Biologia z genetyką - opracowanie, Opracowania z Biologia stosowana

Pobierz Biologia z genetyką - opracowanie i więcej Opracowania w PDF z Biologia stosowana tylko na Docsity!

Zagadnienia egzaminacyjne: P_W01: Wyjaśnić funkcjonowanie żywej komórki jako układu cząsteczek (zwłaszcza DNA-RNA-białko https://www.edukator.pl/resources/page/informacja-genetyczna/2353) tworzących układ, który odżywia się, porusza, rośnie, dzieli się i reaguje na bodźce. Bardziej szczegółowo: budowa komórki i organelli, cykl komórkowy, podziały komórek w szczególności nowotworzenie, apoptoza, nekroza P_W02: Wyjaśnić genetyczne podłoże różnicowania organizmów i podstawowe mechanizmy dziedziczenia. Bardziej szczegółowo: pochodzenie życia, teoria endosymbiozy, genetyczne przyczyny starzenia się, rozkład normalny cechy pierwsze i drugie prawo Mendla aberracje chromosomowe WYKŁAD 1

- Pochodzenie życia – Genetyka (od starogreckiego: γένεσις genesis – „pochodzenie”) – nauka o dziedziczności i zmienności organizmów, które są oparte na informacji zawartej w podstawowych jednostkach dziedziczności – genach. Biogeneza – zagadnienie pochodzenia życia będące przedmiotem badań naukowych oraz rozważań religijnych i filozoficznych. (badania na temat powstawania życia) Hipotezy: • Samorództwa (kreacjonistyczna) • Powstania z materii nieorganicznej (ewolucyjna) • Panspermii Teoria Samorództwa (Kreacjonizm)

• Życie stworzone przez Boga i za każdym razem jest tak tworzone (muchy rodzą się z zepsutego mięsa)
• Arystoteles → wszystkie organizmy istnieją od momentu stworzenia świata oraz można je uszeregować w nieprzerwany ciąg o rosnącej doskonałości budowy tzw. drabina jestestw
• Test Pasteura obala teorię samorództwa

• Obowiązywała od starożytności do XIX wieku Teoria ewolucyjna
• Życie powstaje z materii nieożywionej
• Za ojca uznany jest Karol Darwin ale przesłanki zbierane przez dziesięciolecia – obalenie paradygmatu
• Dywergencja rozwoju - w rozwoju ewolucyjnym - oznacza różnokierunkowe kształtowanie się narządu lub postaci osobników jakiegoś szczepu, wskutek działania odmiennych warunków środowiskowych; np. dywergencja rozwoju kończyn ssaków. Teoria Panspermii
• Uzupełnienie teorii ewolucyjnej – nobliści jej zwolennikami
• Słowo „panspermia” pochodzi od starogreckiego pán „wszystko” oraz spérma „nasienie”. W najogólniejszym ujęciu hipoteza ta głosi, że przestrzeń kosmiczna pełna jest zarodków życia, które mogą swobodnie przemieszczać się pośród niezliczonych planet, w efekcie zasiedlając niektóre z nich. Wielu uczonych dopatrywało się tu wyjaśnień początków życia na Ziemi.
• teoria, wg której życie na Ziemi pochodzi od cząsteczek żywej materii, które dotarły z innych rejonów wszechświata w efekcie oddziaływania promieniowania świetlnego. T.p. została przedstawiona na początku XX w. przez S. Arrheniusa.

