Biochemia materiały uzupełniające do wykładów, Streszczenia z Ekologia

Pobierz Biochemia materiały uzupełniające do wykładów i więcej Streszczenia w PDF z Ekologia tylko na Docsity! Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Stanisława Pigonia w Krośnie I Biochemia materiały uzupełniające do wykładów Entropia Rudolf Clausius 1822-1888, profesor Uniwersytetu w Zurichu i Bonn Pojęcie entropii i zasada termodynamiki 1865 r. Entropia http://www.thestonehousemovie.com http://www.howtoloseweightquick.co Dbanie o siebie, higiena, oddychanie, odżywianie się, dostarczanie energii, nakład energii… Śmierć – zatrzymanie procesów życiowych, brak asymilacji → degradacja struktury organizmu Entropia - Entropy • Zgodnie z II zasadą termodynamiki przy procesach przebiegających spontanicznie entropia wzrasta. • Wytworzenie stanu uporządkowania wyższego rzędu lub utworzenie potencjału termodynamicznego jest możliwe, gdy spadek entropii zostaje kompensowany przez wzrost entropii w innym miejscu (np. synteza białek i innych polimerów z substratów pozyskanych po uprzednim trawieniu pokarmu, na co potrzebna jest energia pozyskana w procesie oddychania). Kompartmentacja = przedziałowość (compartmentation) http://mppackaging.eu secretion endoplasmic 4) Golgi complex reticulum cell membrane Noce chlófoplast Compartment Syndrome Selling of musdes Cross-section through causingcompression calf showing musdie ofnerves and blood compartment s Normal Swollen Superficial posterior compartment Posterior Cross section tibial artery Deep posterior compartment Anterior Lateral tibial artery compartment Anterior compartment Tibia bone Anterior (front) view © 2010 MedicineNet, Inc Anterier (front) view ” http://real-gaia „angelfire: http://www.sodahead.com/united-states/gaea-gaia--mother-earth http://sensualtantrichealing.wordpress.com Hierarchia układów ożywionych • Geobiocenoza ← biocenoza ← populacja ← organizm ← układy narządów ← narządy ← tkanki ← komórka ← organelle ← makrocząsteczki ← cząsteczki ← atomy <-- neutrony, protony, elektrony, fotony. • Ernst Haeckel (1834-1919) – monizm, podstawy hipotezy geoorganizmu. • James Ephraim Lovelock ur. 1919 r. – hipoteza Gai z 1979 r. • Lynn Margulis (1938-2011) – endosymbiotyczna teoria (1970 r.). James Ephraim Lovelock Ernst Haeckel Lynn Margulis Haeckelizm a teologia • Haeckel jest autorem między innymi: Zarys filozofii monistycznej (1905 rok), Systematische Phylogenie (tom 1-3 1884-1896), Zarys morfologii ogólnej organizmów (1866 rok). W 1869 roku wprowadził pojęcie ekologia. W 1866 roku ogłosił prawo biogenetyczne: ontogeneza jest powtórzeniem filogenezy. Głosił jedność świata materii i ducha. Pragnął reformy teologii, aby ta nie walczyła z postępami biologii: „Tylko ten światopogląd, który widzi siłę Boską i ducha Bożego we wszystkich zjawiskach przyrody, ten tylko jedynie jest godzien Jego wielkości, obejmującej cały wszechświat.” „Tylko wtedy, gdy skupimy w Bogu wszystkie siły, wszystkie objawy ruchu, wszelkie kształty i właściwości materyi, uznając Jego jako sprawcę wszechrzeczy, wtedy tylko dochodzimy do tego wzniosłego i dla nas ludzi dostępnego obecnie pojęcia o Bogu i do sposobu uwielbienia Stwórcy, jedynie odpowiadającego Jego wielkości nieskończonej. Bo w nim my żyjemy, działamy - więc istniejemy. W taki to sposób filozofia przyrody staje się Teologią, i kult przyrody przeistacza się w prawdziwą służbę Bożą.” (...). „Bóg jest wszechmocny, on jest jedynym .sprawcą i jedyną przyczyną wszechrzeczy, czyli innemi słowy: Bóg jest prawem powszechnej przyczynowości. (...). „Bóg jest sumą wszystkich sił, a więc i całej materyi.” (...). „Gdy