Komórka
ER, aparat Golgiego, lizosomy i wakuole
Błona komórkowa i transport substancji
Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
Dyfuzja prosta i wspomagana zachodzą zgodnie z gradientem elektrochemicznym i nie wymagają bezpośredniego nakładu ATP. Transport aktywny przenosi substancję wbrew gradientowi, wykorzystując energię ATP lub energię gradientu innego jonu.
Osmoza jest ruchem wody przez błonę półprzepuszczalną do roztworu o niższym potencjale wody. W komórce roślinnej napływ wody zwiększa turgor, a w roztworze hipertonicznym utrata wody może wywołać plazmolizę.
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Endocytoza wprowadza duże cząstki lub płyn w pęcherzykach.
- Egzocytoza umożliwia wydzielanie hormonów, enzymów i neuroprzekaźników.
Schemat: Błona komórkowa i transport substancji
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: II.6
Organizacja komórki i funkcje organelli
Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
Mitochondria i chloroplasty mają podwójną błonę, koliste DNA, rybosomy podobne do bakteryjnych i dzielą się przez przewężenie. Cechy te wspierają teorię ich endosymbiotycznego pochodzenia.
Lizosomy zawierają hydrolazy działające w kwaśnym środowisku, peroksysomy utleniają wybrane substraty i rozkładają H₂O₂, a wakuola roślinna magazynuje substancje i utrzymuje turgor.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- RER jest szczególnie rozwinięte w komórkach intensywnie wydzielających białka.
- SER uczestniczy w syntezie lipidów, detoksykacji i magazynowaniu Ca²⁺.
Schemat: Organizacja komórki i funkcje organelli
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: II.7
Replikacja i ekspresja informacji genetycznej
Replikacja DNA jest semikonserwatywna: każda nowa cząsteczka zawiera jedną nić starą i jedną nową. Helikaza rozplata DNA, prymaza syntetyzuje startery, a polimeraza wydłuża nową nić wyłącznie w kierunku 5′→3′.
W transkrypcji polimeraza RNA wykorzystuje jedną nić DNA jako matrycę. U eukariontów pre-mRNA jest modyfikowany: otrzymuje czapeczkę 5′, ogon poli(A), a introny są usuwane podczas splicingu.
Rybosom odczytuje kodony mRNA, a tRNA dopasowuje antykodon i dostarcza aminokwas. Kod jest trójkowy, zdegenerowany, jednoznaczny dla danego kodonu i niemal uniwersalny.
- Nić wiodąca powstaje ciągle, opóźniona — fragmentami Okazaki.
- Kodon START AUG koduje metioninę i ustala ramkę odczytu.
- Kodony STOP nie mają odpowiadającego tRNA.
- Alternatywny splicing pozwala wytwarzać różne warianty białka z jednego genu.
Schemat: Replikacja i ekspresja informacji genetycznej
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: II.11
Najczęstsze błędy
„Osmoza jest ruchem substancji rozpuszczonej”
Poprawnie: W osmozie przemieszcza się rozpuszczalnik, najczęściej woda, przez błonę półprzepuszczalną.
„Każda komórka eukariotyczna ma jądro”
Poprawnie: Dojrzałe erytrocyty ssaków i człony rurek sitowych są przykładami wyspecjalizowanych komórek bez jądra.
„Polimeraza DNA wydłuża nić w obu kierunkach”
Poprawnie: Nukleotydy są dołączane do końca 3′, więc synteza zawsze biegnie 5′→3′.
„Bardziej złożony organizm jest zawsze ewolucyjnie młodszy i lepszy”
Poprawnie: Ewolucja nie tworzy drabiny postępu; współczesne grupy są przystosowane do różnych nisz.
Zadania z odpowiedziami
1. Plazmoliza komórki roślinnej
Wyjaśnij zmiany w komórce skórki cebuli umieszczonej w stężonym roztworze sacharozy.
- 1.Określ toniczność roztworu względem soku komórkowego.
- 2.Wskaż kierunek ruchu wody.
- 3.Opisz zmianę objętości wakuoli i położenia protoplastu.
Odpowiedź
Roztwór jest hipertoniczny, dlatego woda wypływa z komórki. Wakuola i protoplast kurczą się, a błona komórkowa odstaje od ściany — zachodzi plazmoliza.
2. Od DNA do peptydu
Dla nici matrycowej DNA 3′-TAC CCG ATT-5′ zapisz mRNA i aminokwasy, zakładając standardowy kod.
- 1.Zapisz komplementarne mRNA w kierunku 5′→3′.
- 2.Podziel sekwencję na kodony.
- 3.Odczytaj kodony z tabeli kodu genetycznego.
Odpowiedź
mRNA: 5′-AUG GGC UAA-3′. Translacja rozpoczyna się od metioniny, następnie dołączana jest glicyna, a UAA kończy translację.
3. Stężenie Ca²⁺ a skurcz
Wyjaśnij, dlaczego usunięcie Ca²⁺ z cytoplazmy prowadzi do rozkurczu.
- 1.Wskaż troponinę i tropomiozynę.
- 2.Określ dostępność miejsc wiązania miozyny.
- 3.Połącz z zanikiem mostków poprzecznych.
Odpowiedź
Po spadku Ca²⁺ troponina wraca do stanu wyjściowego, tropomiozyna zasłania miejsca aktyny i nowe mostki aktyna–miozyna nie powstają, więc włókno się rozkurcza.
Podsumowanie
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
- Nić wiodąca powstaje ciągle, opóźniona — fragmentami Okazaki.
Słownik pojęć
- Gradient elektrochemiczny
- Łączny wpływ różnicy stężeń i potencjału elektrycznego na ruch jonu.
- Plazmoliza
- Odstawanie protoplastu od ściany wskutek utraty wody.
- Organelle półautonomiczne
- Mitochondria i chloroplasty mające część własnego aparatu genetycznego.
- Semikonserwatywność
- Każda potomna cząsteczka DNA zawiera jedną nić rodzicielską.
- Splicing
- Usuwanie intronów i łączenie eksonów z pre-mRNA.
- Homologia
- Podobieństwo wynikające ze wspólnego pochodzenia ewolucyjnego.
- Sarkomer
- Podstawowa jednostka kurczliwa miofibryli.
- Termoregulacja
- Utrzymywanie temperatury ciała w zakresie funkcjonalnym.