Fizjologia człowieka w zarysie. Отсутствует
jądrowo-cytoplazmatyczną. Głównym składnikiem jądra komórkowego jest chromatyna, zbudowana z DNA oraz białek. DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) jest nośnikiem informacji genetycznej o wszystkich cechach dziedzicznych organizmu. W zależności od fazy cyklu komórkowego chromatyna występuje w postaci euchromatyny (postać rozproszona, charakterystyczna dla komórek w fazie podziału) lub heterochromatyny (postać skondensowana, charakterystyczna dla komórek niedzielących się). Dwie nici DNA tworzą strukturę o kształcie podwójnej helisy poskładaną we fragmenty przestrzenne zwane chromosomami. Każda komórka somatyczna człowieka ma ich 46: 22 pary chromosomów autosomalnych i 1 parę chromosomów płciowych (XX u kobiet, a XY u mężczyzn). W DNA jest zawarta informacja genetyczna kodująca sekwencję aminokwasową wszystkich białek ludzkiego organizmu. Informacja ta jest przepisywana na mRNA (messenger RNA), czyli tzw. informacyjny RNA, w procesie zwanym transkrypcją. Synteza RNA w jądrze komórkowym odbywa się dzięki aktywności specjalnych enzymów – polimeraz RNA. Następnie powstająca jednoniciowa cząsteczka mRNA ulega potranslacyjnym modyfikacjom. Tak przygotowana opuszcza jądro i po przyłączeniu do rybosomów może służyć jako matryca do syntezy nowych białek w procesie zwanym translacją.
Rycina 1.3. Jądro komórkowe
(autorzy ryciny: M. Maksimiuk, A. Sobiborowicz).
1.2.1. Jąderko
Wewnątrz jądra komórkowego znajduje się od jednej do kilku struktur nazywanych jąderkami. Są to miejsca transkrypcji RNA, przede wszystkich rybosomalnych kwasów rybonukleinowych (rRNA). W centrum jąderka znajdują się odcinki DNA kodujące wspomniane rRNA, a na jego obwodzie są rozlokowane zwykle przetworzone, dojrzałe formy rRNA. W tym miejscu łączą się one z pochodzącymi z cytozolu białkami, tworząc struktury zwane rybosomami. Jąderko jest strukturą nieotoczoną błoną. Z tego względu powstające w nim gotowe rybosomy dyfundują swobodnie do jądra komórkowego, a przez pory jądrowe przemieszczają się do cytoplazmy. Poza omówioną funkcją jąderku przypisuje się również rolę w regulacji cyklu komórkowego.
1.3. Cytoplazma
Mianem cytoplazmy określa się zawartość wewnętrzną każdej komórki, która odnosi się do organelli komórkowych (z wyjątkiem jądra) oraz substancji wypełniającej przestrzenie pomiędzy nimi. W jej skład wchodzą zatem:
– cytozol, nazywany cytoplazmą podstawową;
– organelle komórkowe (z wyjątkiem jądra komórkowego).
Cytozol jest substancją koloidalną, w której w skład wchodzą substancje organiczne (białka, lipidy, węglowodany, RNA, produkty metabolizmu komórkowego) oraz związki nieorganiczne wielu pierwiastków zawieszone w tzw. fazie rozpraszającej, czyli w wodzie. Ważnym składnikiem cytozolu jest skomplikowana przestrzenna sieć białkowych włókienek zbudowana z mikrofilamentów i mikrotubuli, tworzących tzw. cytoszkielet.
1.4. Mitochondria jako centra energetyczne
Do najistotniejszych organelli komórkowych należą mitochondria, mające owalny przekrój i długość od 1 do kilku mikrometrów. Każde mitochondrium jest odgraniczone od cytozolu dwiema odrębnymi błonami. Błona zewnętrzna mitochondrium jest przepuszczalna dla wielu rodzajów substancji, dzięki obecności licznych kanałów zbudowanych z białka poryny. Natomiast błona wewnętrzna jest wysoce selektywna i przepuszcza niewiele substancji. Ma dużo większą powierzchnię od błony zewnętrznej, dlatego wpukla się do wnętrza mitochondrium, tworząc liczne pofałdowania układające się w tzw. grzebienie mitochondrialne. Błona wewnętrzna zawiera również łańcuch transportu elektronów (łańcuch oddechowy), utworzony przez ściśle uszeregowany zespół związków chemicznych. Dzięki nim zachodzi w niej jeden z kluczowych etapów oddychania komórkowego. Mitochondria zawierają własny DNA i odtwarzają się niezależnie od podziałów komórki przez samoistne podziały. W macierzy mitochondrium (matrix) znajdują się enzymy cyklu Krebsa oraz rybosomy.
