BUŇKA
Emil Rudolf
[email protected]
Buněčná teorie • Buňka = základní jednotka života • Všechny živé organismy se skládají z buněk • Definice života a smrti
Typy buněk • Prokaryotické bakterie, archaea
• Eukaryotické rostliny, houby, živočichové (eu = dobrý, opravdový, karyon = jádro)
PROKARYONTA •Dominují biosféře (biomasa předčí váhu eukaryot 10-násobně)
•Známo asi 5 000 druhů •Výskyt téměř ve všech prostředích
•Menšina způsobuje závažná onemocnění; většina je benigní či prospěšná (recyklace látek v ekosystémech; symbióza) •Většina jednobuněčná, některé tvoří kolonie či se dočasně seskupuje
PROKARYONTA • velikost 0,3 - 2,0 m, délka 1 - 7 m • nukleoid - jedna kruhová molekula DNA (bakteriální chromozom) • plazmidy • z ostatních organel jen ribozomy 70S • mezosomy • pili, fimbrie, bičíky • spory
ARCHEBAKTERIE • buněčná stěna obsahuje pseudomurein (peptidoglykan obsahující L-aminokyseliny) • u některých obal z vrstvy bílkovin • metabolismus aerobní i anaerobní • podobají se eukaryontním buňkám: – geny složeny z exonů a intronů – proteosyntéza začíná methioninem
• metanové archebaktérie - žijí v anaerobním prostředí, produkují metan (horké prameny, na dně moří, sedimenty odpadních a stojatých vod)
• extrémně halofilní - v prostředí s vysokým obsahem solí až 15 % NaCl (slaná jezera, mořská voda) • termofilní - horké sirné prameny při teplotách až 100 °C, produkují sirovodík
EUBAKTERIE • buněčná stěna tvořená mureinem = peptidoglykan z kyseliny muramové a Daminokyselin • dělí se na 2 podříše: – sinice (fotoautotrofní, chlorofyl a) – bakterie (heterotrofní, autotrofní bakteriochlorofyl)
http://129.109.136.65/microbook/ch002.htm
EUBAKTERIE MORFOLOGIE tyčinky (bacily) sféroidy (koky)
spirály (spirily)
GRAMPOZITIVNÍ BAKTÉRIE • • • •
buněčná stěna silná asi 20 nm je tvořena mohutnou vrstvou mureinu obvykle neobsahuje lipidy a bílkoviny při barvení podle Grama jsou tmavě fialové až modročerné
GRAMNEGATIVNÍ BAKTÉRIE • buněčná stěna je tenčí - asi 10 nm • je méně hmotná, ale složitější stavby: tvořena tenkou vrstvou peptidoglykanu a nad ní je tzv. vnější membrána; k peptido-glykanu je kotvena molekulami lipopro-teinu, zevní stranu tvoří lipopolysacharidy
SAPROFYTICKÉ BAKTÉRIE • kůže ve vlhkých místech • ústa dýchací cesty • tlusté střevo
PATOGENNÍ BAKTÉRIE • • • • •
vzdušná cesta alimentární cesta přímý kontakt pohlavním stykem nepřímý kontakt
CHOROBY ČLOVĚKA – G• • • • • • •
černý (dávivý) kašel tularemie kapavka syfilis cholera tyfus, paratyfus salmonelózy
G- BAKTÉRIE • • • • • • • • •
úplavice mor Stapyhlococcus aureus Streptococcus pyogenes S. pneumoniae antrax botulismus tetanus tuberkulóza
Chlamydie • psitakóza, ornitóza - prachem kontaminovaným výkaly nemocných ptáků, přímý kontakt s ptákem, jeví se jako vleklá chřipka, atypická pneumonie, hepatitida, myokarditida, někdy nausea, zvracení, průjem, inkubace 7 - 14 dní • trachom - endemická oblast (tropy, subtropy), zde nejčastější příčina slepoty za 25-30 let od infekce (chronický zánět spojivek, kontrakcí jizev dojde k otočení víčka, při mrkání se řasami poškozuje rohovka), rezervoárem děti, přenos přímým kontaktem, mouchami
Rickettsie • skvrnitý tyfus (R. prowazeki) - rezervoárem člověk, přenašečem veš šatní, horečky, bolesti hlavy, svalů, kloubů, nechutenství, vyrážka, komplikacemi jsou myokarditida či krvácení do mozku
Eukaryotická buňka • Pravé jádro, ohraničené jadernou membránou • Více molekul DNA – chromozómy • Složité buněčné dělení • Rozčlenění vnitřního prostoru • Systém membránových organel, specializované funkce • Cytoskelet
EUKARYA vs. PROKARYA • • • • • • • • •
Velikost: 10-100 µm; 1mm (sépie, žáby) Vyšší organizovanost (specializace a diferenciace) Komunikace a hierarchie (tkáně …..) Specifická buněčná smrt Pravé jádro + exprese genetické informace Membránové struktury (organely) Cytoskelet Dělení mitózou Sexuální dělení (meióza) – specializované buňky
PRINCIPY EUKARYOT 1. MEMBRÁNOVÝ
2. CYTOSKELETÁLNÍ
3. GENETICKÝ (INFORMAČNÍ)
„Jednoduchá“ eukaryotická buňka kvasinka Jádro
Buněčná stěna
mitochondrie
Eukaryotická buňka mikrotubulus Centrosom s párem centriol
Chromatin (DNA) Jaderný pór
Extracelulární matrix
Jaderná membrána Váčky
lysosom
Mikrofilamentum peroxizóm Ribozómy v cytoplazmě
jadérko Golgiho aparát
mitochondrie Střední filamenta
Plazmatická membrána
jádro
Endoplazmatické retikulum
Poměr velikostí různých buněk a struktur
Rostlinná buňka Živočišná buňka Baktérie
Virus Ribozóm Globulární protein Malá molekula atom
http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/cells/scale/
DIFERENCIACE BUNĚK Totipotence buňka obsahuje kompletní genetickou výbavu a je schopna ji realizovat (rostlinná b. či zygota, embryonální b. ???)
http://www.erin.utoronto.ca/~w3bio380/Lectsked/Lect12/Cleavage.htm
Pluripotence buňka obsahuje kompletní genetickou výbavu a je schopna ji do určité míry realizovat (embryonální či tzv. kmenová b.)
Diferenciace (terminální diferenciace) – proces získání strukturní i funkční specializace (v lidském těle – 200 různých typů buněk) diferencované buňky mají stejnou genetickou výbavu
ALE liší se v expresi genetické informace !!!!! (různé regulační mechanismy spouštějí nebo inhibují expresi určitých genů)
Rozdíly mezi diferencovanými buňkami • stavba a složení membrány - zastoupení různých lipidů a membránových proteinů (receptory, přenašeče) • enzymatická výbava - speciální enzymy podle funkce specializovaných buněk • morfologie buňky - velikost a tvar buněk, - kvantitativní zastoupení různých organel, - speciální struktury (kolagenní fibrily fibroblastů, bičíky u spermií) • eliminace některých organel - u savců bezjadernost erytrocytů a trombocytů
Diferenciace a dediferenciace
• diferenciace je trvalá a nevratná • někdy částečná dediferenciace - při regeneraci tkání po poranění - při nádorovém zvratu (malignizace) - u buněk pěstovaných in vitro • trvalá dediferenciace - nádorový zvrat
STÁRNUTÍ BUNĚK 1) na úrovni mnohobuněčných organismů smrt chápána jako opak života, smrt je nevyhnutelná 2) na úrovni jednotlivé buňky je smrt mnohdy fyziologicky žádoucí
STÁRNUTÍ BUNĚK • stárnoucí buňky - obsah vody
až o 15%
- viskozita cytosolu - zpomalení buněčných pochod (transport, intenzita metabolismu) - hromadění odpadních látek (lipofuscin, melanin) - hromadění chyb v DNA a signálních drahách
• nervové buňky - stejně staré jako organismus • epiteliální buňky, erytrocyty - velmi mladé i ve starém organismu • buňky se nemohou množit neomezeně dlouho
• každá buňka má geneticky naprogramovaný počet cyklů (lidské asi 50 - 60 generací) - tzv. HAYFLICKŮV LIMIT • některé buňky jsou tzv. nesmrtelné: - jednobuněčné organismy - pohlavní buňky (gamety) - buňky transformované (nádorové)
FYZIOLOGICKÁ SMRT BUNĚK • proces geneticky naprogramovaný, přesně regulovaný, zákonitý • v embryogenezi - nadprodukce bb. - eliminace chybně zapojených buněk - tvorba dutin a přepážek (vývoj prstů ruky)
• eliminace nebezpečných buněk (nádorové b., viry infikované b., autoreaktivní lymfocyty)
• zánik starých a opotřebovaných buněk (obnova kůže, střevního epitelu)
• zánik již dále nepotřebných buněk (pro organismus je energeticky výhodnější likvidace buněk než jejich výživa)
APOPTÓZA • charakteristické morfologické změny – kondenzace chromatinu – fragmentace jádra – svraštění buňky (apoptotická tělíska) – membrána je zachována nevzniká zánět – okolními buňkami je fagocytována
APOPTÓZA • biochemické změny – spuštění proteolytické kaskády (štěpení proteinů změna je nevratná) – poškození mitochondrií porucha koordinace energetického metabolismu aktivace endonukleáz - štěpí DNA na fragmenty 180 - 200 bp
LYSOZOMÁLNÍ SMRT • je typická pro buňky epiteliální tkáně (např. mléčná žláza) • zvětšování počtu lysozomů v buňce • tvorba autofagických vakuol • později kondenzace chromatinu, fragmentace jádra a štěpení DNA • proteosyntéza a syntéza ATP probíhá téměř do konce smrti buňky
NEKRÓZA - nefyziologická smrt • není geneticky naprogramována • je důsledkem působení nepříznivých vnějších vlivů (teplota, záření, toxiny) • základem je poškození membrán – – – –
porucha distribuce iontů, energetic. metabolismu bobtnání bb., dilatace organel (ER, mitochondrie) tvorba vakuol, tvorba hernií rozpad organel denaturace proteinů autolýza
• zánětlivá reakce okolních buněk • rozpad DNA na libovolně dlouhé fragmenty (nevzniká „DNA žebříček“)
