1. lekcija_D. Rots_Studentiem (PDF)

1. lekcija Dmitrijs Rots [email protected] Studiju kursa noteikumi 9 lekcijas un 11 nodarbības; VIDEOLEKCIJAS – nav jāapmeklē; 2 kolokviji – testi, 40 jautājumi; Katru nodarbību ir pārbaudes KD – jautājumi estudijās à ja visi KD ieskaitīti – plus balle pie kolokvija atzīmes; Uz...

1. lekcija Dmitrijs Rots [email protected] Studiju kursa noteikumi 9 lekcijas un 11 nodarbības; VIDEOLEKCIJAS – nav jāapmeklē; 2 kolokviji – testi, 40 jautājumi; Katru nodarbību ir pārbaudes KD – jautājumi estudijās à ja visi KD ieskaitīti – plus balle pie kolokvija atzīmes; Uz katru nodarbību jāizprintē protokols; Automāts – ja abi kolokviji vismaz 7; Rakstot kolokviju otro reizi vai kavējot nodarbību – atvērtie rakstiski jautājumi; Gala ieskaite – tests, 40 jautājumi. 2 Mācību literatūra Lekcijas un estudijās pieejamā informācija! “Molecular biology of the cell” 6th un 5th ed., Bruce Alberts et al.; “Eikariotu šūnu bioloģija”, A.Krūmiņa un V.Baumanis; ”Šūna”, V. Groma, V.Zalcmane; “Rokasgrāmata bioloģijā” Valdis Ģirts Balodis et al. U.c. 3 Saturs Definīcijas un Šūnu teorija; Šūnu bioķīmijas pamati; Dzīvo organismu formu veidi: Prokarioti; Eikarioti. Plazmatiskā membrāna; Transports caur plazmātisko membrānu; Šūnu komunikācija. 4 Bioloģija Zinātņu komplekss, kuras pētī dzīvus organismus, to attīstību, dzīves veidu, dzīvības procesu likumsakarības un mijiedarbību ar nedzīvo dabu. Dzīvība Īpaša matērijas eksistēšanas forma, kam raksturīgs: Iedzimtība; Kairināmība, Kustības; Vielmaiņa un Spēja uzturēt homeostāzi; Vairošanās; Augšana, Attīstība, Adaptācija mainīgiem apstākļiem; Nāve. 5  Citoloģija Zinātne, kas pētī šūnu uzbūvi, attīstību un funkcijas. Šūna Dzīvo organismu uzbūves pamatvienība un mazākā dzīvā sistēma, kurā norisinās visi dzīvības procesi. Šūnu izpēte kļuva iespējama tikai ar mikroskopa izgudrošanu un attīstījās, atklājot jaunas krāsošanas un mikroskopēšanas tehnikas. R.Huka zīmētās korķa šūnas (1665.g.) Attēls no: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fe/RobertHookeMicrographia1665.jpg 6  Šūnu teorija 19.gs. (1839. g. un 1855.g.) M.Šleidens, T.Švāns un R.Virhovs definējuši šūnu teoriju. Klasiskās šūnu teorijas postulāti: 1. Visi dzīvie organismi sastāv no vienas vai vairākām šūnām; 2. Šūna ir dzīvo organismu uzbūves un funkcionālā pamatvienība; 3. Jaunas šūnas rodas, esošajām šūnām daloties. Attēlsa autors: Steve Gschmeissner/SPL Aknu vēža šūnu dalīšanas 7 Mūsdienu papildinājumi Šūnu teorijai Šūnā noris enerģijas plūsma – metabolisms; Šūnam ir līdzīgais ķīmiskais sastāvs; Visas šūnas satur iedzimtības informāciju (DNS veidā), kas tiek nodota no šūnas uz šūnu dalīšanās laikā. Izņēmumi: Vīrusi – nesastāv no šūnam, bet tiek uzskatīti par dzīviem; Mitohondriji un hloroplasti (šūnu organoīdi) – satur savu DNS, notiek metabolisms, bet netiek uzskatīti par dzīvajiem. 8 Šūnu bioķīmijas pamati 9  Vielu organizācijas līmeņi Atomi Molekulas Audi Šūnas Organisms Orgāns Orgānu sistēmas 10 Attēls: http://s2.thingpic.com/images/EX/rktjQYVhWNsiJepzhBokoHNv.jpeg  Definīcijas I Monomēri – mazmolekulārs ķīmisks savienojums, kuri polimerizējoties, veido polimēru. Polimērs – ķīmisks savienojums, kas ir veidots no daudziem monomēriem, kuri ir ķīmiski savienoti savā starpā. Veido makromolekulas. Polimērs Monomērs Savienoti ar ķīmisko (kovalento) saiti 11 Attēls no: http://www.pslc.ws/macrog/kidsmac/images/pschain.gif Monomēri Polimerizācija Polimērs 12 Definīcijas II Skābe - Ķīmisks savienojums, kas šķīdumā spēj atdot ūdeņraža jonus. Neorganiskajā ķīmijā: HCl, H2SO4; Organiskajā ķīmijā: R–COOH → R-COO- + H+ ; pH < 7. Sārms jeb bāze – savienojums, kas šķīdumā spēj uzņemt ūdeņraža jonus. Neorganiskajā ķīmijā: NaOH; Organiskajā ķīmijā: R–NH2 + H+→ R-NH3+ ; pH > 7. 