Histologia/Ogólne cechy fizyczne chemiczne tkanek

Tkanki

Zespoły komórek (patrz. Rys. %i 1) pełniących wyspecjalizowane funkcje oraz wytwarzana przez nie istota międzykomórkowa (która może być zarówno płynem, jak w przypadku krwi, lub żelem złożonym z makrocząsteczek istoty podstawowej albo uformowanych struktur, np. włókien) noszą nazwę tkanki. Woda istoty międzykomórkowej wraz z jonami, pierwiastkami oraz związkami drobnocząsteczkowymi, które się w niej znajdują nazywana jest płynem tkankowym — stanowi on rusztowanie dla komórek i mikrośrodowisko, w którym transportowane są substancje odżywcze i produkty metabolizmu.

Ogólna budowa komórki eukariotycznej: 1 — jąderko (odpowiedzialne za syntezę RNA); 2 — błona jądra komórkowego; 3 — rybosom (organelle służące do produkcji białek w ramach translacji); 4 — pęcherzyk; 5 — szorstkie retikulum endoplazmatyczne (funkcja polega na udziale w syntezie białek i lipidów); 6 — aparat Golgiego (służące chemicznym modyfikacjom substancji zużywanych przez komórkę, bądź wydzielanych poza nią); 7 — mikrotubule; 8 — gładkie retikulum endoplazmatyczne (odbywają się w nim procesy metaboliczne lipidów (synteza lipidów) lub sterydów oraz detoksykacja czyli usunięcie z organizmu trujących substancji jak również transport wewnętrzny); 9 — mitochondrium (miejsce, w którym w wyniku procesu oddychania komórkowego powstaje większość adenozynotrifosforanu (ATP) komórki, które jest jej źródłem energii; zaangażowane są również w inne procesy, takie jak sygnalizacja komórkowa, specjalizacja, wzrost i śmierć komórki, czy też kontrola cyklu komórkowego); 10 — wakuole (utrzymanie komórki w stanie napięcia; magazynowanie wody w komórce; magazynowanie substancji, które mogłyby działać szkodliwie np. na cytoplazmę; utrzymywanie niskiego stężenia jonów sodowych w cytozolu; trawienie wewnątrzkomórkowe — wakuole mogą zawierać enzymy hydrolityczne biorące udział w procesie trawienia); 11 — cytoplazma (znajdują się w niej pozostałe plazmatyczne składniki komórki; zachodzi tu większość procesów metabolicznych); 12 — lizosom (bierze udział w procesie trawienia wewnątrzkomórkowego materiału egzogennego oraz endogennego); 13 — centriola (pełnią rolę w organizacji wrzeciona podziałowego i w przebiegu cytokinezy podczas podziałów komórkowych oraz w organizacji szkielektu mikrotubulowego i kształtu komórek). Pełen wykład dotyczący budowy i funkcjonowania komórki znajdziecie tutaj

Skład tkanek

• Wody (70%) — spełnia ona rolę zarówno środowiska, w którym przebiegają różnego rodzaju reakcje chemiczne, choć równie często pełni rolę substratu lub produktu.
• Związków chemicznych (organicznych i nieorganicznych jonów i pierwiastków, które zazwyczaj są rozpuszczalne w wodzie).

Związki chemiczne mogą występować w postaci

• Roztworów, czyli nierozdzielających się przez długi czas mieszanin dwóch lub więcej związków chemicznych (ich skład określa się podając stężenie składników — zwykle jeden ze związków jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną).
• Koloidów, czyli mieszanin niejednorodnych, które tworzą układ dwóch substancji, przy czym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Ze względu na to iż dyspersja substancji rozproszonej jest znaczna, mieszanina wydaje się być substancją jednorodną choć nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząstek. Koloidy nadają lepkość całym tkankom i komórkom. Stopień lepkości uzależniony jest od stosunku koloidów, które są w stanie zolu (układu koloidalnego w postaci cząstek koloidalnych rozproszonych w cieczy lub gazie) i żelu (forma zoli, w których ośrodkiem rozpraszającym jest ciecz, i których cząstki koloidalne są tak blisko siebie, że układ zachowuje stabilność kształtu).

Zachowanie komórki zwierzęcej (erytrocytu) znajdującej się w roztworze hiper-, izo- i hipotonicznym — wpływ presji osmotycznej na krwinkę czerwoną. Komórki organizmów żywych w kontakcie z roztworem hipotonicznym ulegają powiększeniu, natomiast rafiając do roztworu hipertonicznego, komórki kurczą się, podlegając różnego stopnia plazmolizie.

Ciśnienie osmotyczne

Ciśnienie osmotyczne (fizyczna cecha tkanek; różnica ciśnień wywieranych na półprzepuszczalną membranę przez dwie ciecze, które ta membrana rozdziela) wynosi 280 – 320 mosm/l i jest określane jako ciśnienie izotoniczne (gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej). Hipotonicznym nazywa się ciśnienie, które jest niższe od określonego powyżej, natomiast hipertonicznym, gdy jest wyższe (patrz. Rys. %i 2).

Główne kationy nieorganiczne tkanek

• Sód Na⁺ (wewnątrz komórek około 10 mmol, w istocie międzykomórkowej 140 mmol), bierze udział w przewodzeniu impulsów przez neuron — wpływa na ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych, utrzymuje równowagę płynów ciała.
• Potas K⁺ (wewnątrz komórek około 140 mmol, w istocie międzykomórkowej 10 mmol), bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych — podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych — aktywator wielu enzymów, odpowiada za skurcz mięśni.

U podstaw przewodnictwa i przewodzenia komórkowego leży zmiana przewodnictwa błony komórkowej prowadząca do przenikania Na⁺ do wnętrza komórki.

Główne aniony nieorganiczne komórek

• SO₄^2- — dwuujemny anion o wzorze empirycznym SO₄²⁻ i masie cząsteczkowej 96,06 u, który składa się z jednego centralnego atomu siarki otoczonego przez cztery atomy tlenu, ma kształt czworościanu. Jon siarczanowy jest resztą kwasową kwasu siarkowego H₂SO₄.
• HPO₄^2- — jon wodorofosforanowy.
• HCO₃^- — anion wodorowęglanowy.
• Niektóre białka.
• Anion chlorkowy Cl^- (główny anion w istocie międzykomórkowej)

Porównanie RNA i DNA. W odróżnieniu od DNA, cząsteczki komórkowego RNA są zwykle jednoniciowe, jednak wiele z nich zawiera krótkie sekwencje komplementarne do innych odcinków tej samej cząsteczki. Takie komplementarne sekwencje mogą tworzyć wiązania wodorowe, kiedy zbliżą się do siebie. Zamiast tyminy (t) RNA zawiera uracyl (u). Ponadto, cukier zawarty w RNA to ryboza, a nie deoksyryboza (ryboza zawiera grupę –OH w miejscu atomu wodoru deoksyrybozy)

Szczegółowy skład tkanek

Wiązanie peptydowe)

Trójgliceryd

Cholesterol

• Glikoproteiny — większość białek integralnych błon biologicznych. Na zewnątrz komórek zwierzęcych występuje warstwa glikoprotein, białek i związanych z nim węglowodanów. Warstwa ta jest nośnikiem właściwości antygenowych komórki, decyduje także o jej ujemnym ładunku elektrostatycznym, co ma duże znaczenie w transporcie różnych substancji do wnętrza komórki. Tworzą większość receptorów powierzchni komórek, które komunikują się z otoczeniem odbierając sygnały zewnętrzne.
• Białka — w zakresie 40-60% suchej masy komórki występują białka (funkcja budulcowa, regulacyjna, katalityczna, transportowa i in.) zbudowane z aminokwasów. Aminokwasy budują także związki mniejsze niż białka czyli — peptydy i polipeptydy, które pełnią różne funkcje (między innymi są hormonami). Białka wytwarzane są jako peptydy (związki organiczne powstające przez połączenie cząsteczek aminokwasów wiązaniem peptydowym, patrz. Rys. %i 3) o określonej sekwencji aminokwasów (Przypomnij sobie wiadomości dotyczące aminokwasów z wykładu Podstawy chemii i Biochemii). Poza glicyną (najprostszym spośród 20 standardowych aminokwasów wchodzących w skład białek; stanowi średnio około 7,2% reszt aminokwasowych występujących w białkach, poza kolagenem, w którym stanowi 30% wszystkich budujących go aminokwasów) w skład białek wchodzą L-aminokwasy (izomeryczna forma aminokwasów, skręcająca płaszczyznę światła spolaryzowanego L). W niektórych białkach do aminokwasów dołączone są inne związki, co nadaje im specyficzne właściwości (np. hemoglobina — składnik czerwonych krwinek — białko zawierające barwnik — hem). W przeważającej części liczba reszt aminokwasowych w pojedynczym łańcuchu polipeptydowym jest większa niż 100 (cała cząsteczka może być zbudowana z wielu łańcuchów). W skład białek wchodzą głównie: węgiel (C), tlen (O), wodór (H), azot (N), siarka (S), fosfor (P) a także kationy metali Mn²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Co²⁺ (i inne). Skład białek nie pokrywa się ze składem aminokwasów, ponieważ większość białek ma dołączone do reszt aminokwasowych różne inne cząsteczki (np. cukry) — są to tzw. białka złożone lub proteidy. Ważne: przypomnij sobie wiadomości o rzędach struktur białka z wykładu Podstawy chemii i Biochemii.
• Węglowodany — w tkankach w postaci cukrów prostych (np. glukoza — podczas oddychania komórkowego ulega rozpadowi na dwutlenek węgla i wodę, rywają się wiązania między cząsteczkami glukozy, co powoduje uwalnianie się zmagazynowanej w nich energii, która zostaje zużyta w energochłonnych procesach życiowych; także ryboza i deoksyryboza — wchodzące w skład kwasów nukleinowych), wielocukrów, glikoprotein, kompleksów wielocukrów, białek i glikolipidów (połączenia węglowodanów z tłuszczami; obecne na powierzchni komórek zwierzęcych, uczestniczą w oddziaływaniach międzykomórkowych). Węglowodany są paliwem komórkowym, spełniają funkcje energetyczne, są źródłem energii, magazynują energię, są materiałem zapasowym, są elementem budulcowym, wchodzą w skład innych związków, takich jak kwasy nukleinowe czy glikoproteiny .
• DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) — wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny należący do kwasów nukleinowych występujący w chromosomach; zawarty jest w nim zestaw informacji genetycznych komórki (genotyp), który odpowiada za zespół cech strukturalnych i czynnościowych komórek i tkanek (fenotyp). Informacje genetyczne znajdują się w genach (około miliona w każdej komórce), w tym RNA (patrz. Rys. %i 3).
• RNA (kwasy rybonukleinowe) — występuje głównie w rybosomach, w jądrze komórkowym, na szorstkim retikulum endoplazmatycznym i w cytoplazmie (jest go 5-10 razy więcej niż DNA). RNA przepisywane jest z DNA i bierze udział w biosyntezie białek, transkrypcji (przepisywaniu) i translacji (tłumaczeniu) języka sekwencji nukleotydów DNA na język sekwencji aminokwasów białka (patrz. Rys. %i 3).
• Lipidy — w tym tłuszcze (trójglicerydy, wraz z wolnymi kwasami tłuszczowymi są jednym z głównych materiałów energetycznych zużywanym na bieżące potrzeby organizmu lub są też magazynowane jako materiał zapasowy w postaci tkanki tłuszczowej, patrz. Rys. %i 5), cholesterol (substrat do syntezy wielu hormonów, patrz. Rys.%i 6) oraz glikolipidy (wchodzące w skład błon komórkowych, wytwarzające warstwy izolacyjne w wielu nabłonkach). Ważne: podwyższony poziom triglicerydów ma większy wpływ na podniesienie ryzyka zawału serca lub udaru mózgu niż podwyższony poziom cholesterolu. Przypomnij sobie wiadomości o tłuszczach z wykładu Podstawy chemii i Biochemii.

Poniższy film jest animacją różnic w budowie DNA i RNA

<videoflash>7oaoOUpMswc</videoflash> Komórki mogą wytwarzać lub zawierać także związki innych grup pełniące różnorodne funkcje. Mogą to być witaminy, barwniki, alkaloidy, itp. Najważniejszymi pierwiastkami budującymi związki chemiczne, które wchodzą w skład komórek/tkanek są: tlen (w cząsteczkach wody, 65% masy człowieka), węgiel (rusztowaniem w związkach organicznych, stanowi 18% masy człowieka), wodór (10% masy człowieka), azot (3% masy człowieka) — pierwiastki te tworzą cukry, tłuszcze i białka — podstawowe budulce wszystkich żywych organizmów.

Inne pierwiastki wchodzące w skład organizmu,

których masa u człowieka nie przekracza 2% masy całkowitej oraz ważniejsze skutki przy niedoborze (tabela pochodzi z polskiej wikipedii:

Nazwa pierwiastka	Znaczenie u zwierząt	Ważniejsze skutki przy niedoborze
Tlen, O	Pierwiastki te tworzą cukry, tłuszcze i białka — podstawowe budulce wszystkich żywych organizmów.	Śmierć organizmu (z głodu, odwodnienia lub uduszenia).
Węgiel, C
Wodór, H
Azot, N
Wapń, Ca	Budulec kości i zębów, bierze udział w procesie krzepnięcia krwi (tzw. IV czynnik), przewodnictwo impulsów nerwowych.	Niedostateczna mineralizacja kośćca, próchnica zębów, krzywica (u dzieci), osteoporoza (u dorosłych), zaburzenia krzepnięcia krwi, zaburzenia pracy serca i mięśni szkieletowych, skurcze mięśni, mrowienia i drętwienia kończyn.
Fosfor, P	Jest składnikiem kości; DNA i RNA oraz przenośnikiem energii ATP.	Zaburzenia wzrostu, brak apetytu, utrata masy ciała, nerwowość.
Chlor, Cl	Wraz z jonami sodu i potasu odpowiedzialny jest za równowagę wodno-mineralną. Tworzy kwas solny w żołądku. Prawidłowe rozmieszczenie płynów w organizmie.	Gwałtowne wymioty, obrzęk komórek, osłabienie fizyczne i psychiczne, zmniejszenie łaknienia.
Magnez, Mg	Głównie regulacyjna (przewodnictwo nerwowe i in.)	Wzmożona aktywność układu nerwowo-mięśniowego (drżenia mięśniowe, kurcze, fascykulacje, drętwienie, drgawki), rzadziej: osłabienie mięśni, zaburzenia rytmu serca, apatia, biegunka, mdłości, ubytki w zębach, dolegliwości kostne, uczucie mrowienia w kończynach, nerwowość, niepokój, stan zagubienia, stan depresja.
Żelazo, Fe	Składnik hemoglobiny i mioglobiny.	Anemia, zmiany w śluzówce.
Fluor, F	Tworzy szkliwo zębów, występuje w kośćcu.	Większa podatność na próchnicę zębów.
Jod, I	Niezbędny do wytwarzania tyroksyny, odpowiada za prawidłowe działanie tarczycy.	Wole tarczycy. U dzieci matołectwo, spadek wydajności fizycznej, znużenie, brak energii życiowej, powolności w myśleniu, uczucie zagubienia, drżenie kończyn, kołatanie serca, suchość i łamliwość włosów, marznięcie.
Sód, Na	Uczestniczy w utrzymaniu ciśnienia osmotycznego płynów ustrojowych. Bierze udział w przewodzeniu impulsów przez neurony.	Utrata pobudliwości komórek i zanik różnicy potencjałów.
Siarka, S	Składnik niektórych aminokwasów i białek.
Potas, K	Bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych. Podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych.
Selen, Se	Wchodzi w skład selenocysteiny i peroksydazy glutationowej.
Rubid, Rb	Może zastępować ubytki wapnia w kościach.
Stront, Sr	Może zastępować wapń w kościach.
Chrom, Cr	Wpływa na produkcję insuliny, składnik czynnika tolerancji glukozy, obniża poziom cholesterolu we krwi.	Napady nudności, bóle głowy,stany lękowe, silny pociąg do słodyczy i alkoholu, ryzyko cukrzycy i choroby niedokrwiennej serca.
Mangan, Mn	Wpływa na wzrost kości. Składnik arginazy, enzymu uczestniczącego w przemianach aminokwasów.
Kobalt, Co	Składnik witaminy B12.	Zaburzenia procesu krzepnięcia krwi.
Miedź, Cu	Wchodzi w skład enzymów oddechowych. Ma wpływ na metabolizm żelaza w organizmie.
Cynk, Zn	Odgrywa ważną rolę w procesie gojenia ran.	Zaburzenia erekcji.
Molibden, Mo

Pytania do wykładu

1. Wymień i omów główne funkcje składników komórki eukariotycznej.
2. Czym jest ciśnienie: izotoniczne, hipotoniczne i hipertoniczne?
3. Jakie są główne kationy i aniony nieorganiczne występujące w tkankach?
4. Omów funkcję i budowę białek wchodzących w skład tkanek.
5. Czym są i jaką rolę w tkankach pełnią węglowodany?
6. Wymień i omów funkcje dwóch kwasów nukleinowych wchodzących w skład tkanki.
7. Jakie są trzy główne różnice w budowie RNA i DNA?
8. Jakie rodzaje lipidów występują w tkankach?
9. Wymień 4 najważniejsze pierwiastki budujące związki chemiczne, które wchodzą w skład komórek/tkanek.
10. Wymień pierwiastki wchodzące w skład organizmu oraz najważniejsze skutki dla organizmu przy ich niedoborze?