Cytoplazma, cykl komórkowy, mitoza i mejoza - Biologia na czasie 1 (ZP)

1.Cytoplazma i cytozol

Cytoplazmę tworzą cytozol i zawieszone w nim organelle komórkowe. Cytozol to półpłynna, niejednorodna, galaretowata substancja wypełniająca przestrzeń między organellami: woda z rozpuszczonymi lub zawieszonymi substancjami nieorganicznymi (np. jonami magnezu i wapnia) i organicznymi (głównie białkami).

2.Funkcje cytozolu

Stanowi środowisko, w którym zachodzą różne reakcje biochemiczne, oraz pośredniczy w transporcie substancji między organellami, a także między organellami a środowiskiem zewnętrznym komórki.

3.Cytoszkielet

Skomplikowana sieć włókien białkowych znajdująca się w cytozolu. Jej włókna łączą różne rejony komórki. W cytoszkielecie występuje centrosom, który bierze udział w podziałach komórkowych.

4.Funkcje cytoszkieletu

Zapewnia komórce wytrzymałość (m.in. chroni przed pęknięciem przy rozciąganiu), pomaga utrzymać jej kształt, umożliwia transport substancji między rejonami komórki, ruch pełzakowaty (np. makrofagów) i przemieszczanie się chromosomów podczas podziału, a także buduje rzęski i wici (np. rzęski nabłonka dróg oddechowych i wić plemnika).

5.System błon wewnątrzkomórkowych

Organelle otoczone jedną błoną: siateczka śródplazmatyczna, aparaty Golgiego, lizosomy i wakuole. Kontaktują się ze sobą za pomocą pęcherzyków transportowych i tworzą przedziały w komórce (kompartmentacja), dzięki czemu jednocześnie mogą zachodzić reakcje wymagające odmiennych warunków.

6.Siateczka śródplazmatyczna - budowa i rodzaje

Zbudowana z błon biologicznych w postaci spłaszczonych woreczków i rozgałęzionych kanalików. Wyróżniamy siateczkę śródplazmatyczną szorstką, która ma rybosomy, oraz gładką, która nie ma rybosomów.

7.Siateczka śródplazmatyczna szorstka - funkcje

Rybosomy na jej błonach wytwarzają białka kierowane poza komórkę (np. hormony) oraz białka potrzebne komórce: enzymy lizosomów i wakuol oraz składniki błon. Siateczka modyfikuje i transportuje te białka.

8.Siateczka śródplazmatyczna gładka - funkcje

Produkuje lipidy, neutralizuje trujące związki chemiczne oraz magazynuje jony wapnia.

9.Rybosomy

Elementy komórki nieotoczone błoną, które syntetyzują białka na podstawie informacji zawartej w sekwencji nukleotydów RNA. Składają się z dwóch podjednostek, dużej i małej, zbudowanych z białek i rybosomowego RNA (rRNA). Są połączone z błonami siateczki śródplazmatycznej lub występują w cytozolu, mitochondriach i chloroplastach.

10.Aparat Golgiego

System spłaszczonych woreczków (cystern) otoczonych pojedynczą błoną. Trafiają do niego białka i lipidy z siateczki śródplazmatycznej, które są tu modyfikowane i pakowane, a potem przenoszone w odrywających się pęcherzykach na zewnątrz komórki (m.in. hormony) lub do wnętrza organelli (np. enzymy trawienne lizosomów).

11.Droga białka wydzielanego poza komórkę

Białko powstaje na rybosomach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, w pęcherzykach trafia do aparatu Golgiego, gdzie jest modyfikowane, a następnie w pęcherzykach aparatu Golgiego jest transportowane poza komórkę (np. hormon białkowy insulina). Tą samą drogą do aparatu Golgiego trafiają enzymy lizosomów, które pakowane w pęcherzyki tworzą lizosomy.

12.Lizosomy

Niewielkie pęcherzyki otoczone błoną, wypełnione enzymami trawiennymi, które rozkładają duże cząsteczki organiczne (cząstki pokarmowe) oraz uszkodzone organelle. Występują tylko w komórkach zwierzęcych.

13.Wakuole

Pęcherzyki wypełnione płynem i otoczone pojedynczą błoną. Duża, centralna wakuola komórek roślinnych gromadzi wodę i utrzymuje uwodnienie komórki oraz magazynuje m.in. białka zapasowe, uboczne produkty przemiany materii, barwniki, kofeinę czy nikotynę. Małe wakuole pochłaniają, trawią i usuwają z komórki różne substancje.