Jeżeli w komórce występuje więcej niż jedno jądro komórkowego mówimy o komórce wielojądrzastej czyli komórczaku. Cytoplazma - stanowi środowisko wewnętrzne komórki. Jest to lepka, bezbarwna, półpłynna, galaretowata substancja wykazująca pewną elastyczność i ciągliwość. W niej zawieszone są wszystkie organelle. Po względem chemicznym składa się z:  wody - stanowi ona 60-90% masy komórki,  pozostałe składniki to białka - 50% suchej masy (po odparowaniu wody z komórki), tłuszcze - 12-25% suchej masy, węglowodany - 15-20% suchej masy. Składniki komórki tworzą tzw. system koloidalny - związki nieorganiczne wapnia, magnezu, miedzi, cynku, bromu, manganu, miedzi, fosforu, potasu, oraz system strukturalny w postaci białek globularnych, fibrylarnych,  mikrofilamentów i mikrofibrylli. Cytoplazma składa się z cytoplazmy podstawowej (cytozolu) oraz zawieszonych w nim struktur. Cytoplazma jest koloidem - wodnym roztworem białek, węglowodorów, lipidów i soli mineralnych. Jej uwodnienie ulega zmianie. Uwodniona cytoplazma to zol , a odwodniona - żel. Koagulacja jest to odwadnianie komórki (zol w żel), natomiast peptyzacja - nawadnianie (żel w zol). Przez cytoplazmę odbywa się transport różnych związków chemicznych między organellami (osmoza, dyfuzja, transport aktywny i bierny). Zachodzi w niej również wiele ważnych reakcji chemicznych m.in. szlak glikolizy czyli pierwszy etap oddychania komórkowego, czy biosynteza białka (na zlokalizowanych w cytozolu rybosomach). Cytoplazma komórek eukariotycznych może wykonywać ruchy. Ruchy cytoplazmy są najlepiej widoczne w komórkach roślinnych. Ich przejawem jest przemieszczanie się zawieszonych w cytoplazmie chloroplastów. Cytoplazma komórek nie stanowi jednego, nieprzerwanego obszaru, lecz jest podzielona na fragmenty przez struktury błoniaste - siateczkę wewnątrzplazmatyczną (reticulum endoplazmatyczne) i aparat Golgiego. Są trzy rodzaje takich ruchów:  ruch rotacyjny - ruch cytoplazmy wokół centralnie ułożonej wakuoli,  ruch cyrkulacyjny - ruch cytoplazmy po mostkach cytoplazmatycznych,  ruch pulsacyjny - cytoplazma porusza się raz w jedną, raz w drugą stronę. Funkcje cytoplazmy:  zapewnia komórkom określoną wytrzymałość mechaniczną, elastyczność, pewną sztywność i kurczliwość,  umożliwia transport substancji pokarmowych wewnątrz komórki,  umożliwia wykonywanie ruchów ameboidalnych niektórym organizmom,  umożliwia ruchy chromosomów w czasie mitozy i mejozy,

 stanowi środowisko dla organelli komórkowych,  umożliwia przebieg reakcji chemicznyhBłona komórkowa (plazmalemma) - otacza zarówno komórkę roślinną jak i zwierzęcą. Pod względem chemicznym składa się z: Błona komórkowa (plazmalemma) - otacza zarówno komórkę roślinną jak i zwierzęcą. Pod względem chemicznym składa się z:  fosfolipidów (w tym lecytyny),  białek integralnych(stanowią 70% wszystkich protein),  białek powierzchniowych, oligosacharydów(1-5%) i enzymów. Ważnym składnikiem błon jest także cholesterol (5-25% składu lipidów błonowych), zwiększający stabilność błon, gdyż łączy się z ich tłuszczową częścią, zwiększając lepkość. Budowa błony: Błony komórkowe mają strukturę mozaikową. Model plazmalemmy został opracowany przez Singera i Nicolsona w 1972 roku. Aktualnie budowę plazmalemmy wyjaśnia model płynnej mozaiki. Jest to płynna macierz, zbudowana z podwójnej warstwy fosfo - lipidowej z białkami integralnymi i powierzchniowymi. Fosfolipidy przemieszczają się w obrębie warstwy oraz wymieniają się między warstwami. Białka integralne wykonują ruchy wokół własnej osi oraz wysuwają się i zagłębiają w warstwach fosfolipidowych.Białka integralne: transportowe, receptorowe dla lektyn, antygenowe (warunkujące grupy krwi), wraz z enzymami i glikoproteinami przemieszczają się i ulegają degradacji. Błona komórkowa jest składnikiem każdej żywej komórki. Cechy charakterystyczne błony komórkowej można odnieść do większości błon biologicznych. Do najistotniejszych należałoby zaliczyć:  wysoką przepuszczalnością dla wody,  związki niejonowe przechodzą przez nią tym lepiej im łatwiej są rozpuszczalne w tłuszczach,  opór elektryczny jest duży, ma to istotne znaczenie dla przewodnictwa elektrycznego bodźców,  żywa błona komórkowa jest spolaryzowana, szczególnie dobrze jest to widoczne w komórkach zwierzęcych ponieważ nie posiadają ściany komórkowej,  wyizolowane błony ulegają lizie (rozkładowi) w obecności enzymów lipolitycznych i proteolitycznych (rozkładają białka). Funkcje błon:  chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych organizmów, w szczególności chorobotwórczych,  regulują transport wybranych substancji z i do komórki,  reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne,  pełnią także funkcje enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne,