Monizm udowadnia jedność w całej przyrodzie, wskazuje tem zarazem, że istnieje jeden Bóg tylko, i że ten Bóg objawia się nam we wszystkich zjawiskach przyrody, od ruchów Monery poczynając, aż do olbrzymich przewrotów odbywających się na słońcach” Ernst Haeckel Ernst Haeckel Historia modelu budowy błon • 1925 r. model Gortner’a i Grendela; lipidy otaczające komórkę przedstawiają układ dwuwarstwowy. • 1935 r. model Davson’a i Daniellego; zakładali obecność warstewki białek po obu stronach podwójnej warstwy lipidowej (Bielańska- Osuchowska, Kawiak 1981 r.) Historia modelu budowy błon • 1965 r. model Robertson’a, pojęcie unit membrane – błony elementarnej; zakładał powszechność występowania regularnego układu trójwarstwowego: białka-lipidy-białka we wszystkich strukturach lamelarnych komórki. Jammes David Robertson ( 1923 - 1995) • 1972 r. model Singera i Nicolsona – mozaikowa struktura błony, uwzględniająca jej dynamikę. Słuszna koncepcja mozaikowej struktury błony (Fluid mosaic model) Źródło: http://www.tutornext.com/brief-history-ultrastructure-plasma-membrane/8548 Seymour Jonathan Singer & Garth Nicolson Mozaikowy model błony, funkcje błony. Błona jest dwuwymiarowym roztworem zorientowanych lipidów i globularnych białek. Błony ograniczają całą komórkę oraz tworzą poszczególne przedziały komórkowe, np. jądro, mitochondria, lizosomy. Błony działają jako selektywnie przepuszczalne bariery umożliwiając zróżnicowanie wewnętrznego środowiska komórki lub organelli w stosunku do otoczenia. Mozaikowy model błony, funkcje błony. Błony zawierają specyficzne receptory odbierające bodźce zewnętrzne, zatem uczestniczą w procesach sygnalizacyjnych; biorą udział w wytwarzaniu sygnałów chemicznych i elektrycznych (Hames, Hooper 2002 r.). Wszystkie błony zawierają dwa podstawowe składniki: lipidy i białka, niektóre również cukrowce. Mozaikowy model błony, funkcje błony. • Skład jakościowy i ilościowy lipidów, białek i cukrowców różni się w poszczególnych błonach (Sawicki 2005 r.; Minakowski, Weidner 2007 r.). • Model płynnomozaikowy Jonathan’a Singer’a i Garth Nicolson przedstawia błonę jako dwuwymiarowy roztwór zorientowanych przestrzennie lipidów i globularnych białek. Integralne białka błonowe można rozpatrywać jako „góry lodowe” pływające w płaskim „morzu” lipidowym. Dwuwarstwowa organizacja lipidów działa zarówno jako ośrodek i rozpuszczalnik dla amfipatycznych integralnych białek błonowych, jak i jako bariera przepuszczalności. Lipidy mogą oddziaływać z pewnymi białkami błonowymi, oddziałując na funkcje błon. Białka błonowe mogą swobodnie dyfundować w płaszczyźnie dwuwarstwy.; jednakże białka błonowe nie mogą się przemieszczać z jednej strony dwuwarstwy na drugi ruchem „flip” (G.L. Patrick 2003 r.; Hames, Hooper 2002 r.). Struktura błon komórkowych elementarnych • W przeciętnej komórce błona komórkowa stanowi zaledwie 2-5% wszystkich błon komórki a 95-98% przypada na błony śródkomórkowe. Źródło: http://www.uvm.edu/ Struktury błonowe komórki Struktura błon komórkowych elementarnych W skład błon wchodzą: - Fosfolipidy (Fosfatydylocholina, fosfatydyloinozytol, fosfatydyloseryna, fosfatydyloetanolamina, sfingomielina); - Cholesterol; - Glikolipidy. Składniki te zawiera błona komórkowa, natomiast błony śródkomórkowe nie zawierają prawie wcale glikolipidów i niewiele sfingomieliny i cholesterolu. W błonie lipidowej znajdują się cząsteczki białka. Helisy alfa tych białek mogą przechodzić jedno- lub wielokrotnie przez szerokość błony. Są to białka transbłonowe. Tłuszczowce błonowe Asymmaetry of Lipid Bilayer mzzt oł „ło 0000008000080,00000900 OOOOO0O0O000000 0000000 