FYZIOLOGIE BUŇKY
Buňka -základní stavební a funkční jednotka těla - je nejmenší jednotkou živého organismu schopnou nezávislé existence (metabolismus, pohyb,růst, rozmnožování, dědičnost = schopnost buněčného dělení) - fyziologie orgánů a systémů je založena na komplexní funkci buněk, ze kterých je složena - komplexní funkce je dána strukturou na subcelulární úrovni
Základem kmenová buňka – schopnost reprodukce, diferenciace Životní cyklus buňky - cyklický charakter Schopnost obnovy – epidermis 2 týdny x sliznice žaludku 2 – 3 dny X Specializované buňky (neurony, svalové buňky) Zánik: nekróza (patologický proces) apoptóza
Buněčný cyklus: regulace cykliny Mitóza – zdvojení chromozómů (0,5 – 2 h) X meióza- půlení chromozomů Interfáze (6 – 36 hod)
G1 fáze: růst, difer. S fáze: dvoj.chrom. G2 fáze: příprava mitózy
Apoptóza – programovaná buněčná smrt: 1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji 2. Přizpůsobení tkáně při zátěži 3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové bb.) Signální kaskáda regulována – pozitivně i negativně = aktivace Ca 2+-Mg 2+endonukleázy – rozpad DNA – fragmentace (kondenzace chromatinu, segmentace jádra, svinutí plazmatické membrány do vakovitých výběžků, konstrikce jejich báze a vytvoření apoptotických tělísek- organely v nich jsou intaktní a schopné funkce - fagocytovány makrofágy
Nekróza - patologický proces vyvolaný : toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, který vyvolává rozvrat iontové intracelulární homeostázy Nedostatek ATP Zvýšení i.c. koncentrace Ca2+ aktivace Ca2+-dependentní fosfolipázy dilatace ER, alterace mitochondrií, zduření buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky
Stavba buňky – tři typické části: 1. Plazmatická membrána – selektivně permeabilní, odpovědná za tvar, odděluje vnitřní struktury od vnějšího prostředí, kontakt – komunikace 2. Cytoplazma a organely – tekuté prostředí buňky mezi jádrem a plazmatickou membránou organely – specifická funkce 3. Jádro – obsahuje genetickou informaci řídící činnost buňky
Plazmatická membrána
Uspořádání periferních a integrálních proteinů
Polární část – hydrofilní část – vystavena vodnímu prostředí Nepolární – hydrofobní část Vysoký obsah cholesterolu – vysoká rigidita membrány
Model struktury: „tekutá mozaika“
- stavba membrány není rigidní, jednotlivé složky stále mění postavení
Glykoproteiny a glykolipidy
Cukerná složka – negativní náboj
Komunikace jádra s prostředím: Jádro: uchovává a předává genetickou Jaderná membrána – komplex vnitřního a vnějšího listu vytvářející perinukleární informaci (DNA) nutnou k sy prostor proteinů Vnější list napojen na granulární ER a Replikace DNA spolu s vnitřním listem tvoří póry (50 –70 nm) - otevírání x zavírání Syntéza m-, t- a i-RNA Řízení diferenciace, maturace a funkce Prostup látek: a) póry – selektivní pro proteiny a RNA, závislý na ATP – buňky transportér? +difúze b) přes membránu
Endoplazmatické retikulum
Komunikace s jádrem Ribosomy - syntéza proteinů Tvorba glykoproteinů
Detoxikační význam Enzymy- sy steroidů a MK a glykogenolýza Zásoba kalcia
Golgiho aparát
Koncentruje a definitivně upravuje vytvořené proteiny před jejich sekrecí z buňky - transportní a sekreční vesikuly Sy polysacharidů a dokončení sy glykoproteinů
Mitochondrie
Produkce ATP, místo utilizace kyslíku a produkce oxidu uhličitého Enzymy Krebsova cyklu a oxidativní fosforylace DNA – od matky – sy ribosomální a transferové RNA
Cytoskelet
Systém mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament a mikrotrabekul Transport informací buňkou Změna tvaru buňky
Mimobuněčná hmota (extracelulární matrix) Struktura- organizovaná síť makromolekul vznikajících přímo na místě: 1. Proteoglykany 2. Vláknité proteiny: a) strukturní: kolagen, elastin b) adhezivní: fibronektin, laminin 3. Voda Vznik: činností fibroblastů (chondroblastů, osteoblastů) Funkce: Vodní fáze polysacharidového gelu- difúze živin, metabolitů mezi krví a buňkami Kolagen- zpevnění, elastin- pružnost, fibronektin- podporuje propojení fibroblastů v matrix, laminin- připojení buněk k epitelu Nejvíce: chrupavka, kost, kůže, nejméně: CNS
Homeostáza = stálost vnitřního prostředí (+ mechanismy zajišťující homeostázu) - funkční dynamická rovnováha Podmínkou: a) přísun živin, O2, a regulačních signálů (hormony) b) odsun katabolitů a CO2 c) normální funkce regulačních orgánů (plíce, ledviny..) STÁLOST pH, IONTOVÉHO SLOŽENÍ, OSMOLALITY, KONCENTRACE VÝZNAMNÝCH LÁTEK (O2, ŽIVIN, KATABOLITŮ, REGULAČNÍCH LÁTEK)
novorozenec: CTV – 77%
ECT - 50% ICT - 27%
Poměr ECT k příjmu a výdeji vody
Příjem 700 ml
Příjem 2 500 ml
ECT 1400 ml
ECT 14 000 ml
Výdej 700 ml
Výdej 2 500 ml
50 % kojenec
14 % dospělý
Vliv změny osmotického prostředí na buňku
Celulární transportní mechanismy 1) Paracelulární transport - gap junction, tigh junction 2) Transcelulární transport - transmembránový mechanismus
Prostá difúze - volný prostup lipidovou membránou - látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O2, CO2, voda) - zrychluje se při zvýšené teplotě Prostup iontovými kanály (proteinové kanály) - malé molekuly, ionty, voda – akvaporiny Sekundární aktivní transport (spřažený transport) - sám o sobě pasivní, spřažen s jiným systémem, který spotřebovává jinou energii - symport ( Glu/Na+ (Na+-K+ ATPáza) X antiport Primární aktivní trasnport - Na+-K+ pumpa, proti elektrochemickému gradientu, přísun energie Endocytóza a exocytóza (prostřednictvím váčků do buňky a z buňky)
Na+-K+ pumpa
Iontové kanály - ionty procházejí otevřeným kanálem: a) po směru koncentračního gradientu b) po směru elektrického gradientu = proteinové kanály- proteiny mají tendenci měnit svou konformaci - podle toho, která energie je nutná k tomu, aby bílkovina změnila svou konformaci, dělí se iontové kanály na: 1. 2. 3. 4.
stále otevřené řízené napětím řízené chemicky řízené mechanicky
1. Iontové kanály stále otevřené - konformace nestabilní, neustále mění tvar - po koncentračním gradientu: ionty (Na+, K+), aminokyseliny 2. Iontové kanály řízené napětím (napěťově řízené) - spouštěcím mechanismem je změna propustnosti membrány pro ionty v důsledku změny konformace molekuly proteinu - Na+ kanál – 3 stavový (klidový aktivovaný inaktivovaný) - K+ kanál – 2 stavový kanál (klidový aktivovaný) - Ca2+ kanál (3 typy: L, N, T)
3. Iontové kanály řízené chemicky - změna propustnosti iontového kanálu řízeného chemicky je vyvolána vzájemnou reakcí mezi receptorem a iontovým kanálem a) receptor je bezprostřední součástí kanálu b) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené reakce, které vedou k fosforylaci kanálu c) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené reakce, které změní buněčnou koncentraci látkových faktorů, ale nevedou k fosforylaci kanálu d) aktivace receptoru prostřednictvím G proteinu přímo přenesena na iontová kanál
ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce a nervosvalové ploténce, NMDA a AMPA receptory pro glutamát (Na+, K+, Ca2+ kanály) excitace receptory pro GABAA a glycin (Cl- kanál) inhibice ad b) G proteiny = GTP vázající regulační proteiny, které zprostředkují přenos z celé řady receptorů na efektorové molekuly; jsou složené z alfa, beta a gama podjednotek 1. G protein – aktivace adenylátcyklázy tvorba cAMP aktivace proteinkinázyA fosforylace kanálu 2. G protein – aktivace fosfolipázy C tvorba diacylglycerolu aktivace proteinkinázy C fosforylace kanálu 4. Iontové kanály řízené mechanicky (kanály citlivé na „napnutí“ cytoskeletu) natažení buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál (Na+, K+ kanály) (ohnutí stereocilií receptorových buněk vestibulárního aparátu – otevření K+ kanálů)
Buněčná komunikace Komunikace mezi buňkami je základem pro řízení a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla a pro udržení homeostázy 1. Přímé spojení mezi buňkami – gap junction – specializovanými proteinovými kanály složenými ze dvou konexonů (každý konexon – tvoří 6 konexinů – 6 molekul proteinů) - pohyb iontů – předávání elektrických signálů mezi buňkami (buňky srdeční svaloviny, hladké svaloviny, nervové buňky, epitel) - pohyb malých molekul
Gap junction
2. Prostřednictvím lokálních chemických působků – hlavní forma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém systému - parakrinní (pankreas)
Intersticiální tekutina R
- autokrinní (ovarium)
R
3. Komunikace umožňující rychlé spojení mezi jednotlivými částmi těla a v rámci jednotlivých oddílů těla – nervový syst. - rychlost – v ms - prostřednictvím nervových vláken - formou akčních potenciálů - specializovaným kontaktem – synapse - přenos informace na synapsi – specializované působky – neurotransmitery, modulátory - receptory Cílová buňka
R Synapse
4. Prostřednictvím chemických působků – hormonů - uvolněných na určitý podnět - endokrinní systém - odpověď na hormon – pomalejší (s až hod) - často dlouhotrvající - je zprostředkovaná oběhovým systémem - receptory - odpověď velmi lokalizovaná (ADH) nebo ovlivňující všechny buňky (T3-4) - zásadní pro řízení růstu, metabolismu, reprodukci
e
Endokrinní systém Endokrinní buňka
Oběhový systém
Cílová buňka
R
Speciální chemické látky – neprodukované klasickými endokrinními buňkami - tkáňové růstové faktory: buněčné dělení diferenciace - mechanismus působení: auto, para i endokrinní (nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový – faktor) Uplatnění: vývoj mnohobuněčných organism regenerace poškozených tkání
5. Vzájemná komunikace mezi nervovým a endokrinním systémem - nervový systém řídí tvorbu hormonů (hypotalamus - hypofýza) - hormony tvoří specializované nervové bb. – neuroendokrinní bb. (RH – řízení adenohypofýzy, ADH + oxytocin – krevní oběh – cílová tkáň)