14.Mitochondrium - funkcja

Niewielkie owalne lub kuliste organellum, w którym zachodzą główne etapy oddychania tlenowego - ze związków organicznych uwalnia się energia, gromadzona w ATP. Liczba i rozmieszczenie mitochondriów zależą od procesów w komórce i jej zapotrzebowania na energię.

15.Budowa mitochondrium

Ma dwie błony: zewnętrzną - gładką i przepuszczalną dla wielu związków i jonów - oraz wewnętrzną, pofałdowaną w grzebienie mitochondrialne, z białkami wybiórczo transportującymi substancje. Między nimi jest przestrzeń międzybłonowa z płynem o składzie jonowym zbliżonym do cytozolu. Wnętrze wypełnia matriks z enzymami, rybosomami i DNA.

16.Chloroplast

Organellum komórek roślinnych otoczone dwiema błonami - zewnętrzną i wewnętrzną; w jego wnętrzu są enzymy, rybosomy i DNA. Zachodzi w nim fotosynteza, w której ze związków nieorganicznych powstają związki organiczne.

17.Cykl komórkowy

Ogół procesów, które zachodzą od powstania komórki do jej podziału na dwie komórki potomne. Ma dwa etapy: interfazę (fazy G1, S i G2) oraz podział komórki, czyli fazę M (mitoza i cytokineza).

18.Interfaza

Okres między podziałami, pierwszy etap cyklu komórkowego. Komórka zwiększa wtedy rozmiary, gromadzi materiały zapasowe, powiela organelle i replikuje DNA. Obejmuje fazy G1, S i G2; z fazy G1 komórka może przejść do fazy G0.

19.Faza G1

Faza wzrostu komórki aż do rozmiarów komórki wyjściowej. Powstają nowe organelle, są gromadzone cząsteczki pokarmowe i wytwarzane białka niezbędne do funkcjonowania komórki, np. enzymy potrzebne do replikacji DNA.

20.Faza G0 (faza spoczynkowa)

Faza, do której przechodzą z fazy G1 komórki, które nie przygotowują się do podziału, lecz specjalizują się w komórki określonego typu (np. nerwowe) i przestają się dzielić. Oznacza wyjście z cyklu, choć np. pod wpływem hormonów lub czynników wzrostu komórka może do niego wrócić.

21.Faza S

Faza interfazy, w której w wyniku replikacji DNA podwaja się zawartość DNA w jądrze komórkowym. Zachodzi w niej też synteza histonów - białek, które razem z DNA tworzą chromatynę.

22.Faza G2

Ostatni etap interfazy, w którym komórka przygotowuje się do podziału: syntetyzuje pozostałe (oprócz histonów) białka niezbędne podczas podziału komórki; dzielą się też m.in. mitochondria i plastydy.

23.Faza M (podział komórki)

Etap cyklu po interfazie, złożony z podziału jądra komórkowego (mitozy), w którym rozdzielają się chromosomy i powstają dwa jądra potomne o takiej samej zawartości DNA, oraz podziału cytoplazmy (cytokinezy), czyli rozdzielenia cytozolu i organelli do dwóch komórek potomnych.

24.Replikacja DNA - przebieg i znaczenie

Do każdej nici DNA jest dobudowywana nowa nić zgodnie z zasadą komplementarności (A-T, C-G). Powstają dwie identyczne cząsteczki DNA, każda z jedną nicią starą i jedną nową. Dzięki temu każda komórka potomna dziedziczy wszystkie geny komórki rodzicielskiej.

25.Zmiany ilości DNA w cyklu komórkowym

W fazie G1 komórka ciała ma 2c DNA (u człowieka 46 cząsteczek DNA = 46 chromosomów). W fazie S replikacja podwaja ilość DNA do 4c - każdy chromosom ma dwie cząsteczki DNA. W fazie G2 nadal jest 4c. W fazie M każda komórka potomna dostaje po jednej cząsteczce DNA z każdego chromosomu, więc ma 2c.

26.Komórki nowotworowe

Komórki, w których czynniki powodujące mutacje zaburzyły cykl komórkowy, więc stale się dzielą, zamiast po określonej liczbie podziałów zestarzeć się i umrzeć. Zagrażają zdrowiu i życiu.

27.Mitoza

Podział jądra komórkowego poprzedzony replikacją DNA, w którego wyniku z jednej komórki rodzicielskiej powstają dwie komórki potomne o takiej samej liczbie chromosomów. Zachodzi w komórkach budujących ciało (somatycznych) i odpowiada m.in. za wzrost organizmu.

28.Mejoza

Podział jądra komórkowego, w którego wyniku z jednej komórki rodzicielskiej powstają cztery komórki potomne o liczbie chromosomów zredukowanej o połowę. Zachodzi w diploidalnych komórkach macierzystych gamet (nie zachodzi w komórkach haploidalnych); powstają w niej m.in. gamety zwierząt.

29.Mitoza a mejoza - porównanie

Mitoza: jeden podział, zachodzi w komórkach somatycznych, daje dwie komórki z takim samym zestawem chromosomów jak komórka macierzysta. Mejoza: dwa podziały, zachodzi w diploidalnych komórkach macierzystych gamet, daje cztery komórki z zestawem chromosomów zredukowanym o połowę.

30.Mejoza a rozmnażanie płciowe

Mejoza umożliwia rozmnażanie płciowe organizmów diploidalnych (2n): redukuje o połowę liczbę chromosomów, więc gamety są haploidalne (1n). Połączenie dwóch gamet podczas zapłodnienia odtwarza dwa zestawy chromosomów.

31.Dlaczego potomstwo różni się od rodziców?

W mejozie dochodzi do niezależnej segregacji chromosomów do gamet i do wymiany fragmentów chromosomów homologicznych, a gamety łączą się losowo podczas zapłodnienia. Potomstwo dziedziczy więc różne warianty genów w różnych kombinacjach.

32.Znaczenie mitozy

Umożliwia wzrost całego organizmu i jego części (np. włosów i paznokci), wytwarzanie nowych komórek ciała w miejsce zużytych (np. w złuszczającym się naskórku), regenerację uszkodzonych tkanek (gojenie się ran) oraz rozmnażanie bezpłciowe niektórych organizmów (np. kosaćca przez kłącza).

33.Znaczenie mejozy

Umożliwia rozmnażanie płciowe (także człowieka), przekazywanie informacji genetycznej (dziedziczymy niektóre, ale nie wszystkie cechy rodziców i dziadków) oraz zróżnicowanie genetyczne osobników tego samego gatunku, które zmniejsza ryzyko chorób genetycznych i sprzyja pojawianiu się nowych, korzystnych cech.

34.Mitoza i mejoza w życiu człowieka

U dorosłych ludzi (2n) w jajnikach i jądrach zachodzi mejoza, w której powstają haploidalne gamety: komórki jajowe i plemniki (n = 23). Po zapłodnieniu powstaje diploidalna zygota (2n = 46), z której dzięki mitozom rozwija się i rośnie organizm.

35.Etapy mitozy

Profaza: chromosomy są dwuchromatydowe, zanika otoczka jądrowa, powstaje wrzeciono podziałowe. Metafaza: chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej. Anafaza: chromatydy oddzielają się i są odciągane do przeciwległych biegunów - stają się chromosomami potomnymi. Telofaza i cytokineza: odtwarza się otoczka jądrowa i powstają dwie komórki diploidalne.

36.I podział mejotyczny (redukcyjny)

W profazie I chromosomy homologiczne (zawierające te same geny) łączą się w pary i wymieniają odcinki DNA między chromatydami. W metafazie I pary ustawiają się w płaszczyźnie równikowej, a w anafazie I chromosomy z każdej pary są odciągane do przeciwległych biegunów. Powstają dwie komórki z jednym chromosomem homologicznym z pary, złożonym z dwóch chromatyd.

37.II podział mejotyczny

Podział, przed którym DNA nie ulega replikacji. W obu komórkach ponownie zanika otoczka i tworzy się wrzeciono, chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej, a chromatydy są odciągane do przeciwległych biegunów. Powstają cztery komórki o liczbie chromosomów zredukowanej o połowę.

38.Liczba chromosomów i ilość DNA w mitozie i mejozie

Komórka 2n 2c po replikacji ma 2n 4c. Po mitozie powstają dwie komórki 2n 2c. W mejozie po I podziale powstają dwie komórki 1n 2c, a po II podziale - cztery komórki 1n 1c.

39.Apoptoza

Naturalna, zaplanowana (programowana) śmierć komórki, kontrolowana przez geny. Dotyczy komórek uszkodzonych, zainfekowanych, nieprawidłowych lub powstałych w nadmiarze (np. podczas rozwoju układu nerwowego i kształtowania się narządów, np. dłoni). Utrzymuje liczbę komórek na odpowiednim poziomie, by organizm działał prawidłowo.

40.Przebieg apoptozy

Po otrzymaniu sygnału komórka traci wodę i się kurczy, rozpada się otoczka jądrowa, DNA jest enzymatycznie cięty na fragmenty, a błona się uwypukla. Komórka rozpada się na małe pęcherzyki otoczone błoną, które są pochłaniane i trawione przez sąsiednie komórki lub makrofagi. Zawartość komórki nie wylewa się, więc sąsiednie komórki nie są uszkadzane.