13  Skābs Sārmains Neitrāls pH=7 Asinis Kuņģa Urīns; Ūdens sula Ādas starpšūnu telpa 14 Attēls no: http://ib.bioninja.com.au/_Media/ph-scale_med.jpeg Šūnu pamatkomponenti Šūnas ”būvkomponenti” Lielāki šūnu komponenti Cukuri Polisaharīdi (Monosaharīdi) Aminoskābes Proteīni Taukskābes Lipīdi, fosfolipīdi Nukleotīdi Nukleīnskābes (DNS, RNS) 15 Ogļhidrāti Vienkāršie ogļhidrāti Saliktie ogļhidrāti ØMonosaharīdi ØPolisaharīdi: Heksozes (sastāv no 6 C): Dzīvniekiem: Glikoze; Glikogēns; Fruktoze; Augiem: Pentozes (sastāv no 5 C): Ciete; Riboze; Celuloze. Dezoksiriboze. ØDisaharīdi Saharoze; Laktoze. 16  Glikoze Fruktoze Saharoze = glikoze + fruktoze Cietes fragments Glikoze Glikogēna fragments Glikogēns 17 Attēli_no:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/ Celulozes fragments 47/Glycogen_structure.svg/260px-Glycogen_structure.svg.png http://www.nutritionaldoublethink.com/uploads/4/4/7/3/44731651/29 36408_orig.jpg Ogļhidrātu funkcijas Monosaharīdi Polisaharīdiem 1. Enerģijas iegūšanai 1. Glikozes rezerves (g.k. oksidējot glikozi (glikogēns un ciete); mitohondrijos); 2. Strukturāla un 2. Polisaharīdu sintēzei; balstfunkcija: Celuloze – veido augu 3. Plastiskā funkcija: šūnapvalku; *Citi ogļhidrāti Tiek izmantoti citu veido baktēriju un sēņu šūnapvalkus. molekulu sastāvā Glikozaminoglikāni (piem.,nukleotīdu) un (GAG) u.c. – piedalās modifikācijai dzīvnieku ārpusšūnu (pievienojot vielas veidošanā. proteīniem, lipīdiem). 18  *Glikozaminoglikānu (GAG) struktūra Hondroitīn sulfāts (GAG) Hialuronskābe (GAG) GAG un proteīnu kompleksi (proteoglikāni) lielos daudzumos atrodami skrimšļaudos un ādā, kur saista ļoti daudz ūdens, tāpēc šie audi ir elastīgi un plastiski. 19 Attēls no: http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-17/17_17.jpg  Aminoskābes (AS) Organisks savienojums, kas satur skābi (-COOH), sārmu (-NH2) un sānu ķēdi (R). 20 Attēls no: https://iweb.langara.bc.ca/biology/mario/Assets/aminoAcidStruc.jpg  AS savā starpā atšķirās ar sānu grupu (R). Cilvēkam ir 20 AS, 8 no tām ir neaizvietojamas; 21 Attēls no: https://ka-perseus-images.s3.amazonaws.com/ef725413ac787262fb1f9a80d7923e4b94710cf6.png Aminoskābju funkcijas 1. Tiek izmantotas proteīnu sintēzei (proteīnu monomēri) (sīkāk 5.lekcijā); 2. Tiek izmantotas hormonu, neirotransmiteru un bioloģiski aktīvo vielu sintēzei (Adrenalīns, vairogdziedzera hormoni u.c.); 3. No neaizvietojamām AS, var uzsintezēt aizvietojamās; 4. Tiek izmantots NO sintēzei (NO nepieciešams asinsspiediena u.c. regulācijā); 5. Piedalās slāpekļa vielmaiņā; 6. Ja šūnai un organismam beidzās ogļhidrāti un lipīdi (ilgstošs bads), AS var tikt izmantotas enerģijas iegūšanai. 22 Proteīnu jeb olbaltumvielu jeb polipeptīdu struktūra I Proteīni veidoti no aminoskābēm, kas savienotas savā starpā ar peptīdsaitēm; Proteīni savā starpā atšķirās ar: Garumu (aminoskābju skaitu sastāvā); Sastāvu (aminoskābju veidu un secību). Cilvēka organismā ir >60,000 dažādu proteīnu; Bieži proteīni apvienojās savā starpā, veidojot lielus proteīnu kompleksus. 23 Proteīnu jeb olbaltumvielu jeb polipeptīdu struktūra II Pēc struktūras izšķir: a) Fibrillārus (kolagēns, elastīns u.c.); b) Globulārus (enzīmi, hemoglobīns u.c.). *Hemoglobīns sastāv no 4 globīnu molekulām. 