1

2

A sejt és a genom szerveződése és működése

Szerkesztette Vizkievicz András

Nem sejtes szerveződésű rendszerek A vírusok

A vírusok felépítése

A vírusok fertőzőképes, kórokozó sejtparaziták, makromolekuláris rendszerek, melyek nem érik el a sejtes szerveződés szintjét, nem tekinthetők élőlényeknek, az élő és az élettelen világ határán állnak.

Méret

Nanométeres nagyságrendűek, 20 - néhány száz nm (1nm = 10-9 m), csak elektronmikroszkóppal láthatók néhány 10 000 x-es nagyítás mellett.

Szerkezet

Nem érik el a sejtes szerveződési szintet, csupán kétféle anyagból állnak.

A vírus belső részében található az örökítőanyag, amely lehet DNS vagy RNS. Az örökítőanyag feladata a vírus felépítésére vonatkozó információ tárolása.

Perifériásan egy fehérjeburok található, melyet toknak nevezünk. Feladata az örökítőanyag védelme, ill. lehetővé teszi a megtapadást a gazdasejten.

A fehérjeburok felépítése alapján a vírusok 4 csoportba sorolhatók.

1. Helikális (spirális), ahol az örökítőanyaghoz csavarvonal mentén kapcsolódnak a fehérje alegységek, pl. a himlő vírusa, dohánymozaik vírus.

2. Kubikális (köbös), ahol a fehérjeburok szabályos kristályszerkezetű ikozaéder (20 egyenlő oldalú háromszög által határolt idom), pl. a bárányhimlő, a gyermekbénulás vírusa.

3. Kombinált (binális), amelynek van helikális és kubikális része, pl. a bakteriofágok és egyes rákkeltő RNS vírusok.

4. Burkos vírusok, ahol a vírust a gazdasejt sejthártyájából származó hártya burkolja be, pl. az AIDS vírusa a HIV, influenza vírus.

3

A vírusok „életmódja”

A vírusok nem tekinthetőek sem élőnek, sem élettelennek, az élő és az élettelen rendszerek határán állnak.

A vírusnak két megjelenési formája ismert:

1. virion a sejten kívüli fázis, amely élettelen, kristályos szerkezetű. 2. A sejten belüli vegetatív fázis, amely a működő, szaporodó vírus.

A vírusok önmagukban semmilyen életjelenséget nem mutatnak, nincs anyagcseréjük. A vírusok kizárólag azáltal képesek szaporodni, hogy megtámadnak valamilyen sejtet, behatolnak, átszervezik a sejt működését, arra kényszerítik, hogy a saját anyagait felhasználva, a bejutott vírushoz hasonló vírusokat hozzon létre. A folyamat a sejt pusztulásához vezet. Ez a jelenség a parazitizmus vagy élősködés.

A vírus által megtámadott sejtet gazdasejtnek nevezzük. A gazdasejt típusától függően beszélünk:

emberi: influenza, kanyaró, fertőző májgyulladás, agyvelőgyulladás, rubeola, állati: sertés és baromfi pestis, száj és körömfájás, veszettség, növényi vírusokról, bakteriofágokról.

A vírusok többsége gazdaspecifikus, azaz kizárólag a rá jellemző gazdaszervezetben képes szaporodni. Kivételek is ismeretek, ilyen pl. a veszettség, száj és körömfájás, tehénhimlő, stb. vírusa.

A vírus tehát

nem élő, mert a gazdasejt nélkül nem képes szaporodni, nincs önálló anyagcseréje. De nem is élettelen, mivel a gazdasejtbe jutva, annak anyagait felhasználva

szaporodni képes, megváltoztatja a gazdasejt működését.

Virulenciával egy konkrét kórokozó számszerűen megadható megbetegítő képességét adják meg. A kórokozó virulenciáját annak alapján ítélik meg,

hogy hányan betegedtek meg, milyen súlyosságúak voltak a megbetegedések, illetve a fertőzöttek hány százaléka hal meg a fertőzés következtében.

Fertőzésről (infekció) akkor beszélünk, ha a kórokozó behatol a szervezetbe és ott megtelepedve elszaporodik.

Járványról (epidémia) akkor beszélünk, ha ugyanazon betegség sokszoros, egyidejű fellépését tapasztaljuk, bizonyos terület lakói között. (Lásd még prokarióták jegyzet.)

A betegség lehet

akut vagy heveny, ha 6 héten belül véget ér, ill. idült vagy krónikus, ha 6 hétnél tovább tart.

A vírusbetegség jellegzetes tünete a magas láz. A vírusok legjobban 35-36 Celsius fokon szaporodnak, így a láz nem kedvez a szaporodásnak.

4

A fertőzés lefolyása

A virion a közeg áramlásával jut el a gazdasejthez, mivel önálló mozgásra képtelen. A virion megtapad a gazdasejt felületén. A megtapadás specifikus víruskötő

helyeken (receptorokon) történik. A receptorok mindig az adott sejttípusra jellemzőek, így ezért gazdaspecifikusak a vírusok.

Bakteriofágok esetén a megtapadás fehérjefonalakkal történik, majd a talpon található enzim (lizozim) kilyukasztja a sejtfalat. A lyukon keresztül a DNS a sejtbe injektálódik, a burok kívül marad.

A sejten belül a vírusok kétféleképpen viselkedhetnek:

1. A vírus DNS beépül a gazdasejt DNS-ébe. Ilyenek pl. az RNS tumorvírusok, herpesz vírusok, a HPV, HIV. A beépülés után a vírus sokáig észrevétlen maradhat, majd még nem tisztázott okok miatt – pl. immunrendszer legyengülése - aktívvá válhat.

2. A bejutás után azonnal megkezdődik az új vírusok képzése. A sejt elpusztul, szétszakad.

Video

https://drive.google.com/file/d/1zz-1oR_N92YwaTJPztqU1wzJheSAMwdV/view?usp=sharing

A vírus betegségekről

A tudomány jelenleg olyan vírusellenes gyógyszert nem ismer, amely megfertőződés esetén a vírusokat maradéktalanul megsemmisíti. Ugyanakkor pl. a hepatitis-C és a HIV ellen ismertek már olyan hatóanyagok, melyeknek köszönhetően a vírus gyakorlatilag eltűnik a testnedvekből, miáltal ún. tartós vírusmentesség érhető el.

Egyrészt a virion nem élő szervezet, ezért elpusztítani nem lehet, másfelől a vírus vegetatív formája a gazdasejten belül van, így csak a sejttel együtt lehetne megsemmisíteni, azonban a gyógyszerek nem tudják a fertőzött sejteket megkülönböztetni az egészségesektől.

A vírusbetegségekkel szembeni védekezés leghatékonyabb módja a megelőzés. Ez többek között immunizálással lehetséges.

Az immunizálás lehet

mesterséges, különféle védőoltásokkal, ill., történhet természetes módon,

5

továbbá lehet

aktív vagy passzív, attól függően, hogy az immunizálandó

szervezet immunrendszere részt vesz-e a folyamatban vagy sem.

Mesterséges aktív immunizáláskor a kórokozó egy ártalmatlan, de ugyanakkor jellemző darabját juttatjuk be a szervezetbe oltóanyag formájában (ún. legyengített kórokozót), ezt az immunrendszer megjegyzi, kialakítja ellene a megfelelő immunválaszt, pl. ellenanyagot termel vele szemben, és amikor legközelebb a patogén megjelenik a testben, gyorsan lezajlik a kórokozót megsemmisítő immunfolyamat a kialakult immunmemóriának köszönhetően. Ezt a védőoltást gyakran kísérheti enyhe betegségtünet, láz, ami az immunrendszer működésének köszönhető. Ilyen pl. az influenza, hepatitis elleni oltás.

Természetes aktív immunizáláson esünk át, mikor természetes úton megfertőződünk, majd az immunrendszerünk leküzdi a betegséget és kialakul az immunmemória, ilyen pl. a bárányhimlő ellen gyerekkorban megszerzett védettség.

Passzív mesterséges immunizálásról akkor beszélünk, ha más állatból kivont ellenanyagot juttatunk a szervezetbe, ilyen pl. tetanus baktériumok elleni oltás, vérzéssel járó mélyebb sebek keletkezésekor. Ebben az esetben, mivel a saját immunrendszerünk nem játszik szerepet a védettség kialakításában (azaz passzív), nem alakul ki immunmemória, aminek következtében a hatás csupán néhány hétre korlátozódik, amig a beadott ellenanyagok a vérben le nem bomlanak.

Passzív természetes immunizálás folyamata során, természetes úton ellenanyag jut be a szervezetbe, pl. az anyatejjel csecsemőkorban, ill. méhlepényen keresztül a magzati korban.

Az első mesterséges aktív immunizálás Edward Jenner (1749-1823) angol sebész nevéhez fűződik, ő a himlőoltás feltalálója.

Ismert volt, hogy a tehénhimlővel megfertőződött és a betegségen átesett tehenészlányok nem betegedtek meg a fekete himlővel. Ez felkeltette Jenner érdeklődését.

Egy 5 éves kisfiúnak adott be egy tehénhimlős lány kezén lévő hólyagból származó váladékot, azaz tehénhimlő legyengített kórokozójával fertőzte meg a fiút, aki viszont sikeresen átesett a betegségen. És később fekete himlővel megfertőzve, nem lett beteg.

Jenner annyira hit a sikerében, hogy 11 hónapos fián is kipróbálta. A tehén latin neve vacca, innen ered a vakcinázás elnevezés. A kifejezést Louis Pasteur használta először Jenner munkássága iránti tiszteletből.

6

Fontosabb emberi vírusos betegségek, mint pl. influenza (pl. H1N1), AIDS, HPV tünetei, ill. veszélyei

Influenza

Az influenzát magas láz, orrfolyás, köhögés, fejfájás, rossz közérzet, az orr és a légutak nyálkahártyájának duzzanata, végtagfájdalom jellemezi. Az influenzavírusok az egyéb légúti fertőzések kórokozóihoz hasonlóan a köhögéskor, tüsszögéskor és beszéd közben keletkező légúti váladékcseppecskék révén, cseppfertőzéssel terjednek, elsősorban a tüdő hámsejtjeit támadják meg. A megbetegedés elsősorban a légzőrendszert és a keringési rendszert érinti. Szövődményei lehetnek: tüdőgyulladás, szívizomgyulladás, agyvelőgyulladás. A beteg leggyakrabban magától meggyógyul; javasolt az ágynyugalom, valamint a megfelelő folyadékpótlás.

A kórokozó a burkos vírusok közé tartozik, ismert A, B és C típusa is. A burokban különféle H és N jelű molekulák találhatók, amelyek alapján a vírusok tovább csoportosíthatók, pl. H1N1. s ez az alapja. Minden évben újra és újra kialakulnak az influenzajárványok, mivel a felszíni molekulák szerkezete gyakran megváltozik, s így az immunrendszer nem ismeri fel a korábban már leküzdött kórokozót.

A vírus állatok közvetítésével nagyobb genetikai változáson is átesik időnként, ami az ember immunrendszerét felkészületlenül érheti, ezért világméretű, igen súlyos járványok alakulhatnak ki, mint pl. 1918-ban a spanyolnátha (egyesek szerint madárinfluenza).

http://mult-kor.hu/20140430_megfejtettek_a_spanyolnatha_rejtelyet

HPV (Human Papilloma Vírus)

A HPV szexuális úton terjedő kórokozó, mely rendellenes sejtburjánzás következtében kialakuló szemölcsöket okozhat a szervezet külső hámfelületein, a bőrön, a nemi szerveken és a végbélnyílás körül. Rendkívül elterjedt kórokozó, a népesség mintegy fele élete során átesik HPV fertőzésen, de nagy részük a fertőzést leküzdi, így nem alakul ki benne semmilyen tünet. A HPV kórokozók eddig több mint 130 ismert típusát azonosították, melyeket daganatkeltő képességük alapján különböző kockázatú csoportokra osztották. A magas kockázatú vírusok olyan daganatos betegségek kialakulásában játszhatnak közre, mint a méhnyakrák, a hímvessző, a hüvely rákja, bizonyos szájüregi rákok, valamint a végbél laphámrákja. A HPV vírusok genetikai anyagukat beépítik a gazdaszervezet örökítő anyagába.

AIDS

Acquired Immuno Deficiency Syndrome (Szerzett Immunhiányos Tünetegyüttes)

7

Az AIDS betegség vírusa a HIV, amely az immunrendszer sejtjeit támadja meg és pusztítja el, aminek következtében néhány év alatt a szervezet teljesen kiszolgáltatottá válik a különféle fertőző megbetegedéseknek. Igen súlyos betegség, kezelés nélkül halállal végződik.

A betegség 1980-as években, az USA-ban fiatal homoszexuális férfiak körében jelent meg. Később fertőzött vérkészítményekkel, közös injekciós tű használattal, prostitúcióval terjedt tovább. Mára világméretű járvánnyá vált, jelenleg kb. 37 millió vírusfertőzött ismert.

A vírus valószínűleg majmokból – SIV- került át az emberbe Afrikában.

A HIV szerkezete

Retrovírus, azaz RNS az örökítőanyag, amely a sejtekben először DNS-é másolódik. Tok (kapszid). Peplon: kettős membrán.

A vírusfertőzés folyamata

1. Vírus megtapad, majd bejut a gazdasejtbe (receptorok!).

2. A vírus RNS egyszálú, majd kétszálú DNS-é íródik át. Ez a DNS beépül a gazdasejt DNS-ébe.

3. A gazdasejt elkezdi a beépült DNS alapján a vírus alkotórészeit „legyártani”.

4. A kész vírusok kiszabadulnak a sejtből (több százezres nagyságrendben). A gazdasejt általában elpusztul.

Video

https://drive.google.com/file/d/1V7xtd6MtVYo0ZI3TSRUC4oU_v3NoXyzu/view?usp=sharing

A fertőzés terjedése

Védekezés nélküli szexuális úton. Fertőzött vérrel vagy vérkészítménnyel. Anyáról gyermekre (méhen belüli fertőzés, szülés és

szoptatás során). Injekciós intravénás kábítószer által. Nem megfelelően sterilizált orvosi eszközök révén.

8

Nem terjed…

kézfogással, puszival, rovarcsípéssel, közös WC használattal, együtt fürdéssel, stb.

A tünetek

HIV-fertőzés lefolyása 3 szakaszra osztható.

1. Kezdeti fertőzés, 2. tünetmentes szakasz, 3. súlyos immunelégtelenség (=AIDS!).

3-6 héttel a fertőzés után influenzára emlékeztető tünetek jelentkezhetnek, esetleg

nyirokcsomó megnagyobbodás tapasztalható. A vírus elleni antitestek a fertőzés után 1 hét - 3 hónap múlva mutathatók ki. A fertőzés után akár évekig tartó lappangási szakasz következhet (1-15 év), ekkor

már HIV pozitivitásról beszélünk, a vírus a szervezetből nem ürül ki. Amikor az immunsejtek száma egy bizonyos érték alá csökken, kialakul az AIDS

betegség.

Ez hajlamot jelent ún. opportunista fertőzéses betegségekre, azaz minden olyan kórokozó, ami a normál immunitású emberekre veszélytelen, az AIDS betegeknél súlyos, akár életveszélyes állapotot is elő tud idézni, pl. tüdőgyulladás, hasmenés, gombásodás, TBC, hepatitis-B, hepatitis-C stb., egyes daganatos megbetegedések kockázata sokszorosára növekszik, mint pl. a Kaposi-szarkómáé.

http://www.termeszetvilaga.hu/tv99/tv9905/aids.html

Veszettség

A veszettség vírus okozta fertőzéses betegség, a vírus veszett állatok testváladékaival, főként nyálával terjed. A vírus a fertőzött személy központi idegrendszerébe jutva, gyakorlatilag minden esetben halálos kimenetelű agyvelőgyulladást okoz. A lappangási idő 10 naptól 7 évig (!) terjedhet, de leggyakrabban 3-7 hét, attól függően, hogy mennyire volt erős a fertőzés, és a marás mennyire közel történt az agyhoz.

A betegségre jellemző tünetek: néhány napos bevezető panaszok, hőemelkedés, fejfájás, hangulatváltozás után jellemző heveny dühöngő szak tünetei 3-10 napig tartanak (mint szorongás, hallucinációk, dührohamokba átcsapó nyugtalanság, búskomorság). Vizsgálatkor merev tarkó, szapora pulzus, magas láz is észlelhető. Ha pedig a beteg vizet iszik, sőt, annak látványa is súlyos görcsöt vált ki a száj, garat, gége izomzatában, emiatt a nyálát sem tudja lenyelni, kifolyik a szájából. Innét származik a betegség egyik elnevezése, a víziszony (hidrofóbia). A legkisebb inger, pl. hang vagy fény, súlyos görcsöket vált ki. Idegbénulások olyan gyorsan kialakulhatnak, hogy a tiszta hidrofóbia szakasz el is maradhat. A beteg képtelen a száját zárva tartani, erősen nyálazik, hadonászó kezével szétkeni azt, beszennyezi környezetét. Néhány nap alatt az állapot tovább romlik, súlyos légzési, keringési zavar alakul ki, bénulás, kóma lép fel, majd meghal a beteg.

9

Néhány példa súlyos járványokat okozó vírusokra (olvasmány)

Forrás: Rubicon, Webbeteg, Házipatika

Ebola-vírus

Az Ebola-vírus vérrel, egyéb testnedvekkel, illetve a fertőzött ember vagy állat szöveteivel terjed. A szudáni Ebola-vírus esetében a halálozási arány akár 71%-os is lehet. Az egyik legvirulensebb emberi kórokozó.

A betegség eleinte klasszikus vírusfertőzés tüneteivel jelentkezik pl. láz, izomfájdalmak, majd kialakulnak a vérzéses lázra jellemző tünetek, mint a hasmenés, hányás, fokozott vérzékenység, belső vérzések, végül többszervi elégtelenség és keringési sokk alakul ki.

Influenza

A WHO szerint egy tipikus influenzaszezon során akár 500 000 beteg is meghalhat világszerte a betegség következtében. Időnként azonban, amikor egy új influenzatörzs jelenik meg, akkor a betegség gyorsabban terjedhet és gyakran magasabb halálozási rátát eredményez. A leghalálosabb influenza pandémia, amit időnként spanyolnáthaként is emlegetnek, 1918-ban kezdődött, a világ 40%-át betegítette meg és becslések szerint 50 millió ember halálát okozta.

Spanyolnátha

A napjainkban spanyolnátha néven ismert betegség az influenza A típusának egyik legelső példánya volt. A spanyolnátha a villámgyors terjedés mellett azzal fokozta az emberek rettegését, hogy lefolyása is rendkívül gyors volt, és látszólag teljesen kiszámíthatatlanul választotta ki áldozatait, hiszen az elhunytak jelentős része a 25-40 év közötti egészséges férfiak közül került ki. Ezt a kutatók azzal magyarázták, hogy a rossz közérzettel, magas lázzal, fejfájással és végtagfájdalommal jelentkező spanyolnáthát az erős immunrendszer rendszerint túlreagálta, és a védekezés során az egészséges tüdőszöveteket is elpusztította. A vírus természetesen a gyermekek, idősek és súlyos betegek körében is rengeteg áldozatot követelt, ők rendszerint tüdőgyulladásban haltak meg.

Az első dokumentált esetet az Egyesült Államokban, Kansasban találjuk. Miután a járvány kitörésekor még javában dúlt az első világháború, ahol az Egyesült Államok is hadviselő fél volt, az Atlanti-óceánon átküldött hadtestekkel a vírus gyorsan eljutott Európába is. A betegséget azért neveztek el "spanyolnáthának", mert - az ország semlegessége okán - itt beszéltek először nyíltan a villámgyorsan terjedő vírusról.

Az 1918 augusztusában kitörő járvány a világtörténelem legpusztítóbb járványának bizonyult, ugyanis feltételezések szerint az emberiség 20%-át megfertőzte, a halálos áldozatok számát pedig 20 és 100 millió fő között becsülték meg. A spanyolnátha gyakorlatilag a bolygó egyetlen szegletét sem kerülte el: a legsűrűbben lakott kontinensek mellett a vírus Ausztrália földjén és a Csendes-óceán szigetvilágában, így például Új-Zélandon is felbukkant - az itteni katonák között például nagyobb veszteséget okozott, mint a világháború -, de nem kegyelmezett a sarkvidék környékén élő eszkimóknak sem.

Látszólag logikus feltételezés, hogy a spanyolnátha a világháború miatti nélkülözések következményeként pusztított, valójában azonban a gyilkos kór azután is hosszú ideig dühöngött, hogy 1918 novemberében a harcoló felek fegyverszünetet kötöttek egymással. Egy évvel az első megbetegedések után, több tízmillió ember elpusztítása után a gyilkos kór látszólag lenyugodott, és bár a későbbi esztendőkben még többször visszatért - 1922-ben például a Madeirára internált IV. Károly magyar király (ur. 1916-1918) életét is kioltotta -, idővel "belesimult" a hagyományos influenzajárványokba.

10

A 2020. évben azonosított új koronavírus (SARS-CoV-2) okozta fertőzések (COVID-19) (Olvasmány) Forrás: koronavirus.gov.hu

A koronavírusok alapvetően állatok körében fordulnak elő, ugyanakkor egyes koronavírus törzsekről ismert, hogy képesek az emberben is fertőzést okozni. A koronavírusok mind állatról emberre, mind emberről emberre terjedhetnek. A mostani járványt okozó új koronavírus 2019 végén került azonosításra Kínában. Az új koronavírus elnevezése „súlyos akut légúti tünetegyüttest okozó koronavírus 2” (SARS-CoV-2), az általa okozott megbetegedés pedig a „koronavírus-betegség 2019” (Coronavirus Disease 2019), melynek rövidített elnevezése a COVID-19. Ez a vírustörzs a kínai Vuhanban a 2019 decemberében kitört járvány előtt ismeretlen volt.

A koronavírusok lipid burokkal rendelkező, egyszálú RNS vírusok. A koronavírus fertőzések okozta megbetegedések változó súlyosságúak lehetnek: a hétköznapi náthától a súlyosabb, halálos kimenetelű légúti megbetegedésekig.

Terjedés módja: az emberről-emberre történő terjedés jellemzően cseppfertőzéssel és a fertőzött váladékokkal történő direkt vagy indirekt kontaktussal történik.

Lappangási idő: a jelenlegi adatok szerint általában 5-6 nap (2-14 nap).

Fertőzőképesség tartama: az eddigi adatok alapján a fertőzőképesség a tünetek meglétekor a legnagyobb, de jelenlegi ismereteink szerint fertőzőképesség előfordulhat a megbetegedés kezdete előtt is. A fertőzőképesség valószínűleg a tünetek súlyosságával arányos.

Jelenlegi ismereteink szerint az új koronavírussal történő fertőződés esetén a légúti mintákból a tünetek megjelenését megelőző 1-2 napban már kimutatható a vírus. Közepes súlyosságú megbetegedés esetében 7-12 napig, súlyos megbetegedés esetén akár 2 hétig is kimutatható a vírus a légúti mintákban, a fertőzőképesség feltehetően ugyanebben az időszakban áll fenn.

Az új koronavírussal történő fertőződés esetén a legtöbb emberben kialakul a megbetegedés. Ritkák az olyan esetek, ahol tünetmentesen zajlik le a fertőzés (becsülten 1-3%).

A WHO adatai szerint a megbetegedés jellemzően lázzal (a betegek 88%-ánál), száraz köhögéssel (68%), fáradékonysággal (38%) jár. Előfordul nehézlégzés (19%), torokfájás (14%), fejfájás (14%), izom- vagy ízületi fájdalom (15%), hidegrázás (11%). Ritkább tünet a hányás (5%), hasmenés (4%).

A betegség leggyakrabban (kb. 80%-ban) enyhe vagy közepesen súlyos formában zajlik, ekkor a klinikai kép az enyhe légúti fertőzéstől a nem súlyos tüdőgyulladásig terjedhet.

A halálozás 2-3% között változik, amelyet jelentősen befolyásol a vírus terjedésének intenzitása, illetve az érintett terület jellemzői (pl. demográfiai mutatók, egészségügyi ellátáshoz való hozzáférés), általában legmagasabb az idősek körében.

A betegség súlyos formája leginkább a 60 évnél idősebbeket és a krónikus alapbetegségben (pl. magas vérnyomás, cukorbetegség, szív- és érrendszeri, krónikus légúti megbetegedés, malignus megbetegedés) szenvedőket érinti.

A megelőzés lehetősége, hogy a szervezet ellenállóképességét, az immunrendszert különböző vitaminok szedésével, ill. megfelelő életmóddal megerősítjük. Vírusellenes vitamin nincsen, de pl. a C és D vitamin esetében az általános kondicionáló szerepük fontos lehet. Ezért fontos a megfelelő mennyiségű vitamin és nyomelem bevitele, amelyet a kora tavaszi hónapokban a természetes forrásokon kívül vitaminkészítmények szedésével lehet elérni.

A fizikai erőnlét és a szellemi aktivitás fenntartása legalább ilyen fontos. A bezártság hajlamosít az inaktivitásra és régi orvosi tapasztalat, hogy a fizikai inaktivitás, különösen, ha az esetleg hetekre, hónapokra terjed ki, komolyan legyengíti a szervezetet, mely hajlamosíthat fertőzésekre is.

A megfelelő táplálkozás is a védekezéshez szükséges külső erőforrást biztosítja. Veszélyes, ha a mozgásszegény életmód kalóriagazdag táplálkozással párosul.

A fertőzés ellen a leghatékonyabb védekezés az elővigyázatossági, ill. higiénés szabályok betartása, a gyakori és alapos kézmosás, valamint az orr, száj és szem érintésének, dörzsölésének kerülése, szájmaszk megfelelő viselése nyilvános helyeken.

11

Sejtes szerveződés

A prokarióták

A prokarióták csoportjai

A biológia tudománya az élők világát két alapvető egységre – birodalomra - osztja:

a prokariótákra és az eukariótákra.

A prokarióták a legegyszerűbb felépítésű, már sejtes szerveződést mutató élőlények.

A prokarióták (legszembetűnőbb) közös sajátsága, hogy sejtjeikben nincs membránnal körülhatárolt sejtmag. (Pro=előtt, karion=mag gör.). Ezen kívül persze számos eltérés van e két birodalom között, a pro- és az eukarióták között nagyobb a különbség, mint az állatok és a növények között, a törzsfejlődés során kb. 2,5 milliárd évre volt szükség ahhoz, hogy a prokarióták kialakulását követően az első eukarióták megjelenjenek.

Földünk legrégibb ismert élőlényei. Legkorábbi geológiai maradványaik a sztromatolitok, kb. 3,4 milliárd évesek. A sztromatolitok réteges, párnaszerű üledékes kőzetek, amelyek egyes ősi kékbaktériumok sejtjei körüli mészkiválás eredményeképpen jöttek létre.

Abban az időben a földi légkör nem tartalmazott oxigént, tehát az ekkor élt baktériumok anaerobok voltak. Kb. 2.5 milliárd évvel ezelőtt terjedtek el tömegesen azok a fotoszintetizáló aerob baktériumok, amelyek lassan oxigénnel töltötték meg a légkört.

A prokariótákon belül 2 fő csoportot – országot - különítünk el:

1. ősbaktériumok - archeák 2. valódi baktériumok (eubacteria).

Újabban az élőlényeket 3 doménba sorolják, valódi baktériumok, ősbaktériumok, eukarióták.

Az ősbaktériumok az élővilág korai formáit képviselő szervezetek. A talajban, természetes vizekben, szélsőséges körülmények között élnek.

A Föld őstörténetének egy hosszú periódusában az élővilág fő tömegét valószínűleg ők alkották. Az ősi elnevezés arra utal, hogy egyes feltételezés szerint ezek a szervezetek az eubaktériumoknál előbb léteztek. Ugyanakkor genetikai anyaguk működésének (átírás, fehérjeszintézis) hasonlósága alapján az eukarióták ősi ágának is tekinthetők.

12

Az eubaktériumok (valódi baktériumok)

Az eubaktériumok a hagyományos értelemben vett baktériumok. A Föld minden élőhelyén megtalálhatóak: vízben, szárazföldön vagy a levegőben, még mélytengeri hőforrásokban is.

Egy gramm talaj kb. 40 millió, egy ml felszíni víz egymillió baktériumsejtet tartalmaz. A Földön pedig összesen mintegy 5 kvintillió (5 × 1030) baktérium élhet. Tízszer annyi baktérium van az emberi testben, mint emberi sejt. A legtöbb baktérium a bőr felszínén és az emésztőrendszerben található.

Méret

Már fénymikroszkóppal láthatók néhány 100 x-os nagyítás mellett. Átlagos méretük 1 -10 mikrométer (1µm = 10-6 m).

1 mikrométer átmérőjű kokkuszokat véve, 1 mm3-ben 109 sejt található, amelyek összfelülete 3.1 négyzetméter. Egy felnőtt ember testfelülete 1.9 négyzetméter.

A baktériumok szerveződése

A sejtek magányosak vagy osztódás után együtt maradva laza kolóniákat, ún. sejttársulást hozhatnak létre.

Alak

3 nagyobb csoportba oszthatók:

1. gömb (kokkuszok) 2. pálcika (bacillusok) 3. görbült pálca, amin belül pl.

a. csavar (spirillumok) b. félhold (vibrió)

A sejtek felépítése

Sejtfal

Minden baktériumot kívülről sejtfal borít, amely biztosítja a sejt állandó alakját és egyben véd is.

Kedvezőtlen körülmények között spórát (endospórát) képeznek: a plazma vizet veszít, összezsugorodik, újabb falat választ az örökítőanyag és egy kis plazma köré. Tehát a baktériumok spórája nem ivartalan szaporítósejt, mint a növényeknél, hanem egy hőnek, sugárzásnak és a roncsoló hatású kémiai anyagoknak ellenálló képződmény. Pl. a lépfene baktérium így a 130 fokot is elviseli.

A baktériumok penicillin érzékenysége is a sejtfalnak köszönhető, ugyanis a penicillin a bakteriális sejtfal képzését gátolja.

13

Tok

A baktériumok egy részén a sejtfalon kívül még egy nyálkás, kocsonyás tok található. A tok feladata

a védelem az immunrendszerrel szemben, védi a sejtet a bekebelezéstől, szerepet játszik a tápanyag megkötésében, segítségével összetapadhatnak a sejtek (sejttársulás).

Sejthártya

Vékony hártya, mely a sejtfal alatt található, lebonyolítja az anyagforgalmat a sejt és környezete között.

Citoplazma (sejtplazma)

A sejt alapállománya, a sejtanyagcsere színtere. Itt található a DNS állomány (genom), amely egy vagy több gyűrűs DNS-ből áll, nem határolódik el membránnal a citoplazmától. Ezt a DNS-t baktérium kromoszómának is nevezzük.

Ezen kívül a sejtplazmában vannak még kisebb DNS gyűrűk, a plazmidok, melyeken többnyire az antibiotikumokkal szembeni ellenállóképességet lehetővé tevő antibiotikum rezisztencia gének találhatók.

Csillók

A baktériumok egy része ún. csillók segítségével képes mozogni. A bakteriális csillók vékony, rendszerint a sejt hosszát akár többszörösen is meghaladó hosszúságú, fehérjékből felépülő sejtfelszíni képződmények.

Video

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFZTdIX25BRGl4anc/view

https://drive.google.com/file/d/1bjDvfG-mHoqur3N6uj6LmE7WQlsJ4wq5/view?usp=sharing

Szaporodás

A prokarióták nagyon gyorsan tudnak szaporodni. A sejtek 20 percenként kettéosztódnak, tehát számuk 20 percenként a kettő hatványainak sorozatában nő. Ha egyetlen baktériumból indulunk ki, és feltételezzük, hogy a belőle keletkező utódok minden 20-dik percben kettéosztódnak, akkor 48 óra alatt a Földnek megfelelő tömeg jönne létre (2144 db sejt).

A prokarióták a legegyszerűbb módon főleg hasadással szaporodnak, amikor is a sejt egyszerűen kettéfűződik. A folyamatot ivartalan szaporodásnak tekintjük, mivel az osztódást nem előzi meg 2 sejt egyesülése.

Ugyanakkor ismertek olyan ún. ivaros folyamatok, melynek során a baktériumok bizonyos körülmények között képesek más egyedekből vagy fajokból származó DNS szakaszok felvételére, aminek következtében a sejtek új tulajdonságokra tehetnek szert.

A DNS-átvitel történhet ún. transzformáció útján.

14

A transzformáció

A transzformáció során a sejt a környezetéből idegen DNS-t vesz fel és a rajta elhelyezkedő gént vagy géneket beépíti saját genetikai anyagába. A DNS darabnak a sejtfalon és a sejthártyán való áthaladását specifikus fehérjék segítik elő. Így adhatja át az egyik baktérium a másiknak, pl. az antibiotikumokkal szembeni ellenállóképességet (rezisztenciát).

Az ivaros folyamat után a megváltozott információtartalmú sejtek hasadással szaporodnak tovább.

A baktériumok okozta betegségekről

A parazita baktériumok különféle betegségeket okoznak. A baktériumos fertőzés jellemző tünetei: láz, fejfájás, hányás, hasmenés, gyulladások, melyeket a baktériumsejt által termelt méreganyagok váltanak ki.

Például a legerősebb ismert természetes toxin a Clostridium botulinum által termelt botulin neurotoxin (botox) egy grammja egy millió ember halálát okozhatja. Amennyiben botox-al meggátoljuk a ráncképződésért felelős izmok működését, elérhetjük, hogy a ráncképződés megszűnjön, az arcbőr kisimuljon. A hatás csak időleges, a kezelést 3-4 havonta meg kell ismételni.

Szalmonella: ételmérgezés, rendszerint fertőzött étel fogyasztása után kialakuló gyomor-bélrendszeri betegség. A baktérium a szájon át kerül be a szervezetbe szennyezett élelmiszerrel. A fertőzés magas lázzal, görcsös hasfájással, hányással, hasmenéssel jár. A kezelés során fokozottan ügyelni kell a folyadék pótlására a kiszáradás elkerülésének érdekében.

A fertőzés a nyári hónapokban gyakoribb, mert ilyenkor a meleg hatására a nem megfelelően tárolt élelmiszerekben a baktérium könnyen elszaporodik. A kórokozó a széklettel ürül, a nem megfelelő higiénés viszonyok, a kézmosás hiánya elősegítheti lakóközösségen belüli terjedését. Ritkán előfordulhat társuló ízületi gyulladás, ha a baktérium a véráram útján eljut az ízületekbe.

Tbc (tuberculosis): elsődlegesen a tüdő szövetének pusztulásával járó betegség. A betegség jellemzően a tüdőben gyulladással kezdődik, de később az egész szervezetre kiterjedhet. A megelőzés elődleges eszköze Magyarországon az újszülöttek BCG-oltása.

Tüdőszűréssel az esetlegesen kezdődő folyamatok jól kimutathatók, és idejében, hatékonyan gyógyíthatók.

Ha a kórokozók a vérárammal szétszóródnak, és más szervekben is megtelepednek, tüdőn kívüli szervi tuberkulózis alakulhat ki, melyek a következők lehetnek:

A csont-tbc csontszövetelhalást, kóros csonttöréseket okoz. A vese tbc a vese szöveteinek elhalásával jár.

15

A gyomor-bél- tbc A tüdőből felköhögött fertőző váladék lenyelése is okozhatja. A bélcsatornában körkörösen elhelyezkedő fekélyek formájában mutatkozik meg, mely hegesedés következtében bélelzáródáshoz vezet.

A szív-tbc a szívburkok megbetegedése.

A tetanusz egy, a talajban élő anaerob baktérium toxinja által okozott merevgörccsel járó bénulás, mely kezeletlen esetben halálos. A kórokozó a szervezetbe földdel szennyezett sérüléseken keresztül tud bejutni. A baktérium méreganyaga az ideg-izom jelátvitelben szereplő anyag – acetilkolin – lebomlását gátolja, miáltal súlyos izomgörcsök alakulnak ki. Az izommerevség gyorsan terjed fentről lefelé, folyamatosan egyre több izmot érint, végül a légzőizmok görcse fulladásos halált okoz. A lappangási idő átlagosan egy hét.

Magyarországon 2, 3, 4, 18 hónapos, majd pedig 6 és 11 éves korban a gyerekek kombinált DTP védőoltást (diftéria= torokgyík, tetanusz= merevgörcs, pertussis=szamárköhögés) kapnak. Ugyanakkor levegőtől elzárt, mély, szúrt, földdel szennyezett sérülések esetén szükséges ún. emlékeztető oltás az immunrendszer válaszának erősítése céljából.

A baktériumos betegségekkel szemben védőoltásokkal és antibiotikumokkal védekezhetünk.

Magyarországon 2019-ben a következő oltási rend volt érvényben:

BCG: 0-4 hetes korban DTP: 2, 3, 4, 18 hónapos, majd pedig 6 és 11

éves korban. Hepatitis B: 12 éves korban. Bárányhimlő: 13 és 16 hónapos korban.

A védőoltás – az esetlegesen kialakuló mellékhatások ellenére - a lehető leghatékonyabb mód, hogy az egyes fertőző betegségeket megelőzzük, illetve a súlyos lefolyást megakadályozzuk. A védőoltásokkal megelőzhető fertőző betegségek ritkábban fordulnak elő, mert hosszú ideje nagy tömegeket oltanak ellenük. Az immunizálást mindaddig folytatni kell, amíg a betegségeket fel nem számoljuk. A védőoltásoknak köszönhetően az 1970-es évek végétől nincs feketehimlő a világban, és Európa gyermekbénulás-mentes, kb. 2000 óta. A védőoltásokkal kivédhető fertőző betegségek kórokozói állandóan jelen vannak a környezetünkben, és csak az oltás következtében kialakult védettség miatt nem tudnak betegséget okozni. A már szinte feledésbe merült betegségek újból visszatérnének, ha a mára eltűnt (szakszóval eradikált) betegség védőoltásainak beadásával felhagynánk. Forrás: Wikipédia

A védőoltások kifejlesztése az orvostudomány legnagyobb hatású vívmánya. Manapság mégis sokan ódzkodnak tőle, különféle ideológiákat gyártva. Az egyéni döntés felelőssége azonban nagy, a kórokozók ugyanis terjesztő közegként használnak bennünket, ezért a nem kellő alapossággal meghozott döntésünknek mások is megihatják a levét. Még súlyosabb a morális felelősségünk, amikor a gyermekeink ügyében döntünk.

Az oltásellenesség fő állításai, hogy a védőoltások komoly betegségeket – pl. autizmust - okozhatnak, illetve, a nem oltott gyerekek egészségesebbek, mint a beoltottak. Mindkét állítás hamis. Az ismerethiány szülte oltásmegtagadás sajnos súlyos problémákhoz vezethet, ha ennek szintje elér egy bizonyos arányt a népességben. Sok veszélyes kórokozó várakozik sötét zugokban türelmetlenül, hogy lecsapjon gyermekeinkre és a felnőttekre egyaránt. Az elvégzett számos vizsgálat és megfigyelés szerint a védőoltások kockázata rendkívül alacsony, szemben az általuk biztosított védettséggel, ami viszont igen jelentős. Önmagában az a tény, hogy egy protokoll bizonyos szintű rizikóval rendelkezik, teljesen természetes, hiszen minden másra is igaz. Az élet maga egy veszélyes létezési forma.

Forrás: Index

16

Az antibiotikumok olyan hatóanyagok, melyek a baktériumokat elpusztítják vagy szaporodásukat gátolják. Antibiotikus hatású számos különböző összetételű és szerkezetű anyag lehet. Hagyományosan korábban antibiotikumoknak csak a különféle gombák által termelt hatóanyagokat nevezték. Azóta kiderült, hogy antibiotikus hatású anyagokat nem csak gombák termelnek, hanem pl. baktériumok is, ill. már ismertek mesterségesen előállított ún. szintetikus, ill. természetes antibiotikumok kémiai módosításával készített félszintetikus hatóanyagok is.

Amennyiben egy baktérium ellenáll az antibiotikumnak, úgy rezisztensnek tekintjük a hatóanyaggal szemben. Ennek hátterében a plazmidokon található antibiotikum rezisztencia gének állnak, amelyek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek közömbösítik az antibiotikumok hatását, pl. úgy, hogy lebontják azokat. Mivel a plazmidokat a baktériumok ivaros folyamataikban könnyen átadják egymásnak, ezért a rezisztenciagének a baktériumok közötti génátadással terjedhetnek. Emiatt fontos, hogy betartsuk a gyógyszerek szedésére vonatkozó szabályokat. A nem megfelelő mennyiségben szedett, ill. a kezelés idő előtti befejezése a rezisztens baktériumok elszaporodását segíti elő, és így a betegség nem hogy nem gyógyul, de még súlyosbodhat is. Az antibiotikumok a szervezetben rövid idő alatt hatástalanná válnak, ezért szükséges meghatározott időben és a pontosan előírt adagban bevenni őket.

A fertőzések, járványok megelőzésének érdekében fontos, hogy betartsuk az alapvető higiénés szabályokat:

Fontos a rendszeres, szappanos vagy kézfertőtlenítő készítményekkel történő kézmosás.

Soha ne nyúljunk piszkos kézzel a szemünkhöz, a szánkhoz. A sebeket minél előbb, megfelelően el kell látni. Csak megbízható eredetű ételt és italt fogyasszunk. A meleg ételeket lehetőség

szerint forraljuk át - hőkezeléssel a kórokozók jelentős része elpusztítható. A zöldségféléket fogyasztás előtt ivóvíz minőségű vízzel alaposan mossuk át,

hámozzuk meg. Az idegen területeken csak ellenőrzött, vezetékes ivóvizet használjunk, az ásott

kutakból inni kockázatos.

Fertőtlenítés (higiénizálás): minden olyan eljárás, amely a kórokozók számának csökkentésére, elpusztítására irányul.

Sterilizálás: az az eljárás, melynek során a csíramentesítésre kerülő anyagban elpusztítjuk a mikroorganizmusokat, valamint ezek összes nyugvó formáit.

A fertőtlenítés és a sterilizálás között különbség van.

A sterilizálás célja a teljes csíramentesítés, a sterilezés megöli az összes életképes mikroorganizmust.

A fertőtlenítés csak csökkenti az életképes mikroorganizmusok számát, fertőzőképességét, az eljárás során a mikrobák spórái életben maradnak és a hatás megszűnte után szaporodni képesek.

17

A fertőtlenítésnek két alapvető módja ismert.

1. A fizikai eljárások során vagy hővel, vagy különféle sugárzásokkal pusztítjuk el a kórokozókat. A fertőtlenítés hatékonyságát jelentősen befolyásolja, hogy nedves vagy száraz hővel történik–e. A mikroorganizmusok a száraz hőnek jobban ellenállnak, mint a nedvesnek.

A mikroorganizmusok hővel viszonylag könnyen elpusztíthatók. A baktériumok nedves közegben

58-60 ºC-on 30-60 perc alatt, 70ºC-on 5-10 perc alatt, 100 ºC-on pedig néhány másodperc alatt megsemmisülnek.

A baktériumok spórás alakjai ellenállóbbak, de a forrásban lévő víz hőmérsékletén a legtöbbjük 20 percen belül elpusztul. A vírusok nagy része 50-60 ºC-on néhány perc alatt inaktiválódik. Az autoklávokban a magas hőmérséklet mellett nagy nyomást alkalmaznak, ez a tuti.

2. A kémiai eljárások során a fertőtlenítőszerek (baktericid, sporocid, virucid, fungicid) hatásukat annak köszönhetik, hogy pl.:

roncsolják a sejthártyákat, vagy a sejtek fehérjéit kicsapják, inaktiválják létfontosságú enzimeit. Ilyenek a klór, jód, formalin, hidrogénperoxid, alkohol.

A sterilizálási módok hasonlóak az egyes fertőtlenítési eljárásokhoz, azaz hővel, gázzal (formaldehid), ionizáló sugárzással történik.

A kórházakban nélkülözhetetlen higiéniára először Semmelweis Ignác (1818-1865) magyar orvos, az „anyák megmentője” hívta fel a figyelmet.

A lelkiismeretesség, a kötelességtudás és az önzetlenség mintaképe.

Szt. Rókus kórház szülészeti osztályának főorvosaként kimutatta a fertőtlenítő eljárások előnyeit a szülészetben és a sebészetben. Rájött, hogy a gyermekágyi lázat az orvosok és orvostanhallgatók okozzák azzal, hogy boncolás után mentek át a szülészeti osztályra, s ott fertőtlenítetlen kézzel vizsgálták a várandós nőket. Fertőtlenítésként klórmeszes kézmosást ajánlott kollégáinak.

Ezzel kezdődött szélmalomharca az akkori hivatalos, tudományos világgal. Mind gyakorlatával, mind írásaiban próbálta terjeszteni nézeteit, de sajnos az orvostársadalom nem vett róla tudomást. Élete végén magatartásában az elmezavar jelei mutatkoztak, Döblingben elmegyógyintézetbe zárták, ahol – ápolói agresszív magaviselete miatt súlyosan bántalmazták – tisztázatlan körülmények között két hét után meghalt.

Video

https://drive.google.com/file/d/1roYUiMeXPGhEHeYVD0viEAvdCkNUEVGr/view?usp=sharing

Baktériumok laboratóriumi körülmények közötti tenyésztése

A baktériumok tenyésztéséhez különféle táptalajokat használhatunk. A táptalaj olyan tápanyagokat tartalmazó steril közeg, amely biztosítja a baktériumok növekedését, szaporodását. Az egyik leggyakrabban használt táptalaj a vörösmoszatokból készült agar táptalaj.

17

Baktériumok antibiotikum érzékenységének vizsgálata

A baktériumok antibiotikum érzékenységének vizsgálata korongdiffúziós módszerrel történik. A baktériummal beoltott szilárd táptalaj felszínére az antibiotikum meghatározott koncentrációjú oldatával átitatott szűrőpapírkorongot helyezünk. Az antibiotikum a korong környezetében eloszlik. Ahol az antibiotikum kellő koncentrációban van jelen a táptalajban, meggátolja a baktérium szaporodását, a korong körül ún. gátlási zóna alakul ki. A gátlási zónák szabályos kör alakúak.

Video

https://drive.google.com/file/d/1494iAWAnSYpHJQ70yhCwssyl9Z1x0qCw/view?usp=sharing

Összefoglalva a prokarióták jelentőségét

Evolúciós jelentőség:

Ők voltak az elsőként megjelenő élőlények, megkezdték az oxigénlégkör kialakítását, eukarióták őseinek tekinthetők (endoszimbióta elmélet, lásd később).

Környezettani jelentőség:

Lebontók, elhalt szerves anyagok lebontásában, a talajképződésben fontosak. Fotoszintetizáló formáik termelőként a táplálékláncok alapját képezik. Oxigént

termelnek. A nitrogén-kötő baktériumok többnyire pillangósvirágú (hüvelyes) növényekkel

(bab, borsó, lucerna, akác, stb.) élnek együtt, képesek a légköri nitrogén (N2) megkötésére, szerves vegyületekbe beépítésére, miáltal a nitrogént hozzáférhetővé teszik a velük együtt élő növények számára.

Nitrifikáló baktériumok nitritet és nitrátot állítanak elő (ammóniából), ezzel lehetővé teszik a növények nitrogénfelvételét a talajból.

Vizek öntisztulásában szerepet játszanak pl. a bomló szerves anyagok eltávolítása révén.

Túlnépesedett populációkban járványokat okoznak, ezzel hozzájárulnak a populációk egyedszámának a szabályozásához.

Egészségügyi jelenetőség:

A parazita szervezetek betegségeket, járványokat okoznak. Az emberi test egészséges működéséhez nélkülözhetetlenek a velünk együtt élő

baktériumok, a vastagbélben, a bőr felületén, a hüvelyben.

Ipari jelentőség:

Iparban hulladékfeldolgozásra, szennyvíztisztításra hasznosítják őket.

Egyes lebontó baktériumokat olajfoltok megszüntetésére használják.

Metántermelő baktériumok biogáz (CH4) előállítására képesek.

18

Élelmiszergyártásban az emberiség évezredek óta használja az erjesztő baktériumokat (az élesztőgombákkal és penészgombákkal együtt) olyan alapvető élelmiszerek készítésére, mint a bor, sajtok, savanyúság, ecet, szójaszósz, savanyú káposzta vagy joghurt.

A gyógyszeriparban egyes gyógyszerek, vitaminok – B12 - előállításában szintén baktériumok működnek közre, mint pl. a biotechnológiában alkalmazott baktériumok inzulin, növekedési faktorok előállítására képesek.

Mezőgazdasági szerep:

A pillangósokat vetésforgóban alkalmazzák, mivel az eljárás megnöveli a talaj nitrogén tartalmát. A vetésforgó a növénytermesztés olyan tervszerű rendszere, amelyben a különféle növényeket térben és időben előre kidolgozott sorrend szerint termesztik.

Biológiai védekezés során a mezőgazdasági kártevőket – rovarokat, gombákat – elpusztító baktériumokat alkalmaznak védekezésként, mivel az emberre, az élővilágra és a hasznos rovarokra kicsi vagy semmilyen káros hatással nincsenek, környezetbarát rovarirtónak tekinthetőek.

Az eukarióták

Az élővilág nagyobb szerveződési szintjei

Az élőlényeket ma 2 nagy birodalomba – prokarióták és az eukarióták – és ezen belül 6 országba soroljuk.

Az eukarióta élőlények közé testszerveződésük és anyagcseréjük alapján 4 ország tartozik:

egysejtű eukarióták, többsejtű gombák, többsejtű állatok, többsejtű növények.

Az eukarióta sejtek kb. 1,5-2 milliárd évvel ezelőtt jöttek létre. Kialakulásukat ma az ún. endoszimbióta elmélettel magyarázzák. Ennek lényege röviden az, hogy az eukarióta sejt egyes sejtszervecskéi, pl. a zöld színtest, a mitokondrium különféle prokarióta sejtekből alakultak ki. Ez úgy történhetett, hogy egy ősi prokarióta sejt bekebelezett pl. egy kékbaktériumot, melyet nem emésztett meg, hanem tartós szimbiózisra lépett vele, így létrejöttek a színtestek. Bizonyítékok:

mindkét sejtszervecskének saját genetikai állománya van, amely a prokariótákéhoz hasonló.

A mitokondriumot és a színtesteket is kettős hártya határolja, közülük o a legbelső a prokarióták sejtmembránjához hasonló szerkezettel rendelkezik, o a külső membrán ettől eltérő szerkezetű és szerepű, a bekebelezés során

alakulhatott ki. Önállóan képesek osztódni.

19

Az eukarióta sejtek belső membránrendszere, ill. a maghártya a sejthártya betűrődéseiből leváló membránlemezekből alakultak ki.

Az eukarióta sejtekre általánosan jellemző, hogy

tartalmaznak sejtmagot, különféle feladatokra

specializálódott sejtszervecskéket, jól fejlett belső

hártyarendszereket, méretük 10-100 x nagyobb a

prokarióták méreténél. Szempontok Prokarióta sejtek Eukarióta sejtek

Sejtek mérete 1-10 μm 10-100 μm többnyire

Maghártya Nincs Van

Belső hártyarendszer nincs Fejlett

Örökítőanyag Citoplazmában Sejtmagban

Kromoszómák száma 1 Több

Sejtszervecskék Nincsenek Vannak, pl. mitokondrium, stb.

Osztódás Hasadás Mitózis, meiózis

Sejtváz Nincs Van

Sejtfal Van Állati sejtek kivételével van

Ostor, csilló Van Van, de másmilyen

Az eukarióta sejtek felépítésük – testszerveződésük, működésük és anyagcseréjük - alapján lehetnek:

növényi, állati, gomba sejtek.

20

A növényi sejtek legfontosabb jellemzői:

a sejtet kívülről cellulóz sejtfal határolja, ezért a sejtek alakja hatszöges és állandó, a citoplazmában membránnal határolt üregek, ún. vakuolumok vagy sejtüregek

találhatók, melyek feladata a tápanyagok és az egyes anyagcseretermékek raktározása, valamint kiválasztása, mint pl. koffein, kinin, morfin, nikotin.

Zárványok, élettelen alkotórészek, töményebb anyagcsere-termékek. Lehetnek keményítőszemcsék, kristályok, anyaguk változatos, pl. Ca-oxalát.

A növényi szervezetek jellemző sejtszervecskéi a fotoszintézist végző zöld színtestek, bár nem minden növényi sejtben fordulnak elő, pl. nincsenek fénytől elzárt részekben.

Az eukarióta sejtek felépítése, fontosabb sejtalkotók, sejtszervecskék

Az alábbiakban az általános sejttan című fejezet olvasható, amelyben az egyes sejtalkotók tipikus felépítése és feladata kerül megtárgyalásra, függetlenül sejttípusos – lásd fent – hovatartozásától.

A sejthártya felépítése, a biomembránok általános szerkezete

Minden sejt – prokarióta, eukarióta sejt egyaránt - fizikailag elkülönül a környezetétől. Ez az elkülönülés nem elszigetelődést jelent, mert a sejt a környezetével igen komplikált, sokdimenziójú anyag- és energiaforgalmat tart fenn. A sejt és a környezete kapcsolatát a sejthártya valósítja meg, mely az általánosan előforduló biomembránok egyik - nélkülözhetetlen - megjelenési formája.

21

A sejthártyának kettős feladata van:

egyrészt a külvilágtól való elhatárolás, másrészt a külvilággal való összeköttetés

megteremtése, azaz a két elhatárolt tér közötti anyag- és energiaáramlás biztosítása.

A biomembránok – és így a sejthártya – felépítésére jellemző, hogy az alapvázat alkotó molekuláik kettős rétegbe rendeződnek, melybe többek között fehérje molekulák ékelődnek.

Video

https://drive.google.com/file/d/1RZJewsyGiVgEcH1Qlp8uJOqAsGoru1kV/view?usp=sharing

A biomembránok anyagtartalmának legalább 3O%-a fehérje. Biztosítják a membránok működését, lehetnek:

enzimek, transzportfehérjék (szállítók), csatornafehérjék, jelölőfehérjék, markerek (MHC), melyek megadják a sejt egyediségét, receptorok, mint pl. hormonok megkötéséért felelős hormonreceptorok.

A membránok – és így a sejthártya - működésükkel biztosítják az elhatárolt egység, a sejt működéhez szükséges belső környezet állandóságát. A membránok egyrészt fizikailag elhatárolnak, másrészt azonban a rajtuk keresztül folyó, szabályozott anyagmozgás révén egyben össze is kapcsolnak, transzport-folyamatokat bonyolítanak le.

A membránon át történő anyagmozgás energiaigénye szerint a transzport-folyamat lehet:

passzív, ahol a folyamat energiát nem igényel, a transzport a kisebb koncentrációjú hely irányába zajlik, eredményként a koncentráció-különbség kiegyenlítődik,

aktív, ahol a folyamat energiát igényel, az anyagtranszport a kisebb koncentrációjú hely felől történik a nagyobb felé. Koncentráció különbséget hoz létre.

Video

https://drive.google.com/file/d/1TecWR5Lb_U_Kmu4HBJuVqjd3DuC6Pa6E/view?usp=sharing

A belső membránrendszer

Az eukarióta sejtek prokarióta sejtektől megkülönböztető egyik alapvető sajátságuk az önálló belső membránrendszerük. A belső membránrendszer alapszerkezete hasonló a sejthártyáéhoz.

Az endomembránrendszer biztosítja a kompartmentalizációt, azaz lehetővé teszi az egyes anyagcsere-folyamatok térbeli elkülönülését. A sejten belüli membránrendszer a sejt működésében alapvető jelentőségű, amit jól bizonyít, hogy összesített felülete többszörösen felülmúlja a sejthártya felszínét.

22

Az endomembránrendszer részei

Durvafelszínű endoplazmatikus retikulum - DER

Golgi-készülék

Lizoszómák

Sejtmaghártya

A durvafelszínű endoplazmatikus retikulum DER

Óriási felületű membránrendszer, lapos zsákok bonyolult hálózata építi fel, amely kiterjedt kapcsolatban áll a sejtmaghártyával. Felületén fehérjeszintézist végző riboszómák találhatók, amelytől felszíne szemcséssé válik – innen az elnevezés.

Az endoplazmatikus hálózat riboszómáin elkészült fehérje a DER üregébe kerül, ahol további változásokon megy keresztül. Az elkészült fehérje a Golgi-készülékbe jut, ahol újabb átalakuláson esik át.

A Golgi-készülék

A Golgi-hálózat egymással párhuzamosan rendeződött lapos zsákokból áll, amelyek széléről folyamatosan apró hólyagok ún. Golgi-hólyagok (vezikulák) fűződnek le.

A Golgi-apparátus feladata a DER-ben szintetizálódott fehérjék fogadása, módosítása és továbbítása rendeltetési helyükre, a sejtből történő kijutásának előkészítése.

A sejten belüli emésztés

A sejt belsejébe, membránhólyagokba csomagolva érkező baktériumok, makromolekulák megemésztését a lizoszómák végzik. A lizoszómák a Golgi-készülékből lefűződéssel keletkeznek.

A lizoszómák bontó enzimeket tartalmaznak. A bekebelezés során létrejött, tápanyagokat tartalmazó

membránhólyag összeolvad a lizoszómával, tartalmuk összekeveredik, kialakul az emésztő űröcske és megkezdődhet az emésztés.

Az emésztési folyamat következtében az emésztő űröcskében már csak az emészthetetlen anyagok maradnak vissza. Ez előbb vagy utóbb a sejthártyához vándorol, és tartalmát a sejten kívüli térbe juttatja.

Video

https://drive.google.com/file/d/1yJQavLjynEfV0hi4KLP2dKYy72rFpmwr/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/1uOfSZx2ChlG3dDwCpzL62JVO-sE1sLFy/view?usp=sharing

23

Programozott és nem programozott sejthalál

Nekrózis

A szövetek sejtjei, amennyiben káros hatás éri, nem tudják fenntartani szerkezetüket, hirtelen szétesnek, kipukkadnak, passzív módon elhalnak. A beltartalom a környezetbe áramlik, melynek következtében a környezetbe olyan anyagok kerülnek, amelyek gyulladásos folyamatot eredményeznek.

Például, abban az esetben, ha a szívizomsejtek nekrózissal elhalnak, mert a szívizom vérellátása és ezzel oxigénellátása megszűnik, kialakul a szívinfarktus.

Apoptózis

A programozott sejthalál esetében a sejtek nem véletlenszerűen, hanem genetikailag meghatározott program szerint halnak el. Az apoptózis igen fontos a nem megfelelően létrejött, vagy feleslegben lévő sejtek eltávolításában.

Sejtjeink a felnőtt szervezet minden szövetében folyamatosan halnak el és pótlódnak. Ennek a folyamatnak a során a sejtek zsugorodnak, a DNS lebomlik és a sejttesttel együtt feldarabolódik. A sejtdarabokat a környező sejtek igen gyorsan bekebelezik és újrahasznosítják. Szemben a nekrózissal, az apoptózist nem kíséri gyulladás.

Példák:

Vírusok által megtámadott sejtek öngyilkossága, a fertőzés megakadályozása végett.

A hibásan képződött sejtek programozott pusztulása. Az embrionális fejlődés során a felesleges szövetrészek

eltávolítása, ilyen pl. az ujjak elkülönülése. Létrejött tumorsejtek öngyilkossága.

Az apoptózis rendkívül összetett folyamat, melyben fellépő bármilyen zavar betegségek megjelenéséhez vezet. Ha pl. nem hal el annyi sejt, mint amennyi születik, mert az apoptózis valamelyik génje károsodik, akkor az egyensúly eltolódik, az adott szövetben, szervben egyre több lesz a sejt, így daganat, tumor keletkezik. A daganatképződés hátterében legtöbbször a sejthalál-gének mutációja, így az apoptózis hiánya van.

24

A mitokondriumok

Eukarióta sejtekben a lebontó folyamatok nagy része külön sejtszervecskékben, a mitokondriumokban zajlik.

A mitokondriumok minden eukarióta – növényi, állati, gomba - sejtnek alapvető sejtszervecskéi. Mivel a lebontó-folyamatok során energia szabadul fel, a mitokondriumokat a sejtek erőműveinek tekinthetjük.

A mitokondriumok mérete, alakja, egy-egy sejtben számuk rendkívül változatos.

Méret: baktérium méretűek. Alak: lehet ovális. Számuk: egysejtűekben 1-2, emlősök májsejtjében

több ezer. Mennyiségük arányos a sejtek lebontó-anyagcseréjének intenzitásával.

Felépítés

Kettős membránrendszerből épülnek fel. A citoplazmától a külső határoló membrán választja el, amely alatt található a változatos felépítésű belső membrán. (Mintha egy kisebb zsákba begyűrnénk egy nagyobb zsákot.)

A mitokondriumok tartalmaznak mitokondriális DNS-eket, RNS-eket, riboszómákat, melynek köszönhetően képesek megkettőződni.

A belső membrán felületén gömbök figyelhetők meg, melyek az ATP-képződés helyei.

A mitokondriumban a lebontó-folyamatok során felszabaduló energia ATP szintézisére fordítódik, a keletkezett ATP kijut a mitokondriumból és a sejt egyéb energiaigényes folyamataihoz felhasználódik (pl. felépítőfolyamatok, aktív transzport).

Számos betegség a mitokondriális DNS mutációi következtében alakul ki. Mivel a mitokondrium fő funkciója az energiatermelés, ezért a mitokondriális betegségek a legnagyobb energiaigényű szerveket érintik leginkább, mint pl. a vázizomzatot, ill. az idegrendszert. A petesejtben több százezer mitokondrium van, a spermiumban azonban csak alig néhány száz. A megtermékenyítés után a zigótában egyedül az anyától, a petesejtből származó mitokondriumok találhatók meg. A mitokondriális géneket tehát kizárólag az anyától kapja az utód, az ezek által meghatározott tulajdonságok csak anyai úton öröklődnek.

25

Színtestek

A színtestek a növényi sejtekre jellemző, kettős membránnal határolt sejtszervecskék. Mindig a citoplazmában helyezkednek el, kiemelkedő jelentőségűek a sejtek felépítő anyagcsere-folyamataiban.

Egysejtű és többsejtű növényi sejtekre jellemzők, prokariótákban, állatokban, gombákban nem találhatók meg.

A bennük lévő színanyagok és működésük alapján több típusukat különböztetjük meg. Legfontosabbak a többnyire zöld színű, fotoszintetizáló zöld színtestek.

Számuk változatos, egy-egy sejtben több száz is lehet. Alakjuk főleg lencse. Méretük a baktériumokéhoz hasonló.

Zöld színtestek felépítése

A zöld színtesteket kettős membrán határolja el a citoplazmától. Belsejükben DNS, RNS, riboszómák találhatók, amelyek arra utalnak, hogy a színtesteknek bizonyos fokig önálló genetikai és fehérjeszintetizáló apparátusuk van. A DNS-tartalommal hozzák összefüggésbe a színtestek osztódóképességét. A sejtosztódást megelőzően befűződéssel osztódnak ketté, és ezzel biztosítják, hogy mindkét utódsejtbe jusson színtest. A belső állományban egy kiterjedt belső membránrendszer helyezkedik el.

Az endoszimbionta elmélet

Az endoszimbionta elmélet az eukarióta sejtek eredetét magyarázza, miszerint bizonyos sejtszervecskék egyes prokarióta szervezetek bekebelezésével, tartós szimbiózisával jöttek létre:

a mitokondrium egy lebontó baktérium, a zöld színtest pedig egy fotoszintetizáló

kékbaktérium lehetett.

Bizonyítékok:

mindkét sejtszervecskének saját genetikai állománya van, amely a prokariótákéhoz hasonló. A gének egy része a sejtmagba került, ezért ezek a bakteriális eredetű szervecskék már nem lennének képesek a sejten kívüli életre.

A mitokondriumot és a plasztiszokat is kettős membrán határolja, közülük o a belső a prokarióták sejtmembránjához hasonló szerkezettel rendelkezik, o a külső membrán a bekebelezés során alakulhatott ki.

Önállóan képesek osztódni. Az eukarióta sejtek belső membránrendszere a sejthártya betűrődéseiből leváló

membránlemezekből alakult ki.

26

A sejtmag

A sejtmag (lat. nucleus, gör. karyon) az eukarióta sejtek fő sejtszervecskéje, nélkülözhetetlen alkotórésze. Hiányában a citoplazma egy idő múlva beszünteti a működését, és a sejt előbb-utóbb elpusztul, még akkor is, ha annak elvesztése normális sejtfejlődési folyamat eredménye, mint pl. az emlősök vörösvérsejtjeinél.

Ennek az a magyarázata, hogy a sejtmagban található a DNS-állomány, a sejt „agya”. A sejtmag az anyagcsere irányításának élettani központja és a sejt öröklődő információinak hordozója.

Általában a sejtek egy sejtmagot tartalmaznak, de ismertek többmagvú óriássejtek is, mint pl. a gerincesek vázizomrostjai, ahol egyetlen izomrostban akár több ezer sejtmag is megtalálható.

A sejtmagot egy kettős membrán, a maghártya választja el a citoplazmától. A maghártya alapvető feladata a mag belső állományának az elhatárolása, ill. transzportfolyamatai révén összekötése a citoplazmával. A transzportfolyamatok nagyrészt az ún. magpórusokon keresztül játszódnak le.

A kromatinállomány, a genom szerveződési szintjei

A mag belső állományát festődése miatt kromatinállománynak nevezték el (kroma = szín gör.).

A kromatin elektronmikroszkópos szerkezete

Nem osztódó sejtekben a sejtmag állománya elektronmikroszkópos felvételeken világosabb és sötétebb területekből áll. Ezeken belül, ún. kromatinrostok figyelhetők meg, amelyek DNS-ből és fehérjékből épülnek fel. A rostok együttese a kromatinállomány.

A kromatin elemi egységei a nukleoszómák, melyek fehérje – hiszton - korongokra feltekeredett fehérje-DNS komplexek.

A kromatinnak festődés alapján két állományát különböztetjük meg.

A világosabb területeket eukromatinnak nevezzük, az sötétebben festődő részt heterokromatinnak.

Az eltérő festődés különböző szerkezetre vezethető vissza.

Az eukromatin a DNS működő formája, ezeken a helyeken a DNS laza szerkezetű, itt folyik a génekről az átírás.

A heterokromatin a DNS inaktív formája, ezeken a tömörebb szakaszokon átírás nincs.

27

A heterokromatinban a nukleoszómás szerkezet tovább sűrűsödik. A nukleoszómafüzér egy spirál mentén tekeredik fel, ahol már az egyes nukleoszómák igen sűrűn helyezkednek el.

Egy nem osztódó sejtben a kromatinállomány többnyire laza, a DNS bizonyos szakaszairól intenzív átírás folyik, a sejt működik (eukromatin).

A kromatinállomány szerkezete azonban a sejtosztódás idejére jelentősen megváltozik:

A DNS az osztódás előtt megkettőződik. A heterokromatin spirálok kisebb-nagyobb hurkokat alkotnak, amelyek tovább szerveződve újabb óriási spirálokat hoznak létre (kromatida).

A kromatinállomány erősen spiralizálódik, a DNS-állomány igen kis területen sűrűsödik össze. A kromatinállomány eme erősen felcsavarodott, megkettőződött formáját hívjuk kromoszómának.

A kromoszóma szerkezete

A kromoszóma a kromatin transzport formája. A jelentős sűrűsödés teszi lehetővé az egyébként rendkívül hosszú DNS (emberben sejtenként kb. 1 méter) mozgatását a sejten belül.

A megkettőződésnek köszönhetően a kromoszóma két egyforma DNS molekulából áll, amelyek két, ún. kromatidát alkotnak, melyek információ tartalma megegyezik. Minden kromoszómán megfigyelhető egy elvékonyodás, az ún. elsődleges befűződés, ahol a két kromatida érintkezik egymással. (A megkettőződés előtt, a nem osztódó sejtben a kromatin állományban a DNS egy kromatidás „kromoszómákat” alkot.)

A kromoszómák végeit telomereknek nevezzük. A telomereknek az a szerepe, hogy védjék a kromoszómák végeit a sérülésektől az osztódások során, mivel minden egyes osztódáskor a kromoszómák megrövidülnek. A telomerek minden osztódás alkalmával egyre rövidülnek, mígnem annyira elfogynak, hogy nem tudják megakadályozni a kromoszómák összetapadását. Ennek következtében a DNS-állomány a sejtosztódáskor feltöredezik, ami a sejtek öregedését, halálát, ill. daganatos elváltozását eredményezheti.

A kromoszómák száma

Fajra jellemző és mindig állandó. Általában nincs összefüggés a kromoszómaszám és az illető faj fejlettsége között.

Számuk 2-1260 között ingadozik. 1260 db van a kígyónyelv páfránynak. Gőte: 222 db. Kutya: 78 db.

Ember 46 db (23 pár).

28

A kromoszómaszám lehet

egyszeres, ahol minden kromoszómából csak egy van, az ilyen sejteket haploid sejteknek nevezzük, jelölésük: n.

A haploid sejtek 1x–es genetikai állománya a genom.

A kromoszómaszám lehet kétszeres, ahol minden kromoszómából kettő van, azaz két-két kromoszóma azonos alakú, méretű és ugyanazokat a géneket hordozzák. Az ilyen sejteket diploid sejteknek nevezzük, jelölésük: 2n. A kromoszómapárok egyike apai, a másik anyai eredetű. Ezeket homológ kromoszómáknak nevezzük.

Állatokban az ivarsejtek - petesejt, hímivarsejt - mindig haploidok, a testi sejtek többnyire diploidok.

Emberben az ivarsejtekben 23 db. egy kromatidás kromoszóma van, nem osztódó testi sejtekben 2 x 23 = 46 db. egy kromatidás kromoszóma található.

Váltivarú szervezetekben az egyik kromoszómapár két tagja - általában hímnemű egyedekben - alakilag, méretileg eltér egymástól. Ezeket a kromoszómákat ivari kromoszómáknak nevezzük, ezek a nemiség meghatározói.

A faj haploid sejtjeire jellemző kromoszómák összességét kromoszóma-szerelvénynek nevezzük, amely a diploid sejtekben kétszeres, a haploid sejtekben pedig egyszeres.

A genetikai információ tárolása és kifejeződése

A DNS-molekula az élőlények örökítőanyaga, kódolt – nukleotid-sorrend - formában tartalmazza mindazon információkat, amelyek a sejt, ill. a szervezet felépítésére és működésére vonatkoznak.

Génnek nevezzük a DNS-molekula adott szakaszát, amely valamilyen öröklődő jelleg kialakulását megszabja egy adott fehérje kódolásán keresztül.

A haploid – egyszeres kromoszómakészletű - sejtek teljes genetikai állománya a genom, mely pl. ember esetén 23 kromoszómából áll (23 egy kromatidás kromoszómából, azaz 23 db. DNS molekulából). Az eukarióta genom szerveződésére jellemző, hogy az információ a DNS-ben nem kontinuus, azaz az információt kódoló gének kisebb-nagyobb távolságra találhatók egymástól és őket nem kódoló szakaszok választják el.

Emberben ma kb. 21 000 információ tárolásáért felelős gén létét feltételezik, aminek mérete a teljes genom 1-2 %-a, további kb. 8 %-át a DNS-nek a gének kifejeződését szabályozó szakaszok jelentik. A genom át nem íródó 90 %-ának a funkciója ma még pontosan nem ismert.

A genetikai információ közvetítése, az átírás

Eukariótákban az információt hordozó DNS a sejtmagban helyezkedik el, ugyanakkor a fehérjék szintézise a citoplazmában folyik. A DNS tehát közvetlenül nem szolgálhat mintaként (templátként) a fehérjék szintéziséhez. Ebből az következik, hogy a DNS az információt egy közvetítő molekulának adja át, amely kijutva a citoplazmába irányítja a fehérjék szintézisét. Ezt a szerepet a hírvivő, vagyis a messenger RNS (mRNS) látja el.

A DNS információjának RNS-molekulára átmásolását átírásnak, transzkripciónak nevezzük. A sejten belül az információáramlás a következő úton halad (centrális dogma):

DNS — transzkripció — RNS — transzláció — fehérje — tulajdonság

29

A genetikai információ kifejeződésének tehát első lépése az mRNS molekulák képződése.

Video

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFNlE1TnhvYXhUNzA/view?usp=sharing

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFNUJXRUI2NEhHejg/view?usp=sharing

Mechanizmus

Az mRNS-ek képződését az RNS polimeráz enzim katalizálja, melynek feladata, hogy az RNS-nukleotidokat lépésenként összekapcsolja a mintául szolgáló DNS bázissorrendjének megfelelően. Az információ átírásának elvi alapját a bázispárok képződésének szabályszerűsége határozza meg, nevezetesen amennyiben a DNS-ben adenin van vele szembe az mRNS-be uracil épül be, ill. guaninnal szemben pedig citozin, stb.. (A – U, G – C)

Első lépésként az RNS polimeráz hozzákötődik az átírás kezdőpontjához (promoterhez),

majd a DNS két szála elválik egymástól, és az ún. értelmes (aktív) szálon megindul az átírás.

A szintézis addig tart, amíg az RNS polimeráz eléri a szintézis befejezését jelentő stop jelet.

A genetikai információ kifejeződése, a fehérjék bioszintézise (transzláció)

Az élő szervezetek bármilyen életjelensége - anyagcsere, mozgás, stb. - fehérjék működésén keresztül valósul meg. A különböző funkciókért specifikus fehérjék felelősek. Specifitásuk az aminosav-sorrendjükben rejlik.

A genetikai információt a DNS-molekula hordozza. Az információ továbbításáért az mRNS-molekulák felelősek. A kérdés az, hogy a DNS-ben, nukleotid-sorrend formájában foglalt információ hogyan határozza meg a fehérjemolekulák aminosav-sorrendjét, keletkezését.

A választ a genetikai kód adja meg, amely egy olyan szabályrendszer, kódolási eljárás (nem anyagi egység), melynek segítségével a nukleinsavakban szereplő szöveg lefordítható a fehérjékben szereplő szövegre. Ennek a szabályrendszernek a feltárása a biológiai kutatások körében az egyik legnagyobb intellektuális teljesítmény volt.

A genetikai kód

A DNS-ben, ill. az RNS-ben 4 féle nukleotid fordul elő, a fehérjékben pedig 20-féle aminosav.

Egyetlen nukleotid tehát nem lehet jel – kodon -, mert így csupán 4 aminosav beépülését lehetne szabályozni.

Ha két nukleotid alkotna egy-egy jelet, akkor is csak 42 = 16-féle kodon alakulhatna ki. A 3 nukleotidból álló egységek már 43 = 64-féle kombinációt hoznak létre, ami

bőségesen elegendő a 20-féle aminosav kódolásához. A genetikai információ egységeit, tehát nukleotid hármasok, ún. tripletek alkotják.

Ezeket kodonoknak nevezzük. A kodonok jelentését a kodonszótár tartalmazza.

30

A genetikai kód jellemzői

1. Degenerált, azaz egy aminosavat több triplet határoz meg, hiszen 20 aminosav beépülésére 64 kodon áll rendelkezésre.

2. Univerzális, mivel a genetikai kód a szervezetek fejlettségi szintjétől függetlenül egységes, minden élőlényre igaz.

3. Átfedés- és kihagyásmentes, azaz egyetlen nukleotid sem lehet tagja két szomszédos kodonnak.

Ha egy vagy két nukleotid kiesik vagy beékelődik, az eltolja a leolvasási keretet, és ezzel értelmetlen aminosav-sorrendet hoz létre, ami teljesen működésképtelen fehérjét eredményez (frame shift mutáció).

A fehérjeszintézisben résztvevő anyagok, sejtalkotók (tRNS, riboszómák)

A fehérjeszintézist megelőzően az aminosavaknak először egy közvetítő, szállítómolekulához kell kapcsolódni. A közvetítő molekula a tRNS, amely az adott aminosavval összekapcsolódik, s megfelelteti egymásnak az aminosavat és az aktuális kodont.

A molekulának a legfontosabb része az mRNS kodon felismerését biztosító, ún. antikodon rész (A – U, G – C). Az antikodon lehetővé teszi, hogy az adott tRNS-molekula, amely adott aminosavat szállít, az mRNS molekula megfelelő részéhez, a neki megfelelő kodonhoz kapcsolódjon.

A riboszómák

A fehérjeszintézis helyszínei, rRNS-ekből és fehérjékből épülnek fel. Megtalálhatók a citoplazmában, ill. előfordulnak egyes sejtszervecskékben, mint pl. mitokondriumokban, színtestekben. Működésük, hogy az mRNS nukleotid-sorrendjében foglalt információt fordítják le aminosav-sorrendre (transzláció = átfordítás).

Mechanizmus

Az mRNS hozzákapcsolódik a riboszómához. A kodon felismerése révén a megfelelő aminosav-

tRNS-ek egymást követően a riboszómához kapcsolódnak,

az aminosavak között kialakul a (peptid)kötés, majd a riboszóma egy egységgel odébb mozdul,

újabb tRNS-aminosav érkezik, az újabb kötés jön létre, a riboszóma ismét továbbhalad. Amint a riboszóma elérkezik a stop kodonhoz, a folyamat befejeződik. A stop-jel

felismerését követően a fehérje leválik a riboszómáról.

31

Video

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFYWJfOG1Mam9PZVE/view?usp=sharing

A differenciálódás, a génműködés szabályozása

A többsejtű szervezetek egyedfejlődése a megtermékenyített petesejtből, a zigótából indul ki. A zigóta tartalmazza a petesejt és a hímivarsejt genetikai anyagának összességét, az egyed felépítéséhez és működéséhez szükséges teljes genetikai információt. A zigóta létrejötte után rövidesen – embernél kb. 24 óra múlva – osztódások – mitózisok – „végtelen” sorozatába kezd, melynek során örökítőanyaga szinte változatlan mennyiségben és minőségben adódik tovább az utódsejtekbe. Eszerint egy felnőtt ember összes testi sejtje ugyanazt a genetikai készletet tartalmazza, annak ellenére, hogy az egyedfejlődés során a sejtek rendkívüli változatosságban jönnek létre. A zigóta és az embrionális sejtek korlátlan osztódóképességgel rendelkező, ún. differenciálatlan sejtek. A differenciálódás során az eredetileg egyforma sejtek valamilyen sajátos feladatnak, szerepnek megfelelően átalakulnak, különféle feladatok ellátására specializálódnak. A differenciálódás a soksejtű élőlényekben a szövetek és a szervek kialakulási folyamata. A differenciálódás hátterében az egyes sejtek szelektív génkifejeződése áll.

Az emberi genom - az ivarsejtek teljes genetikai anyaga –, ami kb. 21000 gént tartalmaz, magába foglalja a szervezet felépítéséhez és működéséhez szükséges összes információt. A differenciálódás során csak azok a géncsoportok működnek, amelyek elengedhetetlenek az adott feladat ellátására specializálódott szöveti sejt kialakulásához, működéséhez.

Az őssejtek

Az őssejtek korlátlan osztódóképességgel rendelkező differenciálatlan sejtek. A fejlődő embrióban az őssejtek az összes magzati szövetté képesek átalakulni. A felnőtt szervezetben az őssejtek a test javító mechanizmusaként szolgálnak, ill. a folyamatosan megújuló szerveknek – mint a vér, bőr vagy az emésztőrendszer szövetei – normális regenerálódásában is közreműködnek. Az őssejteknek többféle típusát különböztethetjük meg.

Embrionális őssejtek Totipotens őssejt: az összes szövet és szerv létrehozására képes. Ilyen pl. a zigóta. Pluripotens őssejt: csak embrionális sejtek és ivarsejtek képzésére alkalmas.

Ilyenek az embrionális-őssejtek. Szöveti őssejtek Multipotens őssejt: nem képes ivarsejt létrehozására, de bármely

más sejttípus kifejlődhet belőle. Ilyenek a kifejlett szervezet szöveti őssejtjei. Unipotens őssejt: egyetlen sejttípust képes előállítani, (pl. izom-őssejtek).

A szöveti őssejtek, melyek a szervezet számos szövetében megtalálhatók, osztódóképességük megőrzése révén biztosítják életünk során a folyamatosan elhasználódó szöveti sejtek újraképződését, a szövetek, szervek regenerálódását, megújulását.

32

Az őssejtek felhasználása a gyógyászatban

Az őssejtek haszna és orvosi felhasználása igen széleskörű. Minden olyan kórkép esetén, ahol sejtek, szövetek pusztulása okozza a tüneteket, az őssejtekből kiinduló szerv, szövet vagy sejtpótlás gyógyító hatású lehet. Az őssejteket a károsodott területre juttatva, képesek arra, hogy a károsodott szöveteket regenerálja, újra életképessé tegye. A saját szervezetből származó sejtek révén pedig jelentősen csökkenthető a kilökődési reakció, vagyis ily módon a beültetés jóval biztonságosabbá válik. Napjainkban az őssejteket leggyakrabban a vérképzőrendszert vagy az immunrendszert érintő betegségek kezelésében (csontvelő elégtelenségben), valamint egyes daganatos megbetegedések (leukémia) esetén alkalmazzák.

Az őssejtek forrásai

Csontvelői őssejtek Méhlepény, köldökzsinórvér-őssejtek Zsírszövet-eredetű őssejtek

A gyermekek születésekor levett köldökzsinórvért lefagyasztják és laboratóriumi körülmények között -190 °C-on tárolják. Ha a gyermeknek későbbiekben valamilyen szervre vagy sejtre lesz szüksége, saját őssejtjei használhatók fel a gyógyításhoz.

Az őssejtterápia távlati céljai között szerepel olyan szövetek, szervek előállítása, melyek segítségével akár pl. szívbillentyűk, ízületek, porckorongok hozhatók létre, hogy aztán beültetve átvegyék a beteg szövetek, szervek funkcióját.

Minden őssejtkezelés ugyanakkor kockázatokkal jár. Nem tudható például, hogy a beültetett őssejtek mikor indítanak el igazi szövetregenerációt, és mikor képeznek nem odavaló szöveteket (pl.csontlemezek a szívizomban vagy a gerincvelőben), ill. nem keletkeznek-e daganatok az őssejtekből. Más személyből származó őssejtek alkalmazása esetén ráadásul az összeférhetetlenséggel, a kilökődéssel is számolni kell.

Génműködés szabályzása a prokariótákban, lac-operon

Differenciált génműködés folyamatát prokariótákban írták le először. A génműködés szabályozását leíró modell az operon. Az operon általi génműködés-szabályozás a sejtek gyors és hatékony alkalmazkodását teszi lehetővé a változó környezeti feltételekhez.

A baktériumok tápanyagok levesében úszva élnek. Sokféle különböző cukor fordulhat elő a környezetükben. Mindezek felvételéhez és lebontásához szükséges enzimek egyidejű termelése sok energiába kerülne. A baktériumok érzékelni képesek a rendelkezésre álló cukor típusát és csak akkor termelik a felvételhez és lebontáshoz szükséges enzimeket, ha szükség van azokra.

A laktóz-operon – röviden lac-operon - volt az elsőként leírt génregulációs mechanizmus, aminek felfedezésért két francia kutató, a párizsi Pasteur Intézetben dolgozó Francois Jacob és Jacques Monod Nobel Díjat kaptak 1965-ben.

33

Az operon tehát a génműködés-szabályozás egysége. Megkülönböztetünk a DNS-molekulában

strukturális (szerkezeti) géneket, amelyek olyan fehérjék aminosav-sorrendjét kódolják, amik lehetővé teszik a laktóz felvételét és lebontását,

továbbá régió szakaszokat, amelyekről nincs átíródás – nem kódolnak fehérjét -, ezek a struktúrgének átíródását lehetővé tevő – szabályozó - egységek.

A lac-operon a következő elemekből áll:

három strukturális gén, promóter, az RNS polimeráz kapcsolódási helye, operátor régió, egy olyan DNS szakasz, ahol egy gátlófehérje képes megkötődni,

megakadályozva a fenti struktúrgének átírását, abban az esetben, ha nincs laktóz a tápanyagok között.

Laktóz hiányában

a gátlófehérje az operátorhoz kapcsolódik és megakadályozza a struktúrgének átírását.

Laktóz jelenlétében

a gátlófehérje megköti a laktózt, szerkezete megváltozik, leválik az operátorról és nem képes tovább akadályozni az RNS polimerázt a struktúrgének átírásában.

Eredményül átíródnak a struktúrgének, fokozódik a laktóz felvétele, lebontása.

Video

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFeGpaNW5lUVhZUlk/view?usp=sharing

Epigenetikai szabályozás, a gének kifejeződésének módosítása

A környezetből számos olyan, ún. epigenetikai hatás (pl. táplálék, mozgás, gyógyszerek, mérgek, lelki hatások, stressz, stb.) érheti az örökítő anyagot, amelyek a DNS nukleotid-sorrendjét ugyan nem változtatják meg, viszont a génműködésekben változásokat idéznek elő (pl. DNS metiláció, hiszton acetilálás stb.). Az epigenetikai hatások miatti változások egy része az utódsejtekre is átadódhat. A jelenséget epigenetikai szabályozásnak nevezzük.

A szabályozás hátterében vagy a DNS, vagy a DNS-hez kapcsolódó szerkezeti fehérjék (hisztonok) kémiai módosítása áll, pl. a nukleotidokhoz kapcsolódó (metil-)csoport gátolja, míg a fehérjékhez kötődő (acetil-)csoport megindíthatja a gének átírását.

34

A génkifejeződés megváltoztatásának egy módja a nukleoszómák töltéseinek megváltozása acetilálás révén. Ha a pozitív töltés semlegesség válik, a DNS lecsavarodhat a hiszton-fehérjékről és így megindulhat az átírás.

A DNS metilációja ellentétes hatású, a heterokromatin állapot kialakulását eredményezi, ami az átírást és így a génműködést blokkolja.

A második világháborút követően az éhínség idején születetteknél megfigyelték, hogy hízékonyabbak voltak azoknál, akik az éhínség előtt vagy után születtek, továbbá magasabb volt a koleszterin-szintjük is. Az átlagnál jobban fenyegette őket az elhízás, a cukorbetegség, idős korukban pedig halandóbbak is lettek, 68 éves koruk felett tíz százalékkal magasabb volt a halandóságuk a hasonló korúaknál. A jelenség hátterében az állt, hogy az éhínség idején születettek szervezetében a gének kifejeződéséért felelős metil-csoportok kikapcsolták a PIM3 nevű gént, amely a test anyagcseréjében játszik szerepet. A gén kikapcsolásával az éhínség idején születettek szervezete kevésbé égette el a szervezetükben felhalmozott energiatartalékokat, ez okozhatta az elhízást és az emiatti következményeket.

Az anyai hatás, mint az epigenetikai változások egyik oka

Az anyai hatás lényege, hogy a petesejtek citoplazmája olyan molekulákat – pl. fehérjéket - tartalmaz, amelyek a megtermékenyülést követően egy ideig irányítják az embriók fejlődését. Ennek köszönhetően az anyai szervezetet ért hatások befolyással vannak az embrió fejlődésére, tulajdonságainak kialakulására.

Vannak olyan környezeti tényezők (pl. a dohányzás), amelyek gátolják az anyai hatás anyagainak bekerülését a petesejtek citoplazmájába. A dohányzás például három generáció asztma valószínűségét fokozza jelentős mértékben, a terhes dohányzó nemcsak önmagát és magzatát, de utóbbi ivarsejtkezdeményeit is károsítja.

A tökéletlenül „feltöltött” petesejtek eredményezhetik pl. a nyitott gerinccsatorna kialakulását is. Ma már ismert, hogy a folsavhiány növeli a betegség kialakulásának kockázatát, mivel a folsav a petesejtek "feltöltődésének" legfontosabb tényezője.

A genetikai anyag mesterséges módosítása, a GMO technológia

A GMO (Genetically Modified Organisms) olyan élő szervezet, amelynek genetikai anyagát génbevitellel módosították. Az eljárásnak köszönhetően a szervezet olyan új genetikai kombinációkkal rendelkezik, amely a természetben nem található meg.

Az 1. generációs GMO tápláléknövényekbe a termesztők szempontjából hasznos géneket juttattak, melyek növényt

ellenállóvá teszik a szárazsággal, a hideggel szemben, azaz stressztűrővé válnak a növények,

ill. rezisztenssé válnak különféle patogének (rovarok, baktériumok, gombák) ellen. Például kukoricába beültették a Bacillus thüringiensis nevű baktérium faj rovarölő

génjét (Bt-toxin), amely a kártevők ellen teszi rezisztensé a növényt, hiszen a kártevő elpusztításához szükséges vegyszert maga a növény termeli.

35

A későbbi generációs GMO-k bioreaktoroknak, ill. gyáraknak tekinthetők, mert olyan anyagokat termeltetünk velük, amelyeket hagyományosan az ipar produkál:

kórokozók elleni vakcinákat, hormonokat (pl. inzulin), véralvadásban szerepet játszó anyagokat stb.

Az aranyrizs különlegessége abban áll, hogy felruházták béta-karotint termelő génekkel, ami az A-vitamin előanyaga. A béta-karotinnak köszönhetően az emberi szervezet képessé válik maga is előállítani az A-vitamint a májban.

Genetikailag módosított haszonállatok, mint pl.

gyorsabban növekvő lazac, különféle emberi transzgéneket a májában kifejező sertés, abból a

célból, hogy a mája átültethető legyen emberbe. Argentin tudósok emberi anyatejet adó szarvasmarhát állítottak elő.

Milyen előnyök származtathatnak a GMO növényekből?

Csökkentik a környezet növényvédőszer terhelését. Megtakaríthatók a permetezési és vegyszerköltségek. Csökkentik az öntözővíz és műtrágya szükségletet. Mivel a Bt-toxint a növény termeli, a nem kártevő ízeltlábúak között sokkal kevesebb

kárt okoz, mint a vegyszeres rovarirtás (méhek pusztulása). Bioszintetizátor élőlények: gyógyszer-, hormon-, enzim-, és szervtermelő állatok.

Ellenérvek

Abban az esetben, ha a GMO-növénybe antibiotikumrezisztencia-gént is beültettek, a gén(ek) átkerülhetnek élősködő baktériumokba és azok ellenállóvá válhatnak az antibiotikummal szemben.

A Bt-toxint a növény minden sejtje termeli, mennyisége kb. 1500-2000-szerese a hasonló permetezőszer egyszeri ajánlott dózisának.

A talajba szántott növényi részekben lévő toxin lassabban bomlik el, mint a hasonló permetezőszer toxinja.

Mérgezőképesség emberre és állatra, allergia kiváltása, új allergének megjelenése. Alig ismerjük a genetikailag módosított szervezetek hosszútávú környezeti,

ökológiai, egészségügyi, társadalmi hatásait és kockázatait.

GMO szervezetnek tekinthetjük az olyan baktériumokat is, melyek genetikai anyagát génbevitellel megváltoztatjuk. A mesterséges baktérium-transzformáció során a bejutatott DNS által kódolt fehérje termeltetése a cél, melyet különféle módon kinyerve felhasználhatóvá válik, mint pl. az E. coli által termelt inzulin.

36

A sejtek osztódása, sejtciklus, tumorképződés

Bevezetés

A soksejtű szervezetek egyedfejlődése a megtermékenyített petesejtből - a zigótából - indul ki. E szervezetek kifejlett állapotban nagyszámú és sokféle sejtből épülnek fel, pl. egy átlagos súlyú felnőtt emberi szervezet kb. 1O14 (1OO billió) sejtből áll. Ezek részben folyamatosan elhasználódnak, pusztulnak, ezért állandóan pótlódniuk kell.

Ez utóbbi nagyságának érzékeltetésére: egy felnőtt ember ereiben 5 liter vér kering, egy köbmilliméter vérben 5 millió vörösvértest van, ez tehát 5 literre számítva összesen 2,5 x 1O13 vörösvértestet jelent.

E sejtek átlagos élettartama 12O nap, azaz 12O nap alatt 2,5 x 1O13darab új vörösvértestnek kell képződnie, ami pedig minden másodpercben 2,5 millió sejtosztódást jelent.

A sejtek azonban nemcsak sokasodnak, hanem növekednek és fejlődnek is.

Egy sejt, miután létrejött, két fejlődési út elé nézhet:

Soha többé nem osztódik, megindul a differenciálódás útján, specializálódik, valamilyen szöveti sejtté alakul (Go fázis). Ez jellemző sejtjeink többségére.

A másik lehetőség szerint, a sejt rövid pihenőt követően újra osztódik, amikor is az osztódás és az osztódások közötti időszakok szabályosan követik egymást. Ebben az esetben sejtciklusról beszélünk. Ez jellemző az embrionális sejtekre, ill. az állandóan osztódó sejtekből álló szövetetekre, mint pl. vörös csontvelő, bélhám, többrétegű elszarusodó hám, ivarszervek csírahámjai, továbbá kóros esetben ilyenek a tumorsejtek.

A sejtciklus

A sejtciklus alapvetően két fázisra osztható:

az osztódás fázisára, az osztódások közötti, ún. interfázisra.

1. Az interfázisos sejtben

a maghártya élesen elkülöníti a mag állományát, aminek

belsejét a kromatinállomány tölti ki, ahol a „kromoszómák” egy kromatidás állapotban vannak, minden DNS molekulából 1 kópia van csak.

2. Az osztódó magban

a maghártya feldarabolódik, majd eltűnik, az előzőleg megkettőződött kromatinállomány kromoszómákká tömörödik.

Az interfázis

Az interfázis a sejtmag látszólagos nyugalmi állapota. A nyugalmi szó pontatlan kifejezés, mert a sejt ilyenkor egyáltalán nem pihen, a sejtmagban számos olyan folyamat zajlik, amely a sejtosztódást készíti elő.

37

Az interfázist három szakaszra osztjuk:

G1 szakasz, (G, angol gap = (idő)rés) S szakasz, G2 szakasz.

A G1 szakasz az osztódást közvetlen követi.

A létrejött utódsejtek:

növekednek, bennük intenzív génműködés zajlik, a sejtszervecskéiket megsokszorozzák, lemerült energiaraktáraikat feltöltik.

Azok a sejtek, amelyek már nem osztódnak tovább, a G1 szakaszból a GO szakaszba kerülnek. A G1 fázisnak az a pontja, ahol a sejtek e válaszút elé kerülnek, az ún. restrikciós időpont. Ha a sejt a restrikciós ponton túljutott, akkor nincs többé visszaút, a sejt determinálódott és valamelyik differenciálódási pályán indul el.

Maga a determináció azt a pillanatot jelenti, amelyben az illető sejt egy specifikus fejlődési pályára lép. Ez egy adott genetikai program, differenciált génműködés beindulását jelenti.

A differenciálódás a sejtek sokfélesége létrejöttének az alapja, amelynek során az eredetileg egyforma sejtek más és más speciális képességekre tesznek szert.

Az S szakasz

Az S fázisban történik a DNS megkettőződése, a két kromatidás kromoszómák második kromatidáinak kialakulása. Az osztódás során a megkétszereződött DNS állomány megoszlik az utódsejtek között.

A G2 fázis

Rövid nyugalmi szakasz, amelyben a sejt létrehozza azokat az anyagokat, amelyek az osztódáshoz kellenek (pl. húzófonalak fehérjéit).

A DNS megkettőződése, a replikáció

A sejtek osztódásához szükséges a genetikai információ pontos megkettőződése és átadása az utódsejteknek, ez biztosítja ugyanis a biológiai információ lényegében változatlan megőrzését az utódnemzedékben. A DNS-megkettőződés során a DNS-molekula pontos másolata jön létre. A replikáció alatt a DNS-molekula két szála elválik egymástól és az így különváló láncok mintaként szolgálnak egy-egy újabb DNS-szál szintézisének. A DNS-molekulában észlelhető szabályosság, a bázisok megfelelő kapcsolódása képezi az alapját a genetikai információ egyértelműen pontos másolásának, a replikációnak (adeninnel szemben mindig timin van, citozinnal szemben pedig guanin helyezkedik el).

A replikáció pontossága, hibajavító mechanizmus

A tulajdonságok megfelelő öröklődése szempontjából rendkívül fontos, hogy az örökítő anyagot a sejtek pontosan lemásolva adják át egymásnak. Ennek biztosítéka egyrészt a másolás pontossága, másrészt a replikáció során történt hibák kijavítása. Az emberi genom 3 milliárd nukleotid egységből épül fel, replikációjakor átlagosan 3 hiba történik. A replikáció ilyen pontosságáért a hibajavító mechanizmusok felelősek.

38

A replikációban bekövetkező hibák korrigálásáért hibajavító enzimek felelősek. A folyamat során az enzim felismeri a hibás szakaszt, kihasítja, majd megfelelő nukleotidokkal pótolja a kivágott részt.

A hibás DNS kijavításának hiányával összefüggő ritka betegségek mind korai halált okoznak: mint pl. a korai öregedés a Gilford-szindróma, amelynél a gyermekkorban az aggkorra jellemző tünetek kialakulása jellemző.

Video

https://drive.google.com/file/d/0B15KJwYa2uMFeDJsQjJQZHdJUEk/view?usp=sharing

A sejtek szaporodása

Az eukarióta sejtek osztódással szaporodnak. Az osztódás lényegesebb formái:

mitózis, meiózis (lásd genetika jegyzet).

A mitózis

A mitózis fonalas sejtosztódást jelent (mitosz = fonál). A mitózis, más néven számtartó sejtmagosztódás lényege, hogy az interfázisban megkettőződött DNS - melyek a kromoszómák egyes kromatidáit alkotják – egyenlő mértékben megoszlik a két utódsejt között, két utódsejtmag jön létre, amelyekben ugyanolyan számú kromoszóma van, mint az osztódás előtti magban volt.

A számtartó sejtmagosztódás bonyolult, általában néhány óra alatt lejátszódó folyamat.

Mitózissal osztódnak a növények és az állatok testi sejtjei.

A mitózis folyamatán belül 4 fázist különböztetünk meg.

1. Profázis

A kromatin fokozódó tömörödése jellemzi, láthatók lesznek a kromoszómák.

2. Metafázis

A kromoszómák a sejt középső síkjában rendeződnek el,

a kromoszómák befűződéséhez húzófonalak kapcsolódnak, ez a magorsó.

3. Anafázis

A húzófonalak a kromatidákat a sejt két pólusára mozgatják.

39

4. Telofázis

A pólusokra érkezett kromatidák fokozatosan letekerednek, a sejthártya befűződik, a sejt kettéválik, az utódsejtek G1 fázisba

jutnak, a kromoszómák 1 kromatidás állapotba kerülnek.

A sejt osztódása alatt a sejtszervecskék kb. egyenlő mértékben elosztódnak az utódsejtek között.

Video

https://drive.google.com/file/d/1eRCSE14QQINYvIDjRngMtNcxmdzsRS8y/view?usp=sharing

A sejtciklus szabályozása, jelforgalmi hálózatok

Az eukarióta sejtek osztódási ciklusát szigorúan szabályozott folyamatok sorozata jellemzi. E folyamatok visszafordíthatatlan változásokat eredményeznek a ciklusban lévő sejtekben.

A soksejtűeknél a ciklus beindításához nélkülözhetetlenek az ún. növekedési faktorok, melyek jelátviteli útvonalak közvetítésével aktiválják az osztódáshoz szükséges géneket.

A sejttípusok többsége csak akkor képes osztódni, ha a sejthártya molekulái közvetítésével kapcsolatot tudnak kialakítani a sejten kívüli tér megfelelő molekuláival (letapadás függőség).

Ugyanakkor a sejt-sejt kapcsolatok kialakulása a normális működésű sejtekben gátolja a ciklust. Ennek eredményeképpen a sejtek a rendelkezésre álló felületet beborítják, kitöltik, majd az osztódás leáll.

A soksejtű szervezetekben az osztódások száma korlátozott. Ismert, hogy emberi szövettenyészetekben egyes sejtek esetében a ciklusszám kb. 50. Ezt követően a sejtek G0 fázisba lépnek, majd elpusztulnak. E jelenség hátterében a kromoszómák végdarabja, a telomera ciklusról-ciklusra történő rövidülése áll.

A ciklus meghatározott pontjain ellenőrző pontok működnek, melyek a részfolyamtok pontosságáért, ill. meghatározott sorrendjéért felelősek. Mutációs eredetű hibák a sejtciklus szabályozásának felborulását eredményezhetik. A szabályozás felfüggesztése a sejtek kontrollálatlan osztódásához, sejtburjánzás kialakulásához, tumor képződéséhez vezethet.

Az állandóan változó külső környezetben az állati szervezet homeosztázisát a biológiai szabályozás teszi lehetővé. A szabályozás feltétele az egyes sejtek, szövetek, szervek működésének összehangolása. A soksejtű szervezetben a homeosztázis érdekében a sejtek között szoros együttműködés van. Valamennyi sejtnek értesülnie kell a többi sejt állapotáról, valamint a saját működésének változásairól. Ez úgy valósul meg, hogy a soksejtűekben a sejtek között egy olyan kommunikációs rendszer létezik, ami a sejtek működésének az összehangolását, így az egész szervezet normális működését szolgálja. A sejtek közötti kommunikáció, az egyes sejtek által kapott és adott jelek sorozata, amely meghatározza a sejtek helyét és feladatát. Amennyiben egy sejt valami folytán kiesik e kommunikációs rendszerből, akkor elpusztul, vagy kóros elváltozásokat hoz létre, mint pl. a rákos daganatok sejtjei. A különféle feladatokat ellátó egységek összehangolását tehát a köztük működő kommunikáció teszi lehetővé, melynek során egyes sejtek különféle jeleket bocsátanak ki, amelyeket más sejtek - a célsejtek - felismernek, aminek következtében működésüket megváltoztatják.

40

A jel megjelenése meghatározó jelentőségű, de a szabályozás szempontjából ugyanilyen jelentősége van a jel megszűnésének is. Ezért a jelmolekulák élettartama meglehetősen rövid (percek, másodpercek).

A jelforgalmi hálózatok működhetnek

a sejtek között, sejten kívül, de egyaránt lehetnek sejten belül is.

A sejtek közötti kommunikációban a jelként ható vegyületek lehetnek pl. hormonok, szöveti hormonok, sejtfelszíni molekulák.

A kommunikációnak, a jelátvitelnek a szervezet szintjén több formája alakult ki:

az endokrin kommunikáció a hormonális szabályozás alapja, aminek során belső-elválasztású mirigyek, hatóanyagaikat, a hormonokat a vérbe ürítik, amely elszállítja azokat a célsejtekhez, megváltoztatva működésüket.

neurokrin kommunikáció, amely az idegi szabályozás alapja. parakrin kommunikáció, melyre példát a tápcsatorna falában

termelődő szöveti hormonok kapcsán látunk, ilyenkor a jelet kibocsájtó sejtek a környezetükben levő sejtek működését befolyásolják.

Autokrin kommunikáció, ahol az elválasztott anyag a sejt saját működését befolyásolja.

A jelfelfogó sejt a célsejt, mely a jeleket specifikus receptoraival köti meg. A receptor jelenléte teszi szelektívvé a hatást a különféle sejtek között. A receptorok elhelyezkedésük szerint lehetnek:

sejten belüliek, sejten kívüliek.

Például az ivari – szteroid – hormonok receptorai a citoplazmában találhatók. A hormonok bejutva a sejtbe, sejten belüli receptorhoz kapcsolódnak. A kötődést követően a receptor-hormon komplex a DNS-hez kötődik, aminek következtében egyes gének működése megváltozik, ami hatással van az egyedfejlődésre (nemi érés).

A sejten kívüli receptorok a sejthártya felszínén helyezkednek el. Mivel a jel nem jut be a sejt belsejébe - ahol azok az anyagcsere folyamatok zajlanak, amelyekre hat - szükség van egy olyan sejten belüli jelre, ún. másodlagos hírvivőre, amely a membrán felszínén történő változásokat közvetíti a sejt belseje felé. Ilyen másodlagos hírvivő pl. a cAMP, vagy a Ca-ion. A másodlagos hírvivők a sejten belül különféle enzimekre hatnak – serkentik, ill. gátolják azokat -, amivel megváltoztatják a sejtek működést.

41

A daganatokról, rákbetegségről általában

Az emberi test mintegy 220 különböző sejttípusból áll. A sejtek normális körülmények között szabályosan növekednek, majd osztódnak, s így újabb sejtek születnek. A felnőtt szervezet sejtjei különböző mértékben őrzik meg osztódóképességüket: egyes szervekben - például a bőr és a belek hámborítása, vagy a vérképző vörös csontvelőben– folyamatosan osztódó sejtek vannak, mivel ezeken a helyeken a sejtpusztulás mértéke is nagy. Ugyanakkor a legtöbb sejtünk kialakulása után végérvényesen elköteleződik, teljesen elveszítik osztódóképességüket és valamilyen feladat ellátására specializálódnak.

Rák, vagyis rosszindulatú daganat abban az esetben alakul ki, ha a sejtciklust szabályozó folyamatokban hiba lép fel, a normálisan zajló, kontrollált osztódás helyett szabályozatlan sejtburjánzás indul be. A rákos sejtek (ún. tumorsejtek) szakadatlanul osztódnak, és olyan differenciálatlan, folyamatosan osztódó sejteket hoznak létre, melyekre a szervezetnek semmi szüksége. Az így képződő szövethalmazt tumornak vagy daganatnak nevezzük.

A rák kialakulása és a sejtciklus zavarai

A rák kialakulását minden esetben az örökítőanyagot érintő mutációk felhalmozódása okozza. Csak azok a mutációk okoznak daganatot, amelyek a sejtciklust szabályozó fehérjék működését érintik. A daganatkialakulás szempontjából érintett gének

a proto-onkogének, melyek olyan fehérjéket kódolnak, amik növekedési jeleket fognak fel a sejtekben. E géneknek mutációi eme fehérjék aktivációját idézik elő, aminek hatására az érintett sejt úgy érzékeli, mintha a növekedési jelzés folyamatosan jelen volna. Az aktivált proto-onkogéneket onkogéneknek nevezzük.

Tumor-szuppresszorok, daganatelnyomó gének fehérjéi működésük során féken tartják a sejtosztódást, a sejtciklust hiba esetén leállítják.

A DNS-hibajavítók és az apoptózis-szabályozók, amelyek olyan fehérjéket kódolnak, melyek a

programozott sejthalált beindítják.

A rákos elváltozások kialakulásához általában öt-hat egymást követő mutáció szükséges.

Alapvető fontosságú, hogy a sejtciklus egyes fázisai a megfelelő sorrendben kövessék egymást, s a sejt csak akkor tudjon átlépni egy következőbe, ha az előzőt tökéletesen befejezte. Ellenkező esetben a genetikai anyag eloszlásában zavarok léphetnek fel. Elveszhetnek kromoszómák vagy kromoszómarészletek, vagy egyenlőtlenül osztódnak szét az utódsejtek között. A tumorsejteknél gyakran jellemzők ilyen elváltozások.

Ezeket a problémákat a sejtciklus ellenőrzési pontjai hivatottak kiküszöbölni azáltal, hogy leállítják a sejtciklust addig, amíg a hibák kijavításra kerülnek, vagy ha ez nem lehetséges, programozott sejthalálra, apoptózisra késztetik a sejtet. Ha azonban egyik sem következik be, akkor rákos elfajulás jöhet létre: a sejt irányíthatatlan módon osztódni kezd. Az eredeti hibás sejtből egy tumoros sejtvonal alakul ki, amely halhatatlanná válik.

42

A sejtciklus ellenőrzési pontjai

Ahhoz, hogy a sejt megkezdje és végig is vigye az osztódás folyamatát, számos feltételt teljesíteni kell. E feltételek teljesülését a sejt az úgynevezett ellenőrzési pontokon vizsgálja meg, és csak akkor halad tovább, ha minden rendben zajlik.

Az első ellenőrzési pont, a G1 fázisból a szintézisbe (S) való átmenet a legfontosabb, hiszen ez az, amelyik a sejtciklusba való belépést, illetve a sejtosztódás megkezdését szabályozza.

Az átlépés feltétele rendszerint az osztódást serkentő jelmolekulák, az úgynevezett növekedési faktorok felszaporodása a sejt környezetében, melyek sejtfelszíni receptorokon keresztül jelátviteli láncreakciókat indítanak meg a sejten belül. Mindez azonban csak akkor következhet be - és ez az ellenőrzési pont lényege -, ha a DNS nem károsodott például sugárzás vagy vegyi anyagok által. Ha a rendszer hibát észlel, az aktivált gátló molekulák közvetítésével megakadályozza a G1/S ellenőrzési ponton való áthaladást, amivel esélyt ad a hibák kijavítására, illetve amennyiben ez nem lehetséges öngyilkosságra kényszeríti a sejtet.

A második ellenőrzési pont a G2/M átmenetet felügyeli. Itt kell a sejtnek meggyőződnie arról, hogy a DNS másolása megfelelően zajlott-e le.

A harmadik, utolsó ellenőrzési pont, hogy megfelelően váltak-e szét az osztódás során a kromoszómák.

A felnőtt szervezetben osztódásra általában csak a nem véglegesen elkötelezett őssejtek képesek, bár kivételképpen megemlíthetők a máj sejtjei, melyek szükség esetén mégis vissza tudják nyerni osztódóképességüket (regeneráció). Korábban úgy gondolták, hogy a daganatok csak a véglegesen elkötelezett, differenciált sejtekből fejlődnek az elköteleződés "visszaprogramozódásával", azonban ma már tudott, hogy számos daganat kiindulópontjául a sejtciklust csak átmenetileg elhagyó, de abba bármikor könnyen visszabillenthető őssejtek szolgálnak.

Bár a daganatok kialakulása minden esetben az örökítőanyag meghibásodására vezethető vissza, a daganatos betegségeket a kiváltó okok szerint alapvetően két csoportra oszthatjuk,

egyrészt környezeti tényezők okozzák a rákhoz vezető mutációk felhalmozódását, melyek kialakulását öröklött genetikai tényezők is növelhetik.

Másrészt tisztán örökletes, genetikai okok játszanak egyértelműen meghatározó szerepet a rák kialakulásában. A rosszindulatú daganatok nagyjából öt-tíz százaléka tartozik ebbe a csoportba.

A rák nem egyetlen betegség, hanem egy gyűjtőfogalom, amely száznál is többféle megbetegedést foglal magába. Megkülönböztetünk jó- és rosszindulatú daganatokat.

Az elsődleges daganatok, jó- és rosszindulatú daganatok A daganat lehet jóindulatú (benignus). Bár ez is kontrollálhatatlanul növekedik, de

nem tör be a környező szövetekbe, és nem pusztítja el őket, egy hártya borítja, amely elszigeteli őket a környezetüktől, általában lassan növekednek,

43

rendszerint eltávolíthatók, és legtöbbször nem újulnak ki, a belőlük származó sejtek nem szóródnak szét a szervezetben, nem képeznek áttétet, és ami a legfontosabb, a jóindulatú daganatok általában nem veszélyeztetik az életet.

A rosszindulatú (malignus) vagy rákos daganatoknál

a daganatos sejtek kontrollálatlanul és megállíthatatlan módon osztódnak. A tumort szinte soha nem borítja határoló hártya, és ezért a tumorsejtek betörve a környező szövetekbe (orvosi kifejezéssel ezt beszűrődésnek,

infiltrációnak nevezik) áttéteket képeznek. Amint a daganat növekszik, megkezdi saját vérellátásának kiépítését. A tumorsejtek

elveszik a táplálékot az egészséges sejtek elől, a beteg gyengül, és fogyásnak indul. A rosszindulatú tumorokat két alapvető csoportba sorolják:

1. Az ún. karcinómák hámszövetben fejlődnek ki. A bőrön kívül ide tartoznak a szervek belső falát burkoló sejtrétegek is, például a bélcső üregének hámborítása.

2. Az ún. szarkómák kötőszövetekből indulnak ki.

Az egyes ráktípusokat a megtámadott szerv alapján is elnevezték (például emlő-, tüdő-, gyomorrák stb.).

A rák hatása a szervezetre

A rák számos módon fenyegeti a szervezetet. Maga a daganat fizikailag hatást gyakorolhat a környezetében lévő szervekre, vezetékekre vagy véredényekre, fájdalmat és egyéb tüneteket okozva. Például az agyban lévő tumor fontos agyterületeket nyomhat (agyműködési zavarokat okozva), vagy a hasnyálmirigyben növekvő daganat elzárhatja az epevezetéket.

Amikor a rák betör a környező szövetekbe, a megsérült véredények miatt vérzések keletkezhetnek, a megtámadott szervek működésében pedig problémák lépnek fel.

A tumorsejtek bejuthatnak a vér- és a nyirokkeringésbe, és távoli szervekhez is eljuthatnak. E szervekben megtapadhatnak, s osztódásukkal megindulhat a távoli áttétek (metasztázisok) kialakulása.

Sajnos számos daganat esetében az elsődleges tumor sokáig anélkül növekedhet, hogy a beteg által észrevehető tüneteket okozna. Pedig a gyógyulásra sokkal nagyobb esély van, ha a kezelések idejében, az áttétek kialakulása előtt megkezdődnek. Ezért elengedhetetlenek a rendszeres szűrővizsgálatok. A rák kezelése

Biztos diagnózist a tumorgyanús területről kinyert szövetrész szövettani vizsgálata adhat, amelyet patológus szakemberek végeznek el. A szövettani vizsgálattal meg lehet állapítani

a betegség súlyossági fokozatát, a daganat kiterjedését, a betegség várható lefolyását (prognózis), a daganat érzékenységét a kemoterápiás szerekre, ami az optimális kezelés

megtervezését segíti.

44

A rák kezelésének napjainkban három hagyományos módszere van.

1. Az első a sebészeti beavatkozás. Az operáció során eltávolítják a daganatot és a daganat típusától függően a környező szöveteket vagy szerveket (például nyirokcsomókat). A műtétet megelőzheti ún. biopszia, amelynek során szövettani mintát vesznek a daganatból.

2. A második módszer a sugárkezelés (radioterápia). Az eljárás során nagy energiájú gamma vagy röntgensugárzással próbálják elpusztítani a tumorsejteket. A sugárkezelés lokális kezelés, azaz egy körülhatárolt területre irányul. A teljes dózis egyszerre történő adása súlyos mellékhatásokkal járna, ezért a kezeléseket általában napi adagokban kapja a beteg, mert a hatás összeadódik.

3. A harmadik módszer a kemoterápia. Ennek során olyan sejtmérgeket (citosztatikumokat) alkalmaznak, amelyek különösen a gyorsan osztódó sejtekre (így például a tumorsejtekre) fejtik ki hatásukat. A kemoterápiás szereket a vérkeringésbe juttatják, így azok a szervezet minden részére eljutnak. A kemoterápiás kezelés káros mellékhatásainak alapját az képezi, hogy a kemoterápiás szerek hatása nem csak a rákos sejteket érinti. E szerek hasonló, tehát a sejtosztódást gátló, sejtpusztító hatást fejtenek ki a szerveinket, szöveteinket felépítő sejtek közül mindazokra, amelyek a ráksejtekhez hasonlóan gyors tempóban szaporodnak.

Célzott daganatterápiák

A célzott kezelések a hagyományos kezelésekkel szemben egy meghatározott molekuláris célpontra irányulnak. Ez a célpont általában egy fehérje, amely folyamatos növekedésre és osztódásra készteti a sejteket. A célzott terápiák feladata, hogy a hibásan működő fehérje - vagy más, a daganatsejt jelátviteli láncolatában elhelyezkedő, szintén hibásan működő molekula - működését gátolja, leállítva ezzel a tumorsejt növekedésének és osztódásának folyamatát. Az új és az eddig is alkalmazott rákgyógyszerek között az alapvető különbség, hogy a célzott terápiás gyógyszerek elsősorban a daganatsejteket pusztítják, ezért általában a mellékhatásaik is sokkal enyhébbek. A célzott kezelések a daganatsejtek olyan genetikai sajátosságait használják ki, amelyek a normális sejtekben nincsenek jelen.

Az immunterápia a szervezet saját természetes védekező rendszerének serkentésével törekszik a rák féken tartására, illetve leküzdésére. Ennek egyik lehetséges módja, hogy a beteget a saját daganatából készített vakcinával oltják be, így próbálva megtanítani az immunrendszert a rákos sejtek felismerésére

Általában a hét figyelmeztető jel

1. Szemmel látható változások szemölcsön, anyajegyen. 2. Széklettel és vizelettel kapcsolatos változások. 3. Makacs köhögés vagy rekedtség. 4. Állandóan fennálló nyelési nehézségek. 5. Nem gyógyuló fekély vagy sérülés a bőrön. 6. Szokatlan vérzés, váladékfolyás. 7. Tapintható duzzanatok a mellben vagy a test más részén.

45

A korai tünet ritkán jár fájdalommal. Ha ezeknek a jeleknek bármelyike több, mint két hétig észlelhető, azonnal orvoshoz kell fordulni! A tünetek természetesen nem minden esetben jelentenek rákos betegséget.

Európai Rákellenes Kódex

Alapvető tanácsok a rák megelőzéséhez és korai felismeréséhez. A malignus tumorok több, mint fele megelőzhető lenne!

Ne dohányozz! Ha alkoholt iszol - akár sört, akár bort, vagy szeszt - mérsékeld a fogyasztást! Növeld a napi főzelék- és friss gyümölcsfogyasztást! Gyakran fogyassz magas

rosttartalmú növényi táplálékot! Kerüld az elhízást, fokozd a fizikai tevékenységedet, és korlátozd a zsíros ételek

fogyasztását! Óvd magad a túlzott napfénytől és kerüld a napon való leégést, különösen

gyermekkorban! Keress fel orvost, ha csomót észlelsz, vagy ha fekélyed nem gyógyul! Menj orvoshoz, ha bőrödön olyan elváltozás van, amely alakját, nagyságát vagy

színét változtatja, esetleg vérzik! Vizsgáltass ki minden makacsul fennálló problémát, legyen az állandó köhögés,

rekedtség, a széklet vagy a vizelés ritmusának megváltozása, magyarázat nélküli fogyás! Nők számára:

szabályos időközökben vegyél részt szervezett méhnyakrák-szűrési programban! Vizsgáld meg emlőidet szabályos időközökben. Ha elmúltál 50 éves, vegyél részt mammográfiás szűrésen!

A Nemzetközi Rákellenes Unió 2011-ben nyilvánította február 4-ét a rák világnapjának (World Cancer Day). Ezen a napon a szakemberek minden évben rendezvényekkel, kiadványokkal és sajtóanyagokkal igyekeznek tudatosítani az emberekben, hogy megfelelő életmóddal, odafigyeléssel, rendszeres szűrővizsgálatokkal a daganatos megbetegedések jelentős része megelőzhető. Felhasznált irodalom Falus András Epigenetika Sass Miklós, Laskay Gábor Molekuláris sejtbiológia Daganatok.hu

46

Gyakorló feladatok

47

Megoldás

48

Megoldás

49

Megoldás

50

51

Megoldás