Cytoplasm o Phosphatidylcholine () Others 8.208 Q) Phosphatidyiserine Głycolipid 8 ©) Phosphatidyiinositol © 4,5 bisphosphate (PIP2) OD Źródło obrazka: http://www.utm.utoronto.ca/*w3bio315/lecture2.htm Struktura błon komórkowych elementarnych Dwuwarstwowa lipidowa błona jest asymetryczna, tj. fosfolipidy zewnętrzne warstwy zawierają głównie fosfatydylocholinę i glikolipidy, a fosfolipidy wewnętrznej warstwy głównie fosfatydyloserynę i fosfatydyloinozytol. Struktura błon komórkowych elementarnych Asymmetry of Lipid Bilayer Extracellular 2 ż 2 0000078000080,00000900 OOOOO0O00O0O000 0000000 Cytoplasm Q)Phosphatidyicholine () Ofhers 8.208 Q) Phospharidyiseńne Głycolipid 2 —) Phosphatidylinositol 4,5 bisphosphate (PIP2) OD Źródło obrazka: http://www.utm.utoronto.ca/*w3bio315/lecture2.htm Struktura błon komórkowych elementarnych Końce cząsteczek białek transbłonowych znajdują się po zewnętrznej i wewnętrznej stronie błony. Końce zewnętrzne wiążą się z oligosacharydami, wytwarzając glikoproteiny. Takie białka transbłonowe są: - receptorami, np. dla hormonów; - białkami kanałowymi (umożliwiają przepływ jonów nieorganicznych i cząsteczek); - białkami enzymatycznymi. Białka i cukry błonowe Wspólnie z białkami zaadsorbowanymi i sacharydami tworzą zewnętrzną warstwę na powierzchni komórki, zwaną glikokaliksem. Wielocukry błony komórkowej biorą udział w wytwarzaniu bezpośrednich kontaktów między komórkami. Uczestniczą we wzajemnym rozpoznawaniu się komórek i w różnicowaniu tkanek. Źródło obrazka: http://www.utm.utoronto.ca/~w3bio315/lecture2.htm Białka błonowe • Białka mogą skupiać się na niewielkiej powierzchni błony tworząc czapeczki. • W niektórych miejscach błony znajdują się wyspy, w których dwuwarstwa lipidowa błony ma swoistą strukturę. Wyspy takie nazywane są tratwami błony. Oprócz nich znajdują się wgłębienia błony. Wgłobienia takie nazywane są kaweolami błony, a w ich błonie znajdują się swoiste białka – kaweoliny. Kaweole i tratwy błonowe • Tratwy i kaweole błony zbudowane są z dwuwarstwy lipidowej, ale wśród ich lipidów przeważają glikolipidy, cholesterol i sfingolipidy. Zawierają także fosfatydyloinozytol. Źródło obrazka: http://www.utm.utoronto.ca/~w3bio315/lecture2.htm Siateczka śródplazmatyczna Randy Moore, Dennis Clark, and Darrell Vodopich, Botany Visual Resource Library © 1998 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Three-Dimensional Endoplasmic Reticulum_ Nuclear envelope Nucleus Rough endoplasmic NS reticulum Smooth endoplasmic reticulum Siateczka śródplazmatyczna Dwa rodzaje ER: • Retikulum endoplazmatyczne agranularne (siateczka śródplazmatyczna gładka) • Retikulum endoplazmatyczne granularne (siateczka śródplazmatyczna szorstka). Źródło: http://www.biologie.uni-hamburg.de Retikulm endoplazmatyczne granularne, model oraz zdj. z mikroskopu elektr. Gładka siateczka śródplazmatyczna Retikulum endoplazmatyczne agranularne, Smooth Endoplasmic Reticulum, SER) - system rozgałęzionych kanalików o średnicy 20-30 nm, których ścianę stanowi błona zawierająca wiele białek receptorowych, enzymatycznych i kanałowych. Występuje obficie w wyspecjalizowanych komórkach, np. mięśniowych, wątrobowych, syntetyzujących sterydy. Szorstka siateczka śródplazmatyczna Rough Endoplasmic Reticulum Membrane Figure 1 Ribosomes Źródło: http://www.cartage.org.lb/en/themes/sciences/zoology/animalphysiology/anatomy/animalcellstructure Aparat Golgiego i diktiosom Jest o błoniasta struktura komórki, najczęściej zlokalizowana w pobliżu jądra. Złożona jest zwykle z 6- 30 spłaszczonych woreczków-zbiorników oraz połączonych z nimi licznych rurek i pęcherzyków, których ściany