Jest to centrum energetyczne komórki, w którym ma miejsce utlenianie biologiczne - proces oddychania wewnątrzkomórkowego. Zachodzą w nim następujące etapy oddychania: cykl Krebsa (w matrix mitochondrialnej) i łańcuch oddechowy (w błonie wewnętrznej mitochondrium – grzebieniach mitochondrialnych). Powstała w wyniku tych procesów energia gromadzona jest w wiązaniach wysokoenergetycznych związku - ATP a następnie jest wykorzystywana w procesach endoergicznych (wymagających dostarczenia energii). Najwięcej mitochondriów znajduje się w tych narządach, w których zapotrzebowanie energetyczne jest największe np. komórki mięśnia sercowego.Bardzo mało mitochondriów znajduje się w tkance tłuszczowej.Mitochondria otoczone są podwójną błoną białkowo-lipidową. Błona wewnętrzna tworzy liczne wpuklenia do środka (co zwiększa znacznie jej powierzchnię) zwane grzebieniami mitochondrialnymi. Liczba grzebieni nie jest stała lecz zwiększa się w czasie podwyższonej aktywności metabolicznej komórki. Na ich wewnętrznej powierzchni znajdują się "grzybki" zawierające ATP-azę odpowiedzialną za syntezę ATP. Wnętrze mitochondrium wypełnione jest białkową substancją zwaną matrix lub stromą. Plastydy Chloroplasty – to najważniejsze plastydy, w nich zachodzi fotosynteza (proces fundamentalny) dla życia na ziemi. U roślin wyższych chloroplasty mają postać dysków otoczonych podwójną błoną białkowo - lipidową. Wewnętrzna błona jest sfałdowana równolegle w stosunku do błony zewnętrznej. Struktury te to grana, w nich znajduje się barwnik chlorofil. Wnętrze chloroplastu wypełnia stroma – cytoplazma, w której podobnie jak u mitochondrium występują małe rybosomy i DNA. Struktury te podobnie jak mitochondria mają swoją autonomię. Sądzi się, że chloroplasty to pierwsze bakterie zielone, które zapoczątkowały proces fotosyntezy i wzbogaciły atmosferę ziemską w tlen. Weszły one na stałe w symbiozę z roślinami.Przemawiają za tym:

• obecność własnego materiału genetycznego - kolistego DNA i rybosomów tak jak u bakterii,
• prosta budowa tak jak komórek bakteryjnych,
• podwójna błona białkowo – lipidowa,
• własna autonomia - powielają się niezależnie od informacji genetycznej jądra komórkowego.

Proplastydy – występują w komórkach embrionalych. Z nich powstają pozostałe rodzaje plastydów. Leukoplasty – odpowiedzialne są za magazynowanie materiałów zapasowych, najczęściej skrobi. Leukoplasty znajdują się w podziemnych częściach roślin. Chromoplasty – to plastydy barwne. Pojawienie się ich jest objawem starzenia się komórek roślinnych. Nadają one barwę owocom (korzeń marchwi, pomidor) i liściom. Etioplasty - to organella rozwijające się z proplastydów wtedy gdy roślina rozwija się bez dostępu do światła (w czasie etiolacji),zawierają nieczynną postać chlorofilu, czyli protochlorofil. Jeżeli "zadziała" światło przekształcą się w chloroplasty, występują np. w pędach kiełkujących pod ziemią. Powstają także z chloroplastów, gdy roślina ma słaby dostęp do źródła światła. Mówimy wtedy o roślinie wypłonionej. Rybosomy – składają się z podjednostki mniejszej i większej, odpowiedzialne są za biosyntezę białka. Rybosomy występują: w cytozolu oraz na siateczce śródplazmatycznej stąd nazwa siateczka szorstka, w mitochondriach i w chloroplastach. Liposomy są to lipidowe struktury wielkości od 0,10 do 0,25 μm zawierające w sobie różne m zawierające w sobie różne substancje czynne. Liposomy zbudowane są z podwójnej błony fosfolipidowej, wewnątrz ich i na zewnątrz znajduje się faza wodna i rozpuszczone w niej substancje hydrofilowe, a w podwójnej błonie, w fazie lipidowej, znajdują się substancje tłuszczowe. Liposomy są nośnikami transportującymi substancje aktywne w głąb skóry. Te struktury błonowe, ze względu na zewnętrzne podobieństwo do błony białkowo-lipidowej łatwo wnikają w głąb skóry i wewnątrz niej uwalniają niesiony przez siebie materiał. Centriole – występują zwykle w pobliżu jądra komórkowego. Zbudowane są z mikrotubul i ułożone prostopadle do siebie. Ich funkcja łączy się z podziałem komórki, wtedy uaktywniają się, wędrują na bieguny wytwarzając wrzeciono podziałowe (kariokinetyczne). Biorą udział w precyzyjnym podziale materiału genetycznego do komórek potomnych.