24  Proteīnu funkcijas I 1. Katalītiskā funkcija - piedalās praktiski visu organismu bioķīmisko reakciju realizācijā (piemēram veic monomeru polimerizāciju); 2. Strukturālā funkcija - piedalās citoskeleta un ārpusšūnu vielas veidošanā (piem., kolagēns); Kolagēns Proteoglikānu kompleksi ar GAG Ārpusšūnu vielas modelis 25 Attēli no: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015., ; https://clinicalgate.com/wp-content/uploads/2015/03/B9780443066849500135_gr19.jpg Proteīnu funkcijas II 3. Aizsargfunkcija - mikrobu atpazīšana un antivielu veidošana; 4. Motorā funkcija - muskuļu kontrakcijas, vielu transports šūnā; 5. Transportfunkcija - pārnesā vielas uz/no šūnas, pārnesā vielas pa organismu ar asinīm un limfu (piem., hemoglobīns, albumīns); 6. Signālfunkcija - darbojās kā hormoni (piem., insulīns) un bioloģiski aktīvas vielas; 7. Receptorfunkcija - nodod signālu šūnai; 8. Regulatorā funkcija – regulē šūnas augšanu, dalīšanu, metabolismu u.c. 26  Lipīdi Organisku vielu grupa, pie kuras pieder tauki un taukiem līdzīgas vielas. Lipīdi nešķīst ūdenī = hidrofobās vielas (nepolārās vielas)! Galvenās grupas: 1. Taukskābes (daudz dažādu veidu); 2. Triglicerīdi = 3 taukskābes + glicerols; 3. Fosfolipīdi = 2 taukskābes + glicerols + fosforgrupa; 4. Steroli: Holesterols jeb holesterīns; Steroīdie hormoni (testosterons, estrogēns, progesterons u.c.) 27  Lipīdu molekulas Holesterols Taukskābe Daudz dažādu triglicerīdu un fosfolipīdu veidu, Triglicerīds kas atšķirās ar taukskābju veidu un sastāvu Fosfolipīds 28 Attēls no: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/Common_lipids_lmaps.png/1200px-Common_lipids_lmaps.png  Lipīdu funkcijas 1. Enerģijas iegūšana un uzglabāšana taukaudos; 2. Veido visu šūnu plazmatiskās membrānas; 3. Signālfunckija (piem., steroīdie hormoni). Attēls no: https://www.hypervibe.com/au/wp- content/uploads/sites/2/2013/12/Blausen_0012 Taukaudi (zemādā) Adipocīti (taukšūnas) 29 _AdiposeTissue.png  Nukleotīdi un Nukleīnskābes Nukleīnskābes = DNS un RNS; Nukleīnskābes kodē informāciju par proteīnu AS secību; Nukleīnskābes veidotas no nukleotīdiem.* Nukleotīdu funkcijas: 1. Tiek izmantoti DNS un RNS sintēzei*; 2. Tiek izmantoti enerģijas pārnesei (ATF); 3. Tiek izmantoti signālu nodošanai. Adenozīn TriFosfāts Adenozīn DiFosfāts ATF ADF + F + e *Tiks skaidrots sīkāk 5. lekcijā 30 Attēls no: http://ib.bioninja.com.au/_Media/atp-adp-2_med.jpeg Enerģija  Šūnu ķīmiskais sastāvs (24/30%) 31 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Makromolekulas, ko uzņem ar Makromolekulas, ko ēdienu (triglicerīdi, proteīni, sintezē šūna savam polisaharīdi u.c.) vajadzībam Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Monomēri uzsūcās Siltums asinīs un limfā un tiek *Monomēri, ko uzņem ar transportēti uz šūnām pārtiku, ātrāk uzsūcās asinīs, jo tos nav nepieciešamības šķelt Kuņģa-zarnu traktā barības vielas tiek sašķeltas par monomēriem 32 Dzīvo organismu formu klasifikācija 33 Prokarioti Eikarioti 1) Organismi, kam nav ar 1) Organismi, kuru šūnas membrānu norobežota satur ar membrānu šūnas kodola; norobežotu kodolu; 2) Primitīvi; 2) Sarežģīta uzbūve; 3) Pieskaita: 3) Pieskaita: Monēru valsts: Dzīvnieku valsts; - Baktērijas; Augu valsts; Sēņu valsts; - Arhejas. Protistu valsts. 34  Daudzšūnu (Pārsvarā) organismi Vienšūnu organismi Neklasificētie: Vīrusi 35 Attēls no: http://www.dzm.lu.lv/bio/IT/B_10/default.aspx@tabid=9&id=114.html#navtop  * Jaunā dzīvo organismo klasifikācija: Trīs galvenie domēni 36 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Baktērijas 37  Baktēriju šūnu Plazmatiskā membrāna Šūnas Plazmīda Pili īpašības un uzbūve I Nukleoīds – rajons, kas satur hromosomu siena Kapsula Ribosomas 1. Prokarioti ir sīki vienšūnu organismi; 2. Nav specifisko organoīdu:ciņa Citoplazma Citoplazma tikai ribosomas citplazma (kas ir atšķirās no eikariotu ribosomām); 3. Šūnu norobežo no ārējas vides plazmatiskā membrāna; 4. Apkārt plazmatiskai membrānai ir izturīgs šūnapvalks un daļai baktēriju papildus ir biezā kapsula (lai izdzīvotu ārējā vidē); 38 Attēls no: http://www.medical-labs.net/wp-content/uploads/2014/03/Bacteria-Cell-Structure.png Baktēriju šūnas uzbūve un īpašības II 5. Ģenētiskais materiāls (DNS): Viena cirkulāra hromosoma (lokalizēta citoplazmas daļā, ko sauc par nukleoīdu); Vairākas sīkas plazmīdas (kodē dažus gēnus, kas atbild par vienu funkciju, piemēram, rezistence pret antibiotikām). 6. Daļa mēdz apmainīties ar DNS Plazmatiskā membrāna Pili (galvenokārt ar plazmīdām, Nukleoīds, kas Plazmīdas izmantojot pili); satur hromosomu Ribosomas 7. Daļa ir kustīgas (nodrošina viciņas); Viciņa 39  Baktēriju šūnas uzbūve un īpašības III 8. Dalās amitotiski (Dalās pārdaloties uz pusi); 9. Nav dzimumvairošanās. 40 Attēls no: https://biology-forums.com/gallery/77_07_06_11_5_45_43.jpeg  Baktēriju šūnas uzbūve I Plazmatiskā membrāna Plazmīda Šūnas siena Pili Nukleoīds – rajons, Kapsula kas satur hromosomu Ribosomas Viciņa Citoplazma Citoplazma 41 Attēls no: http://www.medical-labs.net/wp-content/uploads/2014/03/Bacteria-Cell-Structure.png  Baktēriju šūnas uzbūve II Nukleoīds (ar hromosomu) Citoplazma (ar ribosomām) Viciņa 1 mkm, Ribosomas Caurstarojošās elektronmikroskopijas attēls 42 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Baktēriju formu daudzveidība 43 Attēls no: http://laboratoryinfo.com/wp-content/uploads/2015/03/bacteria-types.jpg Eikarioti 44 Eikariotu šūnas Eikariots – šūna, kas satur sarežģītas struktūras, kuras ir norobežotas ar membrānu; Galvenā ar membrānu norobežotā struktūra, kas atšķir prokariotu no eikariota ir kodols; Eikariotu šūnas ir daudz attīstītākās kā prokariotu šūnas; Parasti eikariotiskas šūnas ir daudz lielākas par prokariotiskām (līdz pat 1000x pēc tilpuma). 45  Visām šūnām neraugoties uz specializāciju ir līdzīga ultrastukturāla uzbūve un pamatfunkcijas. 46 Attēls no: https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/6e/ae/4b/6eae4b9962bebdb1eb15ecec094879a6--body-cells-muscle-tissue.jpg  Prokariotu un eikariotu salīdzinājums I Īpašība Prokarioti Eikarioti Objekts Baktērijas, Arheji Protozoji, augi, sēnes, dzīvnieki Šūnu izmēri 0.2-5 µm 10-100 µm Metabolisms Aerobi (izmanto O2 enerģijas Aerobi (izņemot dažas (vielmaiņa) iegūšanai), anaerobi parazītiskas formas) (neizmanto O2) Kodols Nav Ir Norobežo šūnu Plazmatiskā membrāna Plazmatiskā membrāna Organoīdi Tikai ribosomas, atšķiras Daudz dažādu organoīdu no eikariotu ribosomām (sīkāk 2.lekcijā) Kustīgums Dažas baktērijas, kam Dzīvniekiem atsevišķas ir viciņa šūnas: leikocīti, spermatozoīdi Prokariotu un eikariotu salīdzinājums II Īpašība Prokarioti Eikarioti Ģenētiskā Viena, cikliska DNS, Vairākas lineāras DNS, informācija brīvi atrodas citoplazmā saistīta ar olbaltumvielām, Ir vairākas plazmīdas veido hromosomas Šūnas iekšējās Šūnas iekšējā vide nav Iekšējais membrānu tīkls vides sadalīta atsevišķos veido atsevišķus sadalījums nodalījumos, nodalījumus, kas ļauj bioķīmiskās reakcijas realizēt atšķirīgus notiek citoplazmā bioķīmiskos procesus Šūnas dalīšanās Pārdaloties (amitotiski) Mitoze un mejoze Šūnu Sastāv no vienas Izteikta šūnu organizācija šūnas diferenciācija. Lielākā daļa daudzšūnu organismu  Eikariotu šūnai ir 3 daļas: 1. Plazmatiskā membrāna. 2. Citoplazma: satur organoīdus; notiek bioķīmiskās reakcijas; notiek vielu transports. 3. Kodols: Satur ģenētisko informāciju; Regulē šūnas darbību. Attēls no: https://www.shmoop.com/images/biology/biobook_cells_1.png Plazmatiskā membrāna 50  Plazmatiskā membrāna (PM) PM – ir selektīvi caurlaidīga bioloģiska membrāna, 6-10nm bieza, kas nodala šūnas iekšējo vidi no ārvides; PM un membrānas, kas sadala šūnu iekšējo vidi un veido organoīdus ir līdzīgas pēc uzbūves. PM sastāv no: 1) Fosfolipīdu dubultslāņa (veido 75-25%, vid. 50%, no PM masas), kurā ir iegremdētas holesterola molekulas; 2) Proteīniem (veido 25-75%, vidēji 50%, no PM masas). 51 Attēls no: https://ka-perseus-images.s3.amazonaws.com/0565da9a2988105de3050b41a99e1fd631648378.svg  Fosfolipīdi Sastāv no hidrofīlas galvas (patīk ūdens) un hidrofobas astes (baidās no ūdens); Daļa ir savienoti ar ogļhidrātiem, veidojot glikolipīdus; Hidrofīla galva Veido lipīdu dubultslāni, kas ir kustīgs un kurā ”peld proteīni”. H 2O Hidrofoba aste H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O H 2O 52 Attēls no: https://www.shmoop.com/images/biology/biobook_cells_15.png Attēls no: http://figures.boundless-cdn.com/18565/full/figure-05-01-03a.jpeg  PM - no lipīdiem veidots, kustīgs Ārpusšūnu vide un plastisks divdimensiju šķidrums. Plazmatiskā membrāna Šūna Holesterols Fosfolipīdu dubultslānis Glikolipīds Fosfolipīdu molekula Hidrofīla galva Holesterola molekula Hidrofoba aste 53 Attēls no: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/11/Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg/1280px-Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg.png  Holesterols plazmatiskajā membrānā Dzīvnieku šūnu PM satur daudz holesterola (līdz pat 1:1 uz katru fosfolipīda molekulu); Stabilizē fosfolipīdu dubulslāni; Samazina membrānas caurlaidību. Glikolipīdi Holesterols Membrānu proteīns 54 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  PM Proteīni Izšķir: 1. Transmembranālie – šķērso cauri lipīdu dubultslāni; 2. Perifērie – piestiprinās pie PM no vienas puses (intra – VAI ekstra- cellulāri). Lipīdu dubultslānis 55 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Transmembranālie proteīni Funkcijas: 1. Transports caur PM; 2. Enzimātiskā funkcija; 3. Receptorfunkcija – uztver signālus un nodod tos šūnai; 4. Stabilizē PM – saistoties ar citoskeletu; 5. Piedalās starpšūnu kontaktu veidošanā. 56 Perifērie proteīni Atrodas ekstracelulāri VAI intracelulāri pie PM; Bieži piestiprinās pie lipīdiem, ogļhidrātiem vai transmembranāliem proteīniem. Funkcijas: 1. Enzīmātiskā; 2. Stabilizē PM, saistot transmembranālus proteīnus pie citoskeleta; 3. Transportfunkcija (piedalās hidrofobu molekulu transportā caur PM, piem., retinolu); 4. Piedalās šūnu signālceļos (pārraida signālus no receptoriem uz šūnu). 57 Spektrīns Perifēra olbaltumviela, kas saista PM ar citoskeletu; Veido eritrocīta raksturīgo formu; Defekts – iedzimtā sferocitoze: Eritrocītiem sfēriska forma; Samazināta eritrocītu izturība. Biežums: 1/5000. 58  Glikokalikss Vērsts ekstracelulāri un klāj šūnu PM; Veidots no ogļhidrātu slāņa, kuru veido: Glikolipīdi; Glikoproteīni. Glikoproteīns Glikoproteīns Ogļhidrātu slānis Glikolipīds Lipīdu dubultslānis Citoplazma 59 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Glikokalikss Kapilārs Endotēlija glikokaliss, caurstārojošās elektronmikroskopijas attēls Endotēlijs – šūnas, kas izklāj asinsvadus. Avots: https://i1.wp.com/www.agemed.org/Portals/0/images/ejournal/Glycocalyx%20.jpg?resize=625%2C266&ssl=1 https://vennofem.files.wordpress.com/2013/12/screen-shot-2013-12-10-at-11-23-54-am.png 60 Glikokaliksa funckijas 1. Kalpo šūnu atpazīšanai (šūnu “pirkstu nospiedumi”), palīdz atpazīst ”savu” no ”sveša”: Nosaka organismam specifisku audu tipus un asinsgrupu (AB0); Palīdz leikocītiem atpazīst mikrobus; Palīdz leikocītiem atpazīst vēža šūnas. 2. Aizsargfunkcija – “spilvens”, kas pasarga PM; Pasargā asinsvadu endotēliju no bojājuma. 3. Palīdz spermatozoīdam atpazīst olšūnu; 4. Var glabāt sevī proteīnus (piem., zarnās epitēlijšūnu glikokaliksā ir gremošanas enzīmi). 61  AB0 asinsgrupas nosaka dažādi ogļhidrāti (veido glikokaliksu) eritrocītu virsmā N acetil Fukoze galaktozamīns eritrocīts N acetil Galaktoze Attēls no: http://en.wikipedia.org/wiki/Blood_type glikozamīns Plazmatiskas membrānas funkcijas 1. Barjerfunkcija: norobežo šūnu no ārējas vides! 2. Nodrošina šūnas vides homeostāzi (nemainīgumu); 3. Transportfunkcija: nodrošina selektīvo transportu UZ un NO šūnas; 4. Receptor un signālfunkcijas (uztver signālus un nodod tos šūnai); 5. Starpšūnu kontaktu veidošana; 6. Šūnu atpazīšanas funkcija (proteīni un glikokalikss); 7. Nodrošina biopotenciālu (piem., impulsi neironos) veidošanu un vadīšanu; 8. Enzimātiskā funkcija (nodrošina PM enzīmi). 63 Transports caur plazmatisko membrānu 64  PM transports Pasīvais Aktīvais 1. Neizmanto enerģiju 1. Izmanto enerģiju 2. Koncentrācijas gradientā 2. Pret koncentrācijas gradientu Parastā Atvieglotā Mikromolekulu Makromolekulu difūzija difūzija Endocitoze Osmoze Pinocitoze Parastā Atvieglotā Aktīvais Fagocitoze difūzija difūzija transports Eksocitoze Citoplazma  Difūzija Pasīva vielu pārvietošanās no augstākas uz zemāku koncentrāciju (koncentrācijas gradientā) caur PM. Citoplazma Lai vielas spētu iziet cauri lipīdu dubultslānim, tam jābūt - mazam un/vai nepolāram, piemēram: Gāzes (O2, CO2); Spirti (Etanols); Steroīdie hormoni (estrogēns, testosterons u.c.). 66 Attēls no: https://figures.boundless-cdn.com/18631/large/figure-05-02-02.jpeg  Nepolāras molekulas Makromolekulas Lādētas O2, CO2 (polāras) molekulas un joni PM O2, CO2 67 Attēls: http://www.desertbruchid.net/4_GB_Lecture_figs_f/4_GB_04_Cell_Figures_f/Mader_MembranePermeability.GIF  Osmoze Šķīdinātāja (ūdens) kustība caur puscaurlaidīgo membrānu no augstākas uz zemāku vielu koncentrāciju; Nodrošina ūdens balansu šūnā. NaCl NaCl 5% Osmoze izlīdzina 2% 8% vielu koncentrāciju abās membrānas pusēs 5% Puscaurlaidīga membrāna Notiek, ja viela (piem., NaCl) nespēj iziet cauri membrānai, bet ūdens var. 68 Attēls no: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/0307_Osmosis.jpg/400px-0307_Osmosis.jpg  Hipertonisks šķ. Izotonisks šķ. Hipotonisks šķ. 0.9% NaCl 10% NaCl 0.9% NaCl 0% NaCl 0.9% 10% NaCl 0.9% NaCl NaCl 0% NaCl 69 Attēls: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/Osmotic_pressure_on_blood_cells_diagram.svg/1280px-Osmotic_pressure_on_blood_cells_diagram.svg.png  Atvieglotā difūzija Pasīva vielu pārvietošanās koncentrācijas gradientā caur PM ar proteīnu palīdzību, ja vielas nespēj iziet cauri lipīdu dubultslānim (polāras vai par lielu); Nodrošina transmembranālie proteīni: kanāli un nesējproteīni – katrs pārnes tikai vienu vielu, piemēram: glikozi, aminoskābes, jonus (Na+ vai K+ vai Cl- vai citus). Kanāls Nesēproteīns 70 Attēls: https://fthmb.tqn.com/BeL7hi527cI7oAzTpgIqmg9NFNE=/1500x1001/filters:no_upscale()/about/facilitated_diffusion-56cdd5033df78cfb37a3460c.jpg Aktīvais mikromolekulu transports Notiek pretēji koncentrācijas gradientam; Tiek patērēta enerģija (galvenokārt šķeļot ATF vai izmantojot jonu (piem., Na+) koncentrācijas gradientu); Nodrošina transportproteīni, kas transportē tikai noteiktu vielu (vienu vai dažas)! Tiek transportēti, piemēram: Joni (Na+, K+ u.c.); Glikoze; Aminoskābes; u.c. 71  Mikromolekulu transportieru iedalījums atkarībā no transporta virziena Uniports Simports Antiports Vienkāršs Sajūgtais transports transports *Atvieglotā difūzija transportieri vienmēr ir uniporti 72 Attēls: http://cbc.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NOTES/LIPIDS/Fig12_29UniCotransport.GIF  + Na /K+ sūknis Transportē Na+ un K+ jonus caur PM, pretēji koncentrācijas gradientam: 3 Na+ jonus ārā no šūnas; K + 2 K+ jonus uz šūnu; Na+ Patērējot enerģiju, ko iegūst šķeļot ATF. Veido Na+/K+ gradientu! Citoplazma Patērē 1/5 līdz pat 2/3 no Na + K+ šūnas enerģijas (ATF); Īpaši daudz uz neironu, muskuļšūnu PM. J.Snou 1997.g. saņēma Nobēla prēmiju par Na+/K+ sūkņa atklāšanu. 73 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. 74 Na+ un K+ līdzsvars šūnā Intracelulāri ir ļoti maz Na+, bet vairāk K+ à veidojās negatīvs lādiņš; Ekstracelulāti daudz Na+, bet ļoti maz K+ à veidojās pozitīvs lādiņš; Na+ un K+ koncentrācijas gradients ir vitāli svarīgs: 1. Impulsu vadīšanai nervu sistēmā, sirdī un muskuļos; 2. Vielu transportam caur PM (simportieru gadījumā); 3. Ūdens balansa nodrošināšanai šūnā. Galvenais mehānisms, kas uztur Na+ un K+ līdzsvaru šūnā ir Na+/K+ sūknis! 75  A- = anjoni Ekstracelulāri Intracelulāri lādiņš ir pozitīvs lādiņš ir negatīvs Tiek veidots membrānas biopotenciāls. Līdzsvaru izjauc – Na+, K+ kanāli un citi transportieri (piemēram, vadot impulsu neironā); Na+ un K+ līdzsvaru šūnā atjauno Na+/K+ sūknis! 76 Attēls no: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Basis_of_Membrane_Potential2.png/1200px-Basis_of_Membrane_Potential2.png 1) Na+/glikozes Zarnu lūmens Zema simportieris à Zarnu glikozes izmanto Na+ konc. epitēlijšūnas konc. gradienta enerģiju Mikrobārkstiņas glikozes transportam Slēdzošais šūnā, pretēji konc. starpšūnu gradientam. kontakts 2) Glikozes Zarnu uniports, kas ar epitēlijšūnas Augsta atvieglotu difūziju glikozes konc. transportē glikozi no šūnas. 3) Na+/K+ sūknis izvada Na+ no šūnas, atjaunojot Na+ un K+ līdzsvaru šūnā, (tiek Ārpusšūnu Zema patērēta ATF enerģiju). telpa glikozes konc. 77 “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Makromolekulu transports Lielas molekulas nevar izkļūt caur PM pat ar transportproteīnu palīdzību; Vienmēr tiek izmantots daudz enerģijas (aktīvs); Izšķir: 1. Eksocitoze – makromolekulu izvadīšana no šūnas; 2. Endocitoze – makromolekulu uzņemšana šūnās: Fagocitoze – cieto daļiņu endocitoze; Pinocitoze - šķidro vielu endocitoze. 78  Eksocitoze: transporta pūslītis saplūst ar PM. Endocitoze: PM ielocās, veidojot endocitotisko pūslīti. 79 Attēls: https://1.bp.blogspot.com/--Q6BzPm3sjs/VpcsNdz_uXI/AAAAAAAATTI/RkmHGS2sXbU/s1600/cytosis.jpg  Eksocitoze Tiek izvadītas šūnā saražotas molekulas: Proteīni (piem., gremošanas enzīmi no aizkuņģa dziedzera šūnām); Polisaharīdi; Neiromediatori sinapsēs; Hormoni (piem., insulīns). Eksocitoze Transporta pūslītis Šūnā saražotie proteīni Goldži komplekss 80 Attēls no: https://fthmb.tqn.com/9g-uex1lXOsBNK2yHtN09ZWzjZ8=/1500x1001/filters:no_upscale()/about/exocytosis-582df6965f9b58d5b183203f.jpg  Eksocitoze PM Transporta Insulīns tiek pūslītis saplūst eksocitēts ar PM Insulīna sekretoro granulu eksocitoze no β-šūnām Caurstarojošās elektronmikroskopijas attēls Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015., 81 Courtesy of Lelio Orci, from L. Orci, J.-D. Vassalli and A. Perrelet, Sci. Am. 259:85–94, 1988  Endocitoze 1. Fagocitoze – cieto daļiņu uzņemšana, piem.: Proteīnus; Baktērijas – “apēd” leikocīti. 2. Pinocitoze – šķidro vielu endocitoze, piem.: Lipīdus. Lipīdi tiek transportēti asinīs kā lipīdu – proteīnu kompleksi, veidojot zema blīvuma lipoproteīnus (ZBL), kurus šūna uzņem pinocitozes ceļā. 82 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Ar receptoru Fagocitoze Pinocitoze regulēta endocitoze Ar receptoru regulēta endocitoze - endocitoze notiek tikai vielai piesaistoties pie atbilstošā receptora, piem., ZBL uzņemšana šunā notiek saistoties pie ZBL receptoriem. 83 Attēls: http://eng.thesaurus.rusnano.com/upload/iblock/15d/endocidoz_1.jpg  Pinocitoze PM Endocitotiskais pūslītis Lipoproteīnu pinocitoze (ar receptoru-regulēta), Caurstarojošās elektronmikroskopijas attēls Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. 