BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus

BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus 10.10.2016

Buňka • Nejjednodušší forma života (viry – neschopnost samostatné reprodukce) • Základní stavební a funkční jednotka organismů schopná se dělit • Spojeno s vývojem světelné mikroskopie (17. století) • Robert Hooke 1665 zkoumání korku → složen z malých komůrek „buňky“ (buněčné stěny) • Vznik buněčné biologie později (1838 Matthias Schleiden, 1839 Theodor Schwann) – buňky jsou univerzálními stavebními jednotkami živých tkání • Všechny živé buňky vznikají dělením existujících buněk = buněčná teorie (potvrzeno pokusy v 60. letech 19. století Louisem Pasteurem) • R. Virchow 1858: „Omnis cellula e cellula.“

Velikost buněk a jejich částí • Obvykle 5-20 µm v průměru (výj. nervové buňky, vajíčko) • Dostačující rozlišení světelné mikroskopie (cca 0,2 µm) pro pozorování buněk, nikoliv však jednotlivých organel

Figure 21-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Prokaryontní buňka • Buňka neobsahující jádro (pro=před, karyon=jádro) • Bakterie, jednobuněčné organismy vytvářející vícebuněčné struktury (řetězce, shluky) • Nukleoid – není oddělen od cytoplazmy membránou, složen pouze z jedné molekuly DNA (haploidní, bez histonů) • Nepřítomnost membránových organel • Odlišná stavba ribozomů • Menší než eukaryotická buňka (cca 10x)

Prokaryontní buňka

Bakterie • 2 říše: Eubacteria a Archeabactiera (Archea, drsné podmínky: koncentrované roztoky solí, horká sopečná vřídla, kyselý žaludek krávy – štěpení celulosy na methan) • Kulové/okrouhlé/spirálovité • Buněčná stěna • Cytoplasmatická membrána uzavírající cytoplasmu (DNA) • Rychle se množí (20 minut) → schopnost vývoje a přizpůsobení se novým podmínkám (rezistence) • Různé prostředí (aerobní/anaerobní, teplotní optimum) • V lidském těle stejně bakterií jako lidských buněk (až 10x více; 1-2 kg)

Biofilm

Stadia vzniku biofilmu: 1) + 2) adheze bakterií na povrch, 3) + 4) vznik mikrokolonií a maturace biofilmu, 5) oddělování komponent biofilmu. Snímky biofilmu Pseudomonas aeruginosa.

Inkorporace antibiotik

Various methods of incorporating biocides into electrospun nanofibers. 1, Blending/dispersion of the active agent in the polymer solution prior to electrospinning; 2, Confinement of the active agent in the core of the fiber through co-axial electrospinning; 3, Encapsulation/adsorption of the active agent in nanostructures before dispersion in the electrospinning solution; 4, Conversion of a precursor to active agent in the nanofibers after electrospinning; 5, Attachment of the active agent onto the nanofibers after electrospinning.

Eukaryontní buňka • Buňky obsahující jádro (eu=opravdu, karyon=jádro) + další organely • Jednobuněčné organismy (kvasinky, měňavky) • Mnohobuněčné organismy (rostliny, živočichové, houby)


Table 12-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)


Kvasinky • Minimální model eukaryontní buňky – jednoduchý, odolný, rychlá reprodukce • Saccharomyces cerevisiae – tuhá buněčná stěna, poměrně nepohyblivá, rychlé dělení pučením • Pivní, pekařská, vinná kvasinka: Živí se cukrem Vylučují alkohol a CO2

Biomembrány • Strukturální základ většiny buněčných organel • Tloušťka cca 7,5 nm • Podobné chemické složení i molekulární struktura • Plazmatická membrána → ohraničení buňky od okolí • Ostatní membrány → kompartmenty (buněčné subsystémy ) • Regulovaný přechod látek, biotransformace energie, tok informace (receptory)

Table 12-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)


Molekulární struktura membrán • Lipidy + bílkoviny + sacharidy ve formě glykoproteinů/glykolipidů 1) Lipidy: fosfolipidy a steroly


Fosfolipidová dvojvrstva • Autoorganizace (termodynamicky nejvýhodnější konformace)

Figure 10-9b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 10-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Využití pro drug delivery systémy → enkapsulace biologicky aktivních látek

2) Bílkoviny • Globulární podjednotkové proteiny • Funkční: enzymy, receptory, transportní proteiny • Různé ukotvení v biomembráně: integrální (transmembránové), periferní


Buněčné jádro • Nejdůležitější organela • Bezjaderné „buňky“: červené krvinky (erytrocyty), krevní destičky (trombocyty) • Ohraničeno dvojitou membránou • Komunikace s cytosolem jadernými póry • DNA ve formě chromozomů = nosič genetické informace • Člověk 23 párů chromozomů (diploidní buňky)




Mitochondrie • Oddělena dvěma membránami: vnitřní → kristy • Obsahují vlastní DNA • Generátory chemické energie pro buňku (oxidace cukrů, syntéza ATP) = buněčné dýchání (aerobní organismy)

Figure 1-33 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)

Endoplasmatické retikulum • Soustava propojených membránových cisteren a trubiček – souvisí s vnější membránou jaderného balu • Hlavní funkce: syntéza molekul biomembrán (membránových lipidů a transmembránových proteinů), syntéza proteinů (enzymy, hormony, krevní bílkoviny), regulace koncentrace kalciových iontů v cytoplasmě (2. posel při transdukci signálu z okolí buňky) • 2 složky:  drsné ER (syntéza bílkovin) – soustava oploštělých cisteren, na vnější straně připojeny ribosomy  hladké ER (syntéza lipidů, steroidních hormoů, detoxikace alkoholu) – síť trubiček (bez ribozomů)

Figure 12-36c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Figure 12-36a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Golgiho aparát • Oploštělé membránové cisterny, po jejich obvodu transportní měchýřky • Hlavní funkce: chemická modifikace látek syntetizovaných v ER a jejich distribuce v buňce (glykosylace, specifická proteolýza)


Ribosomy • Ribonukleoproteiny (RNA + proteiny) • 2 podjednotky (malá a velká) • Výskyt v cytoplasmě / na povrchu hrubého ER • Fce: Tvorba proteinů (translace)

Figure 12-43c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Lyzosomy • Trávicí kompartment buňky – katabolické biochemické procesy • Hydrolytické enzymy – kyselé hydrolázy • Vznik odštěpením z cisteren GA, syntéza enzymů v drsném ER → primární lyzosomy (bez vlastní trávicí funkce) • Sekundární lyzosomy – vznik po fúzi primárních lyzosomů s váčky obsahující substráty určené k hydrolýze

Peroxisomy • Obsahují oxidační enzymy → detoxikace, rozklad mastných kyselin na acetylCoA

Cytosol • Vnitrobuněčná tekutina (mimo organely) • Složení: voda (70%), ionty (K+, Na+ , Cl-, Mg2+), bílkoviny, metabolity • pH 7,4 • Viskozita shodná s viskozitou vody

Cytoskelet • Soustava vláken: aktinová mikrofilamenta (svalové buňky), mikrotubuly (buněčné dělení), intermediární filamenta (mechanická opora buňky) • Mechanická pevnost, vliv na tvar buňky a pohyb • Vláknitý systém – schopnost polymerace a depolymerace → dynamické struktury • Tvoří 20-30% buněčných bílkovin (až 60% u nervových a svalových buněk)


Cytoskelet



Mikrotubuly • Tvoří cytoplasmatickou soustavu a mitotické vřeténko (dělicí aparát buňky), specializované buněčné struktury (kinocilie = řasinky na povrchu epitelových buněk, nervové výběžky = axony) • Základní protein = tubulin • Trubičky o vnějším průměru 25 nm (tloušťka stěny 5 nm) • 13 protofilament v jednom mikrotubulu


Mikrofilamenta • Vytváří soustavu vláken v cytoplazmě nebo tvorba specializovaných struktur (stresová vlákna u fibroblastů, kontraktilní prstenec u dělících se buněk, mikroklky epiteliálních buněk) • Základní protein = aktin • Globulární G-aktin → agregace ve vláknitý F-aktin (2 vlákna tvoří mikrofilamentum o šířce 7 nm)

Fluorescenčně obarvený Faktin v myších fibroblastech


Intermediární filamenta • Stálá struktura (méně dynamická) • Fibrilární proteiny → tetramery → protofilamentum → agregace na konečná intermediární filamenta o průměru 10 nm



Intermediární filamenta • Velká pevnost v tahu → odolnost proti mechanickému stresu při natažení buněk • Odolnost, pevnost – axony neuronů, svalové buňky, epitely (kůže) – ochrana buněk a membrány (rozložení působící tahové síly na větší oblast) • 3 třídy: keratinová (epitely), vimentinová (pojivové tkáně, svalové buňky, neuroglie), neurofilamenta

https://www.youtube.com/watch?v=URUJD5NEXC8

Figure 1-30 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)

Reprodukce buněk • Matematicko-biologický paradox : Buňky se násobí dělením. • Buněčný cyklus = cyklická reprodukce buněk, obecná vlastnost každé buňky, zakódována v genetické informaci • Důležitá regulace buněčného dělení • Mitóza, meióza


Buněčný cyklus


Buněčný cyklus • Různá délka buněčného cyklu: kvasinky 1,5-3 h buňky střevního epitelu 12 h svačí fibroblasty v kultuře 20 h jaterní buňky 1 rok


Fáze buněčného cyklu 1. G1-fáze: první přípravná fáze, 30-40% trvání cyklu (nejvariabilnější délka – vliv vnějších podmínek; hlavní kontrolní uzel), zdvojení buněčné hmoty – sy RNA, proteinů a nukleotidů, nárůst počtu ribozomů, mitochondrií, ER 2. S-fáze: syntetická fáze, replikace jaderné DNA, 30-50% trvání cyklu 3. G2-fáze: druhá přípravná fáze, 10-20% trvání cyklu, růst buňky (sy proteinů, RNA, tvorba buněčných struktur – mitotické vřeténko), 2. kontrolní uzel 4. M-fáze: mitotická fáze, začátek: strukturální změny chromozomů (kondenzace, rozpad jaderného obalu, tvorba mitotického aparátu), 5-10% trvání cyklu, zakončena cytokinezí


https://www.youtube.com/watch?v=pOsAbTi9tHw


Video: animal cell division, interpret mitosis

Opakování • Co je to buňka? • Jaké jsou rozdíly mezi prokaryontní a eukaryontní buňkou? • Vyjmenujte a charakterizujte buněčné organely. • Popište buněčný cytoskelet. • Vyjmenujte a popište fáze buněčného cyklu. • Popište buněčné dělení.

BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus

Recommend Documents