Komórka prokariotyczna (bezjądrowa, bakteryjna) Prokariota to prosty, jednokomórkowy organizm pozbawiony jądra i organelli otoczonych błoną. Fimbrie są licznymi, podobnymi do włosów strukturami, które są wykorzystywane do przyłączania się do komórek gospodarza i innych powierzchni. Budowa komórki bakteryjnej Komórki bakteryjne wykazują stosunkowo prostą budowę. Wynika to z tego, że są to pierwsze organizmy żywe jakie pojawiły się na ziemi. Najważniejsze elementy budowy scharakteryzowano poniżej: Nukleoid (DNA bakteryjne, chromosom bakteryjny, genofor): pełni rolę jądra komórkowego (jest odpowiednikiem jądra u Eucaryota),odpowiedzialny za cechy morfologiczne, cytologiczne, biochemiczno - fizjologiczne bakterii. Plazmidy (DNA pozachromosomowe):

• powielają się niezależnie od nukleoidu,
• niosą ze sobą geny oporności na antybiotyki – plazmidy R,
• wytwarzają swoiste substancje - bakteriocyny – plazmidy B,
• warunkują syntezę pewnych metabolitów – plazmidy M,
• plazmidy płciowe F odpowiedzialne są za koniugację.
• Polirybosomy (polisomy, skupiska rybosomów):odpowiedzialne za syntezę białek budulcowych i funkcjonalnych.

Mezosomy:

• odpowiedzialne za oddychanie komórkowe bakterii (odpowiednik mitochondriów u Eucaryota),
• są przyczepem dla nukleoidu, mając wpływ na replikację i równy jego podział podczas podziału komórkowego,
• są centrum biosyntezy kwasów tłuszczowych,
• u bakterii G(+) odgrywają rolę podczas tworzenia przegrody komórkowej w czasie podziału,
• w czasie sporulacji odpowiedzialne są za przeniesienie części materiału genetycznego do tworzącej się spory. Peptydoglikan [synonimy: mureina, muropeptyd, mukopeptyd, glikopeptyd] to warstwa sztywna ściany komórkowej bakterii zbudowana z N-acetyloglukozaminy i kw. N-acetylomuraminowego połączonych wiązaniem glikozydowym β 1-4. Do kwasu muraminowego przyłączone są pentapeptydy, które tworzą sieci między wielocukrami dzięki mostkom peptydowym. Funkcje ściany komórkowej bakterii:
• nadaje kształt i sztywność komórce,
• chroni przed zmianami ciśnienia osmotycznego,
• odpowiedzialna jest za kontakt ze środowiskiem zewnętrznym jest mechanicznym sitem,
• nadaje antygenowość komórce (LPS u bakterii G –; kw. lipotejchojowe i tejchojowe u bakterii G +) – antygen O,
• posiada receptory dla fagów (bakteriofagów),
• odpowiedzialna za ruch rzęsek a tym samym ruch bakterii,
• odgrywa rolę w podziale bakterii,
• tu znajdują się miejsca rozpoznania dla koniugacji. Otoczki bakteryjne: najczęściej wielocukrowe, białkowo - cukrowe lub białkowe, położone nad ścianą komórkową bakterii Funkcje otoczek bakteryjnych:
• chroni komórkę przed wysychaniem i innymi niekorzystnymi wpływami środowiska zewnętrznego np.: makrofagami,
• nadaje antygenowość komórce (antygen K) – organizm wyższy wytwarza przeciw niej przeciwciała,
• ułatwia adhezję do nabłonków i innych powierzchni (np.; glukany, lewany (fruktany) u bakterii nazębnych),
• odpowiedzialna za chorobotwórczość,
• pełni funkcje maskujące chroniąc przed fagocytozą – bakteria wytwarza np.: kw. sjalowy który spotykany jest w org. wyższych i w ten sposób nie jest rozpoznawana przez mechanizmy obrony – makrofagi,
• stanowi pomost w pobieraniu jonów do komórki,
• scala komórki w konsorcja,
• utrudnia dostęp bakteriofagom do receptorów znajdujących się w ścianie komórkowej.

mitochondria i chloroplasty nie są tworzone przez komórkę jak inne organelle (nigdy nie powstają na nowo), lecz przez podział już istniejących organelli mitochondria i plastydy mają podobne rozmiary do komórek prokariotycznych Odżywianie się komórki Do organelli rozrzuconych w cytoplazmie należą też mitochondria. Wyglądem przypominają miniogórki. W jednej komórce jest ich do kilkuset. Otoczone są dwiema błonami i wypełnione cieczą, tzw. matriksem. Mitochondria są ośrodkami oddychania komórkowego. Przy udziale wielu enzymów w mitochondriach substancje odżywcze przetwarzane są na energię. Służy ona do podtrzymania życia komórki i umożliwienia jej pracy. Mitochondria są więc elektrownią dostarczającą energii. Gdy komórka potrzebuje dużo paliwa, rosną i dzielą się, aby sprostać wymaganiom. Ciekawe jest to, że mają własne DNA niezależne od DNA jądra komórkowego. Lizosomy to też organelle. Przypominają nieco mitochondria, ale otocza je pojedyncza błona. Lizosomy zawierają enzymy, które trawią m.in. uszkodzone organelle i bakterie zamknięte w wakuolach. Gdy komórka obumiera, enzymy lizosomalne uwalniają się i ją także trawią. Proces ten nazywa się autolizą. Poruszanie się komórek Aktywna migracja komórek jest procesem mającym fundamentalne znaczenie dla całego świata żywego. Począwszy od organizmów jednokomórkowych, dla których aktywny ruch jest niezbędny do zdobycia pokarmu, aż do tak skomplikowanych procesów, jak: rozwój embrionalny organizmów wielokomórkowych, gojenie ren i regeneracja tkanek, reakcje układu odpornościowego czy tworzenie przerzutów przez komórki nowotworowe. Warunkiem niezbędnym dla aktywnej migracji komórek jest adhezja komórki do podłoża po którym się porusza. Ruch komórki możemy podzielić na 3 główne etapy:  polaryzacja ciała komórki  tworzenie wypustek w krawędzi wiodącej komórki  retrakcja tyłu komórki połączona ze skurczem ciała komórki Każdy z etapów ruchu jest ściśle regulowany poprzez gradientowe rozmieszczenie cząsteczek sygnałowych i białek regulujących poszczególne procesy wewnątrz komórki. Do białek regulujących zmiany cytoszkieletu aktynowego w ruchu komórek zalicza się głównie małe białka G z rodziny Rho: białka Rac1 i Cdc42 zlokalizowane są w krawędzi wiodącej i odpowiadają za tworzenie wypustek komórkowych (Rac1 – lamellipodia, Cdc42 – filopodia), a białko RhoA zlokalizowane jest w tyle komórki, gdzie aktywuje skurcz ciała komórki. W przypadku komórek zwierzęcych wyróżnia się kilka typów ruchu, jakim poruszają się komórki:  ruch ameboidalny - komórki charakteryzują się dużą plastycznością kształtu, wytwarzaniem pęcherzykowatych wypustek, wysoką prędkością ruchu, nie tworzą silnych połączeń adhezyjnych z podłożem, np. leukocyty, ameby  ruch mezenchymalny - komórki o silnie wydłużonym kształcie, z charakterystycznym lamellipodium w krawędzi wiodącej, z widocznymi włóknami naprężeniowymi i kontaktami zogniskowanymi, wolniejszy, komórki wykazują zdolność do wytwarzania proteinaz i trawienia białek macierzy zewnątrzkomórkowej, np. fibroblasty - tzw. „gliding motion” –