84 Courtesy of M.M. Perry and A.B. Gilbert, J. Cell Sci. 39:257–272, 1979.  Fagocitoze Baktērija PM Leikocīts, kas fagocitē baktēriju Caurstarojošās elektronmikroskopijas attēls Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. 85 Courtesy of Dorothy F. Bainton, Phagocytic Mechanisms in Health and Disease. New York: Intercontinental Medical Book Corporation, 1971.  Medikamentu ietekme uz šūnu transportu Dažādi medikamenti bieži ir mērķēti, lai palielinātu vai samazinātu noteiktu vielu transportu šūnā. Piemēram: Lidokaīns tiek izmantots kā lokāls anestētiķis (noņem sāpju u.c. sajūtas); Na+ kanāls neironos Tas blokē Na+ kanālus Lidokaīns neironos, pārtraucot impulsu pārvadi. 86 Attēls no: http://jgp.rupress.org/content/jgp/136/5/541/F8.large.jpg Šūnu komunikācija 87 Šūnu komunikāciju veidi: 1. Fiziskie kontakti; 2. Sazināšanās ar signālmolekulu palīdzību. 88 Fiziskie kontakti Kontakti ar ko? 1. Fiziskie kontakti starp šūnām; 2. Šūnu kontakti ar ārpusšūnu makromolekulu (piem., kolagēnu) tīklu. 89 Šūnu fizisko kontaktu nozīme 1. Turēties šūnam kopā savā starpā – veido daudzšūnu organismus; 2. Turēties šūnam pie ārpusšūnu matriksa; 3. Sadala mehānisko spiedienu starp vairākām šūnā; 4. Ietekmē šūnu formu, transportu caur PM; 5. Nodrošina leikocītu migrāciju uz iekaisuma perēkli; 6. Nozīme asins recešānas procesos – palīdz trombocītiem piestiprināties pie bojājuma; 7. Šūnu diferencēšanās embrionalajā periodā. 90  Starpšūnu Šūnu kontakti ar fiziskie kontakti ārpusšūnu matriksu Epitēlijaudi Saistaudi Kolagēna šķiedras 91 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Dzīvnieku šūnas vienmēr saņem signālus un komunicē savā starpā Izdzīvot Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Augt un dalīties Diferencēties par citu šūnu Nāve 92 Šūnu signālsistēmu veidi: 1. Endokrīna signalizēšana – darbojās uz attālām šūnām, signālmolekulas (hormoni) tiek pārnesti ar asinīm; 2. Parakrīna signalizēšana – darbojās lokāli, uz blakus esošājām šūnām; 3. Tieša signalizēšana – šūna tieši nodod signālu citai šūnai; Sinaptiska signalizēšana – neironi tieši nodod signālu citai šūnai caur sinapsi; 4. Autokrīna signalizēšana – šūna pati sev nodod signālu (piem., vēža šūna pati sev var dot signālu dalīšanai). 93  Tieša signalizēšana Parakrīna signalizēšana Signālšūna Mērķšūna Signālšūna Mērķšūnas Sinaptiska signalizēšana Endokrīna signalizēšana Endokrīnā šūna Neirons Mērķšūna asinsrite Mērķšūna 94 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. Receptori un ligandi Receptori – šūnas komponenti (proteīni), kas uztver signālu, pārveido to un nodod to tālāk šūnai, izraisot atbildes reakciju; Ligandi – signālmolekulas, kas saistās pie sev atbilstošiem receptoriem. 95 Receptoru lokalizācija: Mazs, hidrofobs ligands 1. Šūnas iekšā (citoplazmā vai Mērķšūna kodolā) - ligands ir maza, hidrofoba molekula (spēj iziet cauri PM, tad saistās ar receptoru); Ligandu piem.: Steroīdie un vairogdziedzera Intracelulārs receptors Kodols hormoni; Daži medikamenti. Virsmas 2. Uz šūnas virsmas (PM) – ja receptors ligands ir liela un/vai hidrofīla molekula un nespēj iziet cauri PM; Ligandu piem.: visi citi hormoni; Hidrofils Mērķšūna medikamenti. ligands 96 Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015.  Hidrofīlais ligands Šūnas virsmas receptors Citoplazma Iekšūnas signālproteīni un Avots: “Molecular biology of the cell”, B. Alberts et al., 6th ed., 2015. signālmolekulas, kas nodod signālu šūnai Proteīni, kas nodrošina šūnas atbildes reakciju Mainīta Izmainīts Izmainīta forma proteīnu 97 metabolisms vai kustības ražošana  Kodols Mainīta Ātra atbilde proteīnu Lēna atbilde