Ze względu na ich liczne podobieństwa do bakterii uważa się, że mitochondria pochodzą pierwotnie od drobnoustrojów, które zostały wchłonięte przez praprzodków dzisiejszych komórek eukariotycznych.
Mitochondria wytwarzają energię chemiczną dla całej komórki. Czerpią tę energię z utleniania cząstek pokarmowych (np. węglowodanów) i tworzą ATP, które zasila większość procesów czynnych w komórce. Mitochondria pełnią także istotną funkcję w procesie zaprogramowanej śmierci komórki – apoptozie. Bogate w mitochondria są komórki wykazujące wysoki poziom metabolizmu, np. hepatocyty.
1.5. Cytoszkielet
Cytoszkielet to wewnątrzkomórkowa sieć włókien białkowych, które pełnią zasadnicze funkcje w utrzymaniu kształtu komórki i dynamiki błon, transporcie wewnątrzkomórkowym, pozycjonowaniu organelli, polaryzacji i poruszaniu się komórek oraz w podziałach komórkowych. Do włókien białkowych cytoszkieletu zaliczane są: mikrofilamenty, filamenty pośrednie oraz mikrotubule.
Mikrofilamenty to cienkie włókna zbudowane z aktyny. Są dosyć giętkie i krótsze od mikrotubul. Podlegają nieustannej przebudowie, polegającej na ciągłym dołączaniu cząsteczek aktyny na ich jednym końcu (biegun dodatni) i odłączaniu jej na końcu przeciwnym (biegun ujemny). Mikrofilamenty umożliwiają komórce zmianę kształtu i ruch. Współdziałając z miozyną, warunkują zdolności skurczowe komórek oraz transport błoniastych struktur komórkowych wzdłuż swojego przebiegu.
Filamenty pośrednie są twarde i nadają komórkom sztywność. Jest ich szczególnie dużo w komórkach narażonych na działanie sił mechanicznych (np. w komórkach naskórka). Są zbudowane z wielu różnych białek. Występują zarówno w cytoplazmie, jak i w jądrze komórkowym. Filamenty jądrowe to laminy, znajdujące się tuż pod otoczką jądrową.
Mikrotubule to najgrubsze z włókien wchodzących w skład cytoszkieletu. Są zbudowane z tubuliny α i β. Podobnie jak mikrofilamenty, podlegają ciągłej przebudowie. Biorą udział w transporcie różnych organelli i pęcherzyków wewnątrz komórki. Mikrotubule odgrywają również rolę w podziale komórki, biorąc udział w rozdziale chromatyd (lub chromosomów), i w kariokinezie, tworząc wrzeciono kariokinetyczne.
Rycina 1.4. Mitochondrium
(autorzy ryciny: M. Maksimiuk, A. Sobiborowicz).
1.6. Peroksysomy
Peroksysomy to struktury błonowe formujące się na kształt połączonych ze sobą pęcherzyków. Zawierają w swoim wnętrzu enzymy z grupy oksydaz, przeprowadzające reakcje utleniania i wykorzystujące do tego celu cząsteczki tlenu. Katalizują początkową fazę biosyntezy plazmalogenu – fosfolipidu, który jest obecny w mielinie, oraz uczestniczą w β-oksydacji kwasów tłuszczowych. Powstający w trakcie przemian w peroksysomach toksyczny dla komórki nadtlenek wodoru (H2O2) jest od razu rozkładany przez katalazę. Per-oksysomy biorą również udział w wielu szlakach przemian innych związków: aminokwasów, zasad azotowych, cholesterolu, kwasów żółciowych, a nawet etanolu. U ludzi największe nagromadzenie peroksysomów występuje w komórkach wątroby.
1.7. Siateczka śródplazmatyczna gładka i szorstka
Siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne) tworzy najrozleglejszą komórkową strukturę o charakterze