komórki z widocznym dużym lamellipodium, poruszają się bardzo płynnie co uniemożliwia wyróżnienie poszczególnych faz ruchu, np. keratynocyty  ruch kolektywny – jest to migracja grup komórek z zachowaniem charakterystyki ruchu mezenchymalnego, komórki z krawędzi wiodącej na etapie skurczu ciała komórki ciągną” za sobą resztę komórek np. wiele komórek nowotworowych. Reagowanie na bodźce 2.1. Funkcjonowanie organizmów na poziomie komórkowym Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z organizmem jednokomórkowym czy też pojedynczą komórką organizmu wielokomórkowego, komórka musi prowadzić własny metabolizm, własną homeostazę w oparciu o swój zestaw receptorów i efektorów. Aby komórka lub organizm wielokomórkowy mogły odebrać informację o zmianie w środowisku, niezbędne jest istnienie wyspecjalizowanego receptora, który informację o tej zmianie odbierze i przekaże dalej, dzięki czemu komórka czy organizm mogą na nią zareagować. 2.1.1. Receptory komórkowe Receptory na poziomie komórkowym – receptory błonowe – to wyspecjalizowane struktury mające zdolność do wybiórczego łączenia się z konkretnymi cząsteczkami obecnymi w otoczeniu (ligandami). Związanie receptora z ligandem powoduje zmianę struktury przestrzennej receptora, a to wpływa na uaktywnienie układu efektorowego i zmianę metabolizmu komórki. Tak działają ligandy będące agonistami receptora. Natomiast antagonista receptora wiąże się z nim i nie aktywuje go, lecz blokuje, uniemożliwiając przyłączenie innych ligandów. Zmiana metabolizmu dokonuje się dzięki zmianie przepuszczalności kanałów błonowych bądź zmianie aktywności odpowiednich enzymów. Są to więc efektory tego układu. Wiążą je funkcjonalnie ze sobą tzw. białka G (białka hydrolizujące GTP)

• to zmiana ich aktywności prowadzi do wywołania odpowiedzi efektorów. Na przykład w siatkówce oka specyficzne białko G aktywuje enzym (fosfodiesterazę) powodującą zamykanie kanałów jonowych błony komórkowej czopków i pręcików. Działanie tego układu receptor–białko G–efektor może być modyfikowane przez II przekaźnik. I przekaźnikiem jest agonista receptora, natomiast jego związanie z receptorem może aktywować również II przekaźnik, np. cAMP, cGMP, jony Ca2+, kwas fosfatydowy itp. Drugie przekaźniki mogą wpływać na metabolizm komórkowy przez interakcję z białkami G, fosforylację enzymów (kinaz – pod wpływem fosfokinaz białkowych), zmianę transportu substancji w komórce (np. wapnia) itd. Pośrednio wpływa to bardzo znacząco na metabolizm, np. na przepuszczalność błon, transkrypcję, nasilenie egzocytozy itd. 2.1.2. Anabolizm i katabolizm Reakcje metaboliczne przeprowadzane przez komórki ogólnie podzielić można na anaboliczne i kataboliczne. Anabolizm to synteza, budowanie bardziej złożonych związków chemicznych, katabolizm – to rozkład związków złożonych na prostsze, często z uwolnieniem energii. W celu utrzymania homeostazy organizmy potrzebują dużych nakładów energii. W zależności od sposobu, w jaki ją zdobywają, klasyfikuje się je jako organizmy cudzożywne (heterotroficzne) lub samożywne (autotroficzne). Pierwsze komórki prokariotyczne na Ziemi były autotrofami, których źródłem energii była chemosynteza. Chemoautotrofy uzyskują energię z utleniania dostępnych w środowisku cząsteczek. Są to przede wszystkim bakterie i archeowce. Ze względu na rodzaj przeprowadzanych reakcji wyróżnić można wśród nich:  metanogeny (archeowce metanogenne), które uzyskują energię z przenoszenia elektronów z wodoru na dwutlenek węgla. Produktem ich

polifosforanów adenozyny, syntezę kwasu moczowego i zasad purynowych u ptaków, a przede wszystkim kluczowy dla przemian energetycznych – cykl kwasu cytrynowego. Uniwersalnym magazynem energii w organizmach jest ATP, ponieważ wystarczy jeden enzym – ATPaza, żeby w razie potrzeby uwolnić znaczną energię (do uwolnienia energii z innych związków chemicznych, np. glukozy

• potrzebne są szczególne warunki i dziesiątki enzymów). ATP powstaje w procesie fosforylacji oksydatywnej. Energia konieczna do utworzenia trzeciego wiązania fosforanowego pochodzi z utlenienia substratów. Podstawowym substratem energetycznym jest glukoza. Ulega ona w procesie glikolizy rozłożeniu na trójwęglowy kwas pirogronowy, będący w tym przypadku końcowym akceptorem wodoru. Jednak ten proces dostarcza zaledwie dwóch cząsteczek ATP z jednej cząsteczki glukozy. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie komórek, poza organellami. Jeśli dostępny jest tlen, dalsze przemiany zachodzą jak opisano poniżej. Dużo bardziej korzystny energetycznie jest następny etap oddychania komórkowego – cykl kwasu cytrynowego (cykl Krebsa). Polega on na włączeniu aktywowanego przez koenzym A kwasu pirogronowego (czyli acetylo-coA) w zamknięty łańcuch egzoenergetycznych reakcji chemicznych, w których atomy wodoru stopniowo są przenoszone na NAD+ (powstaje NADPH) i FAD+ (powstaje FADH2). Te zredukowane formy (-H, -H2) przekazują protony (H+ ) na ostateczny akceptor – tlen. Odbywa się to w macierzy mitochondrialnej, zawierającej układ cytochromów. Są to enzymy przekazujące sobie kolejno elektrony – ze stopniowym uwalnianiem z nich energii i magazynowaniem jej w ATP. Ostatecznie elektrony przekazane są cząsteczce tlenu, która przyłącza wtedy protony (sumarycznie: O2 + 2e- + 4H+ → 2H2O). Łańcuch1 i 2: Oksydoreduktaza NADH-ubichinon (czyli oksydoreduktaza NADH) odbiera 2 elektrony z NADH i przekazuje je na ubichinon (czyli koenzym Q10) oraz reduktaza bursztynian- ubichinon (dehydrogenaza bursztynianowa) – przenosi elektrony z bursztynianu na ubichinon, 3: Oksydoreduktaza ubichinon-cytochrom c, 4: Oksydaza cytochromowa przenosi 4 elektrony na 2 atomy tlenu; powstają 2 cząsteczki wody (oczywiście przy udziale 4 protonów). W tych procesach (cykl Krebsa i fosforylacja oksydatywna) powstają aż 32 cząsteczki ATP (ryc. 6). Jednak warunkiem zajścia fosforylacji oksydatywnej jest oczywiście dostępność tlenu, jako ostatecznego akceptora elektronów i wodoru. Zatem ten rodzaj metabolizmu (oraz mitochondria) powstał później, kiedy w atmosferze dostępny był już tlen, dzięki metabolizmowi wcześniejszych organizmów (fotosyntezie). Jednak w warunkach beztlenowych, kiedy nie jest dostępny ostateczny akceptor elektronu, czyli tlen, niemożliwa jest regeneracja NAD+ z jednoczesnym zredukowaniem tlenu. W takim przypadku redukowany jest pirogronian – do mleczanu, dzięki dehydrogenazie mleczanowej i dzięki tej reakcji odtworzony jest NAD+ , konieczny w glikolizie. W cykl kwasu cytrynowego mogą również wejść produkty katabolizmu wyższych kwasów tłuszczowych. Długie łańcuchy węglowe są cięte na dwuwęglowe i przekształcane w acetylo-CoA (w przypadku łańcuchów o nieparzystej liczbie atomów węgla – powstaje również propionylo-CoA), który wchodzi do cyklu Krebsa. Jest to proces βoksydacji kwasów tłuszczowych, zachodzący w mitochondriach. Istnieje również tzw. „odwrotny cykl Krebsa”, przeprowadzany przez niektóre bakterie w celu przeprowadzenia syntezy bardziej złożonych związków z CO2. Biorąc pod uwagę charakter takiego cyklu – jego substraty i produkty – uważa się go za bardzo interesujący w badaniach powstawania życia na Ziemi. Należy podkreślić, że w mitochondriach, w czasie opisanych powyżej procesów, energia nigdy nie powstaje. Jest tylko przekształcana, uwalniana z wiązań chemicznych, elektronów. transportujący elektrony złożony jest z czterech układów enzymatycznych

Nowotworzenie Rozwój nowotworów jest złożonym, wieloetapowym procesem, nie do końca poznanym.  Według trójstopniowej teorii nowotworzenia proces rozwoju nowotworu przebiega trójetapowo: I. Inicjacja. W wyniku uszkodzenia określonego genu w DNA zdrowej komórki organizmu dochodzi do powstania pojedynczej mutacji. Uszkodzenie to może być wynikiem wielu różnych czynników, takich jak wrodzone mutacje genowe, czynniki zewnętrzne (fizyczne i chemiczne) a także zakażenie wirusami. Jeśli uszkodzenie nie zostanie naprawione lub komórka nie obumrze w wyniku apoptozy, zostaje zainicjowany proces przemiany nowotworowej. II. Promocja Etap karcinogenezy polegający na dalszym rozwoju zmian genetycznych w DNA komórki prowadzących do przemiany zmutowanej komórki w komórkę nowotworową, posiadającą zdolną do dzielenia się (namnażania) w niekontrolowany sposób. Ten etap może trwać nawet kilka lat. III.Progresja Ostatni etap karcinogenezy, w którym w wyniku procesu namnażania się komórek nowotworowych i ich różnicowania się dochodzi do powstania guza nowotworowego. Nowotwór nabiera zdolności do naciekania tkanek oraz tworzenia przerzutów. Proces ten może trwać od kilku miesięcy do kilku lat. Przemiana komórki zdrowej w komórkę nowotworową powstaje w wyniku uszkodzenia DNA. Proce ten nosi nazwę onkogenezy. Uszkodzenie DNA odbywa się w wyniku mutacji pojedynczych genów lub chromosomu. Do zmiany w układzie genów może dojść także poprzez dołaczenie do nich genów wirusa. Tak zmieniony gen nosi nazwę onkogenu , zaś gen w zdrowej komórce, odpowiedzialny za podziały komórkowe, który może ulec transformacji w onkogen nosi nazwę protoonkogenu.

Apoptoza W przeciwieństwie do nekrozy apoptoza to programowana śmierć komórki. Jest procesem naturalnym, elementem rozwoju tkanek. Na przykład, w czasie rozwoju embrionalnego jest częścią kształtowania ciała: dłonie i stopy powstają jako jedna bryła, a rozdzielenie palców jest efektem apoptozy komórek między nimi. Nawet u dorosłego człowieka ciągle następuje apoptoza, szacuje się, że ulega jej ponad 5x1010 komórek na dobę. Są one zastępowane nowymi komórkami. Apoptoza dotyczy komórek uszkodzonych wskutek działania wirusów, czynników stresowych (głodu), ze zniszczonym DNA. Jest ona jednym z mechanizmów chroniących przed nowotworami: jeśli zachodzi ryzyko nieprawidłowych podziałów uaktywnia się gen p-53 m.in. indukujący apoptozę. Sygnał do apoptozy może pochodzić z zewnątrz, np. cytokiny jak TNF (czynnik martwicy nowotworów, ang. tumor necrosis factor), hormony, toksyny, czynniki wzrostu, tlenek azotu lub z wnętrza komórki. Uważa się, że bezpośrednim sygnałem apoptozy jest TNF lub aktywacja receptora Fas (należącego do rodziny receptorów TNF). Po dojściu takiego sygnału do komórki błony plazmatyczne mitochondriów stają się bardziej przepuszczalne. Zawartość mitochondriów oraz ich przestrzeni międzybłonowej przedostaje się do cytoplazmy komórki są to m.in.: zymogeny (nieaktywne prekursory) enzymów mediujących apoptozę – kaspaz, ich aktywatory (np. białko Smac/DIABLO, cytochrom c) oraz efektory apoptozy niezależne od kaspaz. Białko Smac/DIABLO (mitochondrialny czynnik 2 aktywujący kaspazy, ang. second mitochondria-derived activator of caspases/direct IAP binding protein with low pl) łączy się z cytoplazmatycznymi inhibitorami apoptozy (IAP – inhibitor of apoptosis protein), zapobiegając