacji DNA zapobiegają

przecinaniu jego cząsteczki przez nukleazy.

# 10. Prawidłowy kariotyp i zespoły związane z nieprawidłowością garnituru

chromosomalnego.

Kariotyp – garnitur chromosomalny - jest to obraz zespołu chromosomów jednej komórki.

Klasyfikacja chromosomów polega na ocenie trzech parametrów identyfikujących indywidualne

chromosomy i na ułożeniu ich w grupy na podstawie względnego podobieństwa. Parametrami są:

długość chromosomu, stosunek ramion krótszych do całej długości chromosomu, obecność satelity.

Wyodrębnia się parę chromosomów zwanych heterochromosomami, zawierającymi geny

odpowiedzialne za determinację płciową. Opisywane są oddzielnie i przeciwstawiane wszystkim

innym chromosomom zwanym autosomami.

Może dojść do nieprawidłowych zmian w garniturze. Zmiany te mogą być trojakiego rodzaju. W

danym kariotypie może być brak danego chromosomu, może występować nadmierna ilość danego

chromosomu, może występować skrócenie ramion lub jednego ramienia, przy zupełnym braku

odcinka lub przeniesieniu go na inny chromosom. W niektórych przypadkach występują

chromosomy o kształtach nienormalnych, np. Chromosomy dicentryczne, których chromatydy łączą

się w 2 miejscach.

Zjawisko “non disjunction” określające nierozchodzenie się pary homologicznych chromosomów w

przebiegu mejozy do komórek potomnych. Czasami dochodzi do takiego zaburzenia, że wrzeciono

podziałowe przeciągnie do jednego bieguna całą parę homologicznych chromosomów płciowych,

zaś do drugiego bieguna nie przesunie się żaden z nich. Najczęstszymi zaburzeniami chromosomów

płciowych są: Zespół Turnera, o zestawie chromosomów płciowych X0, zespół Klinefeltera o

zestawie XXY, zespół “nadkobiety” o zestawie XXX.

Zaburzenia chromosomalne mogą dotyczyć również autosomów. W tych przypadkach może

dochodzić również do nadmiernej liczby chromosomów. Najczęstszą aberracją tego typu jest

mongolizm, zaburzenie rozwojowe dzieci z towarzyszącym głębokim niedorozwojem

intelektualnym. U dzieci tych stwierdza się charakterystyczny kariotyp zawierający trisomię, czyli

potrójny chromosom 21. Należy również wymienić chromosom oznaczony literami Ph, należący do

pary 21 – występowanie tej aberracji łączy się z występowaniem białaczki.

W wielu komórkach liczba chromosomów może być wielokrotnością liczby haploidalnej, co się

nazywa poliploidią. np. Komórka z czterokrotnie większą liczbą chromosomów nazywa się

komórką tetraploidalną, z ośmiokrotnie większą liczbą chromosomów – oktaploidalną itd. Liczba

chromosomów inna niż wielokrotność liczby haploidalnej nazywa się liczbą aneuploidalną i

zazwyczaj charakteryzuje komórki nowotworów złośliwych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: