ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ II - ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ «Περιβάλλον και υγεία. Διαχείριση περιβαλλοντικών θεμάτων με επιπτώσεις στην Υγεία» ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ II ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΖΩΗΣ ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΙΩΑΝΝΑ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ ΒΙΟΛΟ...

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ «Περιβάλλον και υγεία. Διαχείριση περιβαλλοντικών θεμάτων με επιπτώσεις στην Υγεία» ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ II ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΖΩΗΣ ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΙΩΑΝΝΑ ΓΙΑΝΝΟΠΟΥΛΟΥ ΒΙΟΛΟΓΟΣ-ΕΔΙΠ Α΄ Εργαστήριο Παθολογικής Ανατομικής, Ιατρική Σχολή ΕΚΠΑ  ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΖΩΗΣ ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Διακρίνεται σε 2 κύριες φάσεις -Μεσόφαση -Μίτωση(Κυτταρική διαίρεση) Στη μεσόφαση επιτελούνται όλες οι λειτουργίες του κυττάρου  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Ο κύκλος ζωής του κυττάρου  Το γενετικό υλικό(DNA) των ευκαρυωτικών κυττάρων σε συνδυασμό με πρωτεΐνες οργανώνεται σε χρωματίνη στη μεσόφαση και χρωμοσώματα στη μίτωση  Με τη μίτωση το κύτταρο διαιρείται στα δύο  Τα δύο νέα κύτταρα μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα διαιρούνται εκ νέου  Η χρονική περίοδος μεταξύ του τέλους της μιας διαίρεσης και του τέλους της επόμενης ονομάζεται κυτταρικός κύκλος  Ο κυτταρικός κύκλος επομένως περιλαμβάνει τη μεσόφαση και τη μίτωση  ΧΡΩΜΑΤΙΝΗ-ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ Μεσόφαση Μίτωση  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Μεσόφαση Η μεσόφαση διακρίνεται σε 3 επιμέρους φάσεις: G1,S,G2 Φάση G1(Gap1), μετά ακριβώς από τη μίτωση Φάση S(synthesis), όπου γίνεται ο διπλασιασμός του DNA  Φάση G2(Gap2) που προηγείται της μίτωσης  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ  Το μεσοδιάστημα από τη στιγμή που θα προκύψει ένα κύτταρο μέχρι την αντιγραφή του DNA ονομάζεται φάση G1  Το χρονικό διάστημα από το τέλος της αντιγραφής του DNA μέχρι την έναρξη της διαίρεσης ονομάζεται φάση G2  Με το τέλος της φάσης G2 αρχίζει η περίοδος της κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται φάση Μ (μίτωση)  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ  Με τη χρήση ραδιενεργών ισοτόπων και της αυτοραδιογραφίας (δεκαετία του 50) αποδείχθηκε ότι η σύνθεση(αντιγραφή-replication) του DNA γίνεται στο στάδιο της μεσόφασης  Τη χρονική περίοδο σύνθεσης του DNA ονόμασαν φάση S  Στο τέλος αυτής τα κύτταρα έχουν αντιγράψει όλο το γενετικό υλικό και έχουν 2 διπλοειδείς σειρές γενετικής πληροφορίας ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ- DNA REPLICATION Αναπαραγωγή του γενετικού υλικού  Δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες σχηματίζουν μια διπλή έλικα , όπου τα φωσφορικά οξέα και οι πεντόζες βρίσκονται στο εξωτερικό, ενώ οι βάσεις στο εσωτερικό της έλικας  Οι βάσεις ενώνονται με δεσμούς υδρογόνου σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας  απέναντι από μια αδενίνη βρίσκεται πάντα μια θυμίνη, ενώ απέναντι από κυτοσίνη μια γουανίνη  Ημισυντηρητικός μηχανισμός αντιγραφής: η κάθε αλυσίδα αποτελεί τη μήτρα για σύνθεση της νέας αλυσίδας Ροή γενετικής πληροφορίας ΠΥΡΗΝΑΣ Αντιγραφή DNA σε DNA Μεταγραφή(transcription) DNA σε mRNA ΚΥΤΤΑΡΟΠΛΑΣΜΑ Μετάφραση(translation) mRNA σε πρωτεΐνες Ροή γενετικής πληροφορίας  