5.3.2015
FYZIOLOGIE BUŇKY
BUŇKA - nejmenší samostatná morfologická a funkční jednotka živého organismu, schopná nezávislé existence buňky → tkáně → orgány → organismus - fyziologie orgánů a systémů založena na komplexní funkci buněk, ze kterých je složena - komplexní funkce dána strukturou na subcelulární úrovni
PROKARYOTICKÁ BUŇKA - jádro 0 - jeden chromozom (DNA) volně v cytoplazmě - z organel pouze ribozomy - buněčná membrána
Základní funkce buněk: 1) metabolismus 2) proteosyntéza 3) reprodukce
Funkce zajišťují základní životní projevy buněk: EUKARYOTICKÁ BUŇKA - membrána (plazmatická, jaderná) - organely (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, cytosketet, mitochondrie, ribozomy, lysozomy, centriol, jádro, jadérko)
STAVBA BUŇKY 1. Plazmatická membrána – selektivně permeabilní, odpovědná za tvar, odděluje vnitřní struktury od vnějšího prostředí, kontakt – komunikace
a) růst b) pohyb c) přeměna látek a energií d) dráždivost e) rozmnožování (uchování genetické informace)
BUNĚČNÉ SYSTÉMY 1. Transportní: buněčná membrána jaderná membrána endoplazmatické retikulum cytoplazma
2. Cytoplazma a organely – tekuté prostředí buňky mezi jádrem a plazmatickou membránou organely – specifická funkce
2. Sekreční: endoplazmatické retikulum Golgiho aparát lysozomy ribozomy
3. Jádro – obsahuje genetickou informaci řídící činnost buňky
3. Energetický: mitochondrie centriol 4. Řídící: jádro jadérko
1
5.3.2015
PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
FOSFOLIPIDOVÁ DVOJVRSTVA Polární část – hydrofilní část (fosfatidylcholin) – orientace vně, vystavena vodnímu prostředí Nepolární – hydrofobní část (řetězce mastných kyselin) Vysoký obsah cholesterolu – vysoká rigidita membrány
Model struktury: „tekutá mozaika“
USPOŘÁDÁNÍ MEMBRÁNOVÝCH PROTEINŮ
● tekutá fáze = lipidy, mobilní proteiny ● stavba membrány není rigidní ● jednotlivé složky stále mění postavení
GLYKOPROTEINY A GLYKOLIPIDY
TRANSPORT LÁTEK PŘES MEMBRÁNU PASIVNÍ TRANSPORT 1) Prostá difúze – transport po koncentračním gradientu - volný prostup lipidovou membránou - látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O 2, CO2, voda) - zrychluje se při zvýšené teplotě ● Osmóza – transport vody po jejím koncentračním gradientu ● Filtrace – transport látek ● Elektrodifúze – transport iontů po elektrickém gradientu stále otevřenými iontovými kanály
Cukerná složka – negativní náboj
2) Facilitovaná difúze – pasivní transport zprostředkovaný přenašečem v membráně - transport polárních látek, např. glukóza
2
5.3.2015
AKTIVNÍ TRANSPORT
AKTIVNÍ TRANSPORT
1) Primární aktivní transport - proti elektrochemickému gradientu, nutný přísun energie (ATP) - Na+-K+ pumpa (3 Na+ z buňky, K+ do buňky)
3) Endocytóza - transport větších molekul (např. proteiny, cholesterol) do buňky - vchlípení membrány dovnitř a její následné odškrcení → vezikuly a) pinocytóza = transport tekutých kapének do buňky b) fagocytóza = transport větších pevných částic (bakterie, odumřelé buňky) do buňky 4) Exocytóza - transport větších molekul (např. mediátory, hormony) z buňky - prostřednictvím váčků (vezikulů)
2) Sekundární aktivní transport (spřažený transport) - sám o sobě pasivní, spřažen s jiným systémem spotřebovávajícím energii - symport: glukóza/Na+ (Na+-K+ ATPáza), antiport: K+/Na+
IONTOVÉ KANÁLY = proteinové kanály – proteiny tendenci měnit svou konformaci - podle typu energie nutné ke změně konformace bílkoviny se dělí iontové kanály na: 1. 2. 3. 4.
stále otevřené řízené napětím řízené chemicky řízené mechanicky
- průchod iontů otevřeným kanálem: a) po směru koncentračního gradientu b) po směru elektrického gradientu
2. IONTOVÉ KANÁLY ŘÍZENÉ NAPĚTÍM -
spouštěcím mechanismem změna propustnosti membrány pro ionty v důsledku změny konformace molekuly proteinu Na+ kanál – 3 stavový (klidový → aktivovaný → inaktivovaný) K+ kanál – 2 stavový (klidový → aktivovaný) Ca2+ kanál – 3 typy: L (long), N (neuronové), T (transient)
1. IONTOVÉ KANÁLY STÁLE OTEVŘENÉ konformace nestabilní neustále mění tvar naplněné vodou často vysoce selektivně permeabilní - po koncentračním gradientu: ionty (Na+, K+) aminokyseliny nukleotidy -
3. IONTOVÉ KANÁLY ŘÍZENÉ CHEMICKY -
změna propustnosti membrány 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 iontový kanál
3
5.3.2015
ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce a nervosvalové ploténce receptory pro glutamát (Na+, K+, Ca2+ kanály) → excitace receptory pro GABAA a glycin (Cl- kanál) → inhibice ad b) G proteiny = GTP vázající regulační proteiny ◦ zprostředkování přenosu z celé řady receptorů na efektorové molekuly ◦ složené z alfa, beta a gama podjednotek 1. G protein → aktivace adenylátcyklázy → tvorba cAMP → aktivace proteinkinázy A → fosforylace kanálu 2. G protein → aktivace fosfolipázy C → tvorba diacylglycerolu → aktivace proteinkinázy C → fosforylace kanálu
ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM ◦ Sít kanálků, dutin a váčků ◦ Kontakt s plazmatickou membránou ◦ Kontakt s jádrem ◦ Hladké ER – syntéza lipidů ◦ Granulární ER – ribosomy: syntéza proteinů
4. IONTOVÉ KANÁLY ŘÍZENÉ MECHANICKY (kanály citlivé na „napnutí“ cytoskeletu) - mechanické spojení mezi kanálem a membránou mikrofilamentem - natažení buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál (Na+, K+ kanály) (př. ohnutí stereocilií receptorových buněk vestibulárního aparátu → otevření K+ kanálů)
AKVAPORINY - póry v membránových proteinech - vysoce selektivní pro vodu
GOLGIHO APARÁT - soubor lamel a plochých cisteren - syntéza polysacharidů a dokončení syntézy glykoproteinů - koncentrace produktů ER (strukturní BK, hormony, protilátky) - definitivní úprava proteinů - vznik sekrečních granul
◦ Detoxikační význam ◦ Enzymy kontrolující glykogenolýzu ◦ Zásoba kalcia
- transportní vezikuly → exocytóza
LYSOZOMY
RIBOZOMY
◦ drobné nepravidelné váčky ◦ malé kulovité útvary ◦ tvořené rRNA ◦ volné, vázané na ER ◦ syntéza bílkovin
◦ enzymy rozkládající biologický materiál ◦ obranná reakce
4
5.3.2015
MITOCHONDRIE - semiautonomní
organely - mitochondriální DNA - stěna tvořena dvěma membránami - vnitřní membrána zřasena v kristy - enzymy oxidativní fosforylace → produkce ATP - místo utilizace kyslíku a produkce oxidu uhličitého
CYTOPLAZMA • koloidní roztok (roztok bílkovin) • tvoří vnitřní prostředí buňky • transportní prostředí pro organické i anorganické látky • obsahuje cytoskelet
JÁDRO - ve všech buňkách schopných reprodukce - deponována genetická informace (DNA) nutná k syntéze proteinů - řízení diferenciace, maturace a funkce buňky - replikace a přenos DNA do nové buňky - syntéza mRNA, tRNA a rRNA a jejich transport do cytoplazmy
CENTRIOL - cylindrická tělíska uspořádána do dvojic - tvořena devíti triplety mikrotubulů - schopna autoreplikace (obsahují DNA) - zdvojení na začátku mitózy → rozchod na opačné póly buňky → vznik dělícího vřeténka
CYTOSKELET • Systém mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament a mikrotrabekul • Dynamická organizace cytoplazmy • Transport informací buňkou • Fixace tvaru buňky a pozice organel • Změna tvaru buňky • Aktivní transport
JADERNÁ MEMBRÁNA - ohraničuje jádro, odděluje od cytoplazmy - komplex vnitřního a vnějšího listu vytvářející perinukleární prostor - zevní list napojen na granulární ER - vnitřní list: póry (50 –70 nm) – překryté 5nm silnou membránou
CHROMATIN - komplex DNA – protein - během mitózy uspořádán do chromozómů
CHROMOZÓMY - řízení metabolismu a diferenciace buňky - replikace svého materiálu pro příští mitózu
5
5.3.2015
JADÉRKO - kulatá organela v jádře - neohraničené membránou - viditelné během interfáze - obsahuje rRNA a proteiny
BUNĚČNÝ CYKLUS - život každé buňky časově omezen - regulace cykliny INTERFÁZE – období klidu (G1, S, G2): G1 fáze: růst, diferenciace S fáze: replikace a syntéza DNA G2 fáze: příprava na dělení M fáze: vlastní dělení buňky
DRUHY BUNĚČNÉHO DĚLENÍ 1) Přímé dělení = amitóza 2) Nepřímé dělení = mitóza 3) Redukční dělení = meióza MITÓZA Dvě buňky: 46, XX 46, XY MEIÓZA Čtyři buňky: 23, XX 23, XY
APOPTÓZA
NEKRÓZA
= programovaná buněčná smrt – fyziologický mechanismus 1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji 2. Přizpůsobení tkáně při zátěži 3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové buňky)
= patologický proces vyvolaný: toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, → rozvrat iontové intracelulární homeostázy
Zahájení: aktivace Ca 2+- Mg 2+ dependentní endonukleázy → fragmentace DNA → ↓ syntéza RNA a proteinů
Zahájení: nedostatek ATP → ↑ influx Ca2+ do buňky → aktivace Ca2+- dependentní fosfolipázy → ireverzibilní poškození membrány
kondenzace chromatinu, segmentace jádra, svinutí plazmatické membrány do vakovitých výběžků, konstrikce jejich báze → vytvoření apoptotických tělísek (organely v nich intaktní a schopné funkce) → postupně fagocytována makrofágy
dilatace ER, alterace mitochondrií, zduření buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky
6
5.3.2015
CELULÁRNÍ TRANSPORTNÍ MECHANISMY
BUNĚČNÁ KOMUNIKACE Komunikace mezi buňkami – základem pro: 1) řízení a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla 2) udržení homeostázy
1) Transcelulární transport - transmembránový mechanismus 2) Paracelulární transport - gap junction, tigh junction
1) Přímé spojení mezi buňkami = gap junction - specializované proteinové kanály složené ze dvou konexonů (každý konexon – tvořen 6 konexiny = 6 molekul proteinů) - pohyb iontů – předávání elektrických signálů mezi buňkami (buňky srdeční svaloviny, hladké svaloviny, nervové buňky, epitel) - pohyb malých molekul Gap junction
7
5.3.2015
2. Prostřednictvím lokálních chemických působků – hlavní forma u primitivních organismů -
nezávislá na oběhovém
systému - parakrinní (pankreas)
Intersticiální tekutina
R
- autokrinní (ovarium)
R
Endokrinní systém 3. Prostřednictvím chemických působků = hormonů - uvolněných na určitý podnět - endokrinní systém - odpověď na hormon – pomalejší (hodiny) - často dlouhotrvající - zprostředkovaná oběhovým systémem - receptory - odpověď a) velmi lokalizovaná (ADH) b) ovlivňující všechny buňky (T3, T4) - zásadní pro řízení růstu, metabolismu, reprodukci
Endokrinní buňka
Oběhový systém
Cílová buňka
R
Speciální chemické látky – neprodukované klasickými endokrinními buňkami - tkáňové růstové faktory: buněčné dělení diferenciace (nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový – faktor)
4. Umožňující rychlé spojení mezi jednotlivými částmi těla a v rámci jednotlivých oddílů těla – nervový systém - rychlost – v ms - prostřednictvím nervových vláken - formou akčních potenciálů - specializovaným kontaktem – synapse - přenos informace na synapsi – specializované působky: neurotransmitery, modulátory - receptory Cílová buňka
- mechanismus působení: auto, para i endokrinní uplatnění: vývoj mnohobuněčných organismů regenerace poškozených tkání
R Synapse
8
5.3.2015
5. Vzájemná komunikace mezi nervovým
a endokrinním systémem - nervový systém řídí tvorbu hormonů - hormony tvoří specializované nervové (neuroendokrinní) buňky - hypotalamus - hypofýza - dřeň nadledvin - feochromocyty
9