zbudowane są s błony. Układ taki, którego średnica wynosi 1 um jest nazywany diktiosomem (gr. diktyon – siatka, soma – ciałko). Liczba diktiosomów w komórce waha się od kilku do 100. Licznie występują w komórkach wydzielniczych i wydalniczych, np. w śluzowych. Diktiosomy powstają z szorstkiej siateczki śródplazmatycznej oraz z zewnętrznej błony otoczki jądrowej. Diktiosom Źródło: http://1.bp.blogspot.com/ The Golgi Apparatus Incomint Lumen Cis Face incoming e -Transport Vesicle „Cisternae / outgong — O) Transpo! Vesicles Źródło: http://biologi.blogsome.com Endosomy • Endosomy – ciałka wewnętrzne – błoniaste struktury przybierające postać zbiorników i cewek. Biorą udział w endocytozie, segregacji i transporcie cząsteczek oraz makrocząsteczek białek w komórce. Lizosomy Lizosomy (gr. Lysis – rozpuszczanie, soma – ciałko) to pęcherzyki otoczone błoną o średnicy do 1 um. Zawartość lizosomów ma odczyn kwaśny i obejmuje enzymy: proteazy, lipazy, fosfolipazy, glikozydazy, sulfataza, fosfataza, nukleaza. Błona lizosomalna zawiera enzymy transbłonowe, które pełnią funkcje pompy protonowej pompującej do ich wnętrza H+, co obniża pH. Błona lizosomów jest przepuszczalna dla produktów powstających w wyniku aktywności hydrolaz. Te produkty mogą być wykorzystane przez komórkę po przedostaniu się do cytozolu. Lizosomy powstają ze zbiorników Aparatu Golgiego. Lizosomy uczestniczą w trawieniu wewnątrzkomórkowym. Peroxisome Anatomy of the Peroxisome Lipid Bilayer Urate Oxidase Figure 1 Crystalline Core Źródło: http://micro.magnet.fsu.edu Peroksysomy Peroksysomy, podobnie jak mitochondria, są wyłączone z systemu recyrkulacji błon komórki. Białka i lipidy są do nich importowane za pomocą specjalnych białek kanałowych i nośnikowych. Peroksysomy przeprowadzają beta-oksydację, tj. wytwarzanie z kwasów tłuszczowych dwuwęglowych fragmentów, które następnie są przekształcane w acetylokoenzym A i transportowane do cytozolu (a dalej jako źródło energii w cyklu Krebsa). Peroksysomy uczestniczą w detoksykacji ksenobiotyków i metabolitów przez utlenianie. Powstają z gładkiej siateczki śródplazmatycznej, przez pączkowanie. Enzymy dla peroksysomów są syntetyzowane w granularnym retikulum endoplazmatycznym. Mitochondria Źródło: http://kfzfbp.uniag.sk Mitochondria to organelle występujące w prawie wszystkich komórkach jądrowych, poza nielicznymi wyjątkami: ameby patogenne i erytrocyty. Stanowią przedział metaboliczny zdecydowanie odrębny od cytoplazmy, chociaż powiązany z nią funkcjonalnie wieloma przenośnikami, pompami i kanałami. Mitochondria • Mitochondria (gr. mitos – nić, chondron – ziarno) przybierają kształt laseczek lub nitek. • Otoczone są dwoma błonami zewnętrzną i wewnętrzną, z których każda jest typową dwuwarstwową błona lipidową, zawierająca wiele wyspecjalizowanych białek błonowych. • Błona wewnętrzna ulega charakterystycznym sfałdowaniom, wytwarzając grzebienie (cristae) mitochondrialne. Mitochondria Wewnętrzna błona mitochondrialna zawiera 3 rodzaje białek błonowych: - Białka łańcucha oddechowego; - Białka kompleksu enzymatycznego nazywanego syntazą ATP; - Białka biorące udział w transporcie metabolitów do i z mitochondrium. Kompleksy syntazy ATP można oglądać pod mikroskopem elektronowym jako grzybki na powierzchni błony wewnętrznej. Jest ich 10-100 tys. w 1 mitochondrium. Mitochondrium • Zewnętrzna błona mitochondrialna zawiera liczne błonowe kompleksy białek, biorące udział w transporcie różnych związków chemicznych, w tym również białek o m.cz. do 10 tys. Oraz białka enzymatyczne, przekształcające lipidy do takich ich postaci, które mogą być zużytkowane w macierzy mitochondrium.