Κυτταρική διαίρεση  Νέα κύτταρα προκύπτουν μόνο από άλλα ζωντανά κύτταρα μέσω της κυτταρικής διαίρεσης  Πολλές διαιρέσεις ενός αρχικού κυττάρου, του ζυγωτού, αλλά και των θυγατρικών του δημιουργούν ένα οργανισμό εκπληκτικής πολυπλοκότητας και οργάνωσης  Στο ώριμο άτομο οι διαιρέσεις συνεχίζονται  ( 25 εκατομμύρια κύτταρα/δευτερόλεπτο) για την αντικατάσταση νεκρών και γηρασμένων  Κατηγορίες κυττάρων  Κύτταρα με δομική εξειδίκευση(νευρικά, μυικά, ερυθροκύτταρα) τα οποία δεν διαιρούνται  Κύτταρα που διαιρούνται μετά από διέγερση (ηπατοκύτταρα, λεμφοκύτταρα)  Κύτταρα με δυνατότητα πολλαπλασιασμού(κύτταρα γονάδων που δίνουν τα ωάρια και σπερματοζωάρια, αιμοποιητικά κύτταρα, επιθηλιακά κύτταρα) Η διάρκεια του κυτταρικού κύκλου εξαρτάται κυρίως από τη φάση G1  Η διάρκεια του κυτταρικού κύκλου διαφέρει μεταξύ των κυτταρικών ειδών  Η διάρκεια των φάσεων S, G2 σε ένα πληθυσμό κυττάρων επηρεάζεται ελάχιστα από τις συνθήκες του περιβάλλοντος  Στα θηλαστικά έχουν την ίδια διάρκεια σε όλους τους κυτταρικούς τύπους  Η σύνθεση του DNA διαρκεί 6-10 ώρες  Η φάση G2 διαρκεί περίπου 2-5 ώρες Η διάρκεια του κυτταρικού κύκλου εξαρτάται κυρίως από τη φάση G1  Η διάρκεια της φάσης G1 επηρεάζεται από διάφορους φυσιολογικούς ή περιβαλλοντικούς παράγοντες  Διαφέρει και εντός ενός κυτταρικού πληθυσμού  Ανάλογα με τις συνθήκες , η G1 διαρκεί ημέρες, μήνες ή και χρόνια  Κυτταρική αύξηση  Πριν τη μίτωση απαιτείται η αύξηση των κυτταρικών συστατικών που θα διαιρεθούν στα δύο κύτταρα  Η κυτταρική αύξηση γίνεται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης  ΜΕΣΟΦΑΣΗ  Το σύνολο των υπόλοιπων πρωτεϊνών και του RNA παράγεται σε όλη τη διάρκεια της μεσόφασης  Οι λειτουργίες του κυττάρου συνεχίζονται στη μεσόφαση  ΦΑΣΗ S Στη φάση S γίνεται  όχι μόνο η αντιγραφή του DNA , αλλά  και η σύνθεση των ιστονών  και η συγκρότηση των νουκλεοσωμάτων Μιτογόνες ενώσεις επάγουν τη κυτταρική διαίρεση  Φυσιολογικές ουσίες: ορμόνες, αυξητικοί παράγοντες  Αυξητικοί παράγοντες: πεπτίδια που επάγουν τον πολλαπλασιασμό των επιθηλιακών και μεσεγχυματικών κυττάρων  Επιδερμικός αυξητικός παράγοντας (EGF)  Ο παράγοντας αύξησης που προέρχεται από τα αιμοπετάλια(PDGF)  Ο παράγοντας αύξησης των ινοβλαστών(FGF)  Αποτελούν παράγοντες με ευρύ φάσμα λειτουργιών  Η δράση τους εξαρτάται από το στάδιο διαφοροποίησης του κυττάρου-στόχου(επαγωγή ή καταστολή του κύκλου)  Κύτταρα του αίματος-ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ  Τα ερυθρά και τα λευκά αιμοσφαίρια έχουν περιορισμένο χρόνο ζωής  Αποκαθίστανται συνεχώς από διαιρέσεις των πρωταρχικών πολυδύναμων κυττάρων  Στον ενήλικα άνθρωπο τα ερυθρά αιμοσφαίρια παράγονται με ρυθμό 100 Χ 106 κύτταρα /λεπτό  στην παραγωγή, διαφοροποίηση και λειτουργικότητα των κυττάρων του αίματος συμμετέχουν αρκετοί αυξητικοί παράγοντες  Ένα παράδειγμα: η ερυθροποιητίνη  Είναι γλυκοπρωτείνη, παράγεται στους νεφρούς, κυκλοφορεί στο πλάσμα και εκκρίνεται με τα ούρα  Η μείωση του αριθμού των ερυθροκυττάρων επάγει την παραγωγή ερυθροποιητίνης και αυτή με τη σειρά της επάγει τον πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση των πρόδρομων  Διακοπή κυτταρικού κύκλου Σε ανθρώπινα φυσιολογικά κύτταρα συμβαίνει: Σε βλάβη του DNA Μη σωστός σχηματισμός της ατράκτου Επαγωγή τελικής διαφοροποίησης Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου Η μετάβαση από τη μία φάση στην επόμενη του κυτταρικού κύκλου υφίσταται αυστηρό έλεγχο  ενεργοποιείται από την παρουσία συμπλόκων πρωτεϊνών( CDK/cyclin)  Ενώ, μπορεί να παρεμποδιστεί από την παρουσία αναστολέων των συμπλόκων CDK/cyclin  ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ Κυτταρική διαίρεση Μίτωση  Κυτταρική διαίρεση Διακρίνεται στο  στάδιο της μίτωσης (πυρηνική διαίρεση)  Και το στάδιο της κυτοκίνησης(διαίρεση κυτταροπλάσματος)  ΜΙΤΩΣΗ Για διδακτικούς λόγους η μίτωση διακρίνεται σε 5 φάσεις με βάση τη μορφολογία και συμπεριφορά των χρωμοσωμάτων ( 6 φάσεις αν θεωρήσουμε ξεχωριστή φάση την κυτταροκίνηση) Πρόφαση, προμετάφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση  Στάδια μίτωσης ΠΡΟΦΑΣΗ  Συσπείρωση χρωμοσωμάτων σε σχηματισμούς ορατούς στο φωτονικό μικροσκόπιο  Στο τέλος διακρίνονται οι αδελφές χρωματίδες αποτέλεσμα της αντιγραφής του DNA , οι οποίες παραμένουν συνδεδεμένες στην περιοχή του κεντρομεριδίου  Ο πυρηνίσκος εξαφανίζεται, ενώ αρχίζει να καταστρέφεται η πυρηνική μεμβράνη  Προς το τέλος αρχίζει να εμφανίζεται η μιτωτική άτρακτος  Στάδια μίτωσης Προμετάφαση Τα ινίδια της ατράκτου αλληλεπιδρούν με τα χρωμοσώματα Προσανατολισμός χρωμοσωμάτων μεταξύ των κεντροσωματίων Μετάφαση Συσπείρωση και προσανατολισμός χρωμοσωμάτων στον ισημερινό του κυττάρου Δημιουργία ατράκτου, που αποτελείται από ινίδια (μικροσωληνίσκοι) που κατευθύνονται στους δύο πόλους του κυττάρου  Στάδια μίτωσης Ανάφαση Κίνηση των αδελφών χρωματίδων προς τους δύο πόλους του κυττάρου Μετά το διαχωρισμό τους ονομάζονται θυγατρικά χρωμοσώματα Ο πολυμερισμός της τουμπουλίνης σε μικροσωληνίσκους γίνεται στα κέντρα οργάνωσης των μικροσωληνίσκων  Είναι το κεντροσωμάτιο για τα κύτταρα που βρίσκονται στη μίτωση Οι μικροσωληνίσκοι συνδέονται με το κεντρομερίδιο κάθε χρωμοσώματος  στάδια μίτωσης Τελόφαση  Τα χρωμοσώματα βρίσκονται στους πόλους  Αποσυσπειρώνονται και έχουν τη μορφή των ινιδίων της μεσόφασης  Επανεμφάνιση πυρηνίσκου και σχηματισμός πυρηνικής μεμβράνης  ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΗΣΗ  Τη μίτωση ακολουθεί η διαίρεση του κυτταροπλάσματος,  ώστε να προκύψουν δύο νέα κύτταρα  ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΖΩΗΣ ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ  ΑΠΟΠΤΩΣΗ: γενετικά προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος Στο τελικό στάδιο πολύπλοκων μηχανισμών επέρχεται αυτόλυση(διάσπαση) του κυττάρου μέσω ενδοκυττάριας έκκρισης λυσοσωμικών ενζύμων  ΑΠΟΠΤΩΣΗ Η απόπτωση αποτελεί μια ενεργητική διαδικασία προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου με σημαντικό ρόλο σε ποικίλες φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Απουσία φυσιολογικού κυτταρικού θανάτου, τα κύτταρα δυνατόν να πολλαπλασιάζονται ανεξέλεγκτα και, εφόσον πρόκειται περί νεοπλασματικών κυττάρων, δυνατόν να ευνοείται η ογκογένεση.  Απόπτωση  Η απόπτωση είναι εξαιρετικά σημαντική διαδικασία και λαμβάνει μέρος τόσο σε ενήλικα όσο και εμβρυικά κύτταρα.  Στα έμβρυα τα κύτταρα πεθαίνουν όταν η δομή που σχηματίζουν δεν είναι πλέον απαραίτητη, όπως στην ουρά του γυρίνου ή στα δάκτυλα των άκρων.  Όμως και η αυξημένη απόπτωση είναι επιβλαβής επειδή οδηγεί σε εκφυλιστικές ασθένειες  Απόπτωση  Κατά το στάδιο της μεταμόρφωσης του γυρίνου σε βάτραχο, η ουρά του γυρίνου αποβάλλεται με απόπτωση.  Ο σχηματισμός των δακτύλων στο έμβρυο απαιτεί την απομάκρυνση, με απόπτωση, των ιστών μεταξύ αυτών.  Η αποβολή του ενδομητρίου κατά τον έμμηνο κύκλο γίνεται με απόπτωση.  Ο προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος είναι απαραίτητος προκειμένου να απομακρυνθούν κύτταρα τα οποία είναι μη απαραίτητα ή επιβλαβή για το εσωτερικό του οργανισμού. Απόπτωση Σύνοψη Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας