FYZIOLOGIE BUŇKY BUŇKA Základní funkce buněk: PROKARYOTICKÁ BUŇKA. Funkce zajišťují základní životní projevy buněk: EUKARYOTICKÁ BUŇKA

Transkript

1 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 EUKARYOTICKÁ BUŇKA - membrána (plazmatická, jaderná) - organely (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, cytosketet, mitochondrie, ribozomy, lysozomy, centriol, jádro, jadérko) Základní funkce buněk: 1) metabolismus 2) proteosyntéza 3) reprodukce Funkce zajišťují základní životní projevy buněk: a) růst b) pohyb c) přeměna látek a energií d) dráždivost e) rozmnožování (uchování genetické informace) STAVBA BUŇKY 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 BUNĚČNÉ SYSTÉMY 1. Transportní: buněčná membrána jaderná membrána endoplazmatické retikulum cytoplazma 2. Sekreční: endoplazmatické retikulum Golgiho aparát lysozomy ribozomy 3. Energetický: mitochondrie centriol 4. Řídící: jádro jadérko 1

2 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 Cukerná složka negativní náboj 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, CO 2, 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 2) Facilitovaná difúze pasivní transport zprostředkovaný přenašečem v membráně - transport polárních látek, např. glukóza 2

3 AKTIVNÍ TRANSPORT 1) Primární aktivní transport - proti elektrochemickému gradientu, nutný přísun energie (ATP) - Na + -K + pumpa (3 Na + z buňky, K + do buňky) 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 + AKTIVNÍ TRANSPORT 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) IONTOVÉ KANÁLY = proteinové kanály proteiny tendenci měnit svou konformaci - podle typu energie nutné ke změně konformace bílkoviny se dělí iontové kanály na: 1. stále otevřené 2. řízené napětím 3. řízené chemicky 4. řízené mechanicky - průchod iontů otevřeným kanálem: a) po směru koncentračního gradientu b) po směru elektrického gradientu 1. IONTOVÉ KANÁLY STÁLE OTEVŘENÉ - konformace nestabilní - neustále mění tvar - naplněné vodou - často vysoce selektivně permeabilní - po koncentračním gradientu: ionty (Na +, K + ) aminokyseliny nukleotidy 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) - Ca 2+ kanál 3 typy: L (long), N (neuronové), T (transient) 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

4 ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce a nervosvalové ploténce receptory pro glutamát (Na +, K +, Ca 2+ kanály) excitace receptory pro GABA A 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 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 ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM Sít kanálků, dutin a váčků Kontakt s plazmatickou membránou Kontakt s jádrem Hladké ER syntéza lipidů Granulární ER ribosomy: syntéza proteinů Detoxikační význam Enzymy kontrolující glykogenolýzu Zásoba kalcia 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 - transportní vezikuly exocytóza malé kulovité útvary tvořené rrna volné, vázané na ER syntéza bílkovin RIBOZOMY drobné nepravidelné váčky enzymy rozkládající biologický materiál obranná reakce LYSOZOMY 4

5 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 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 CYTOPLAZMA koloidní roztok (roztok bílkovin) tvoří vnitřní prostředí buňky transportní prostředí pro organické i anorganické látky obsahuje cytoskelet 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 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 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

6 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 (G 1, S, G 2 ): G 1 fáze: růst, diferenciace S fáze: replikace a syntéza DNA G 2 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 = programovaná buněčná smrt fyziologický mechanismus 1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji 2. Přizpůsobení tkáně při zátěži 3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové buňky) Zahájení: aktivace Ca 2+ - Mg 2+ dependentní endonukleázy fragmentace DNA syntéza RNA a proteinů 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 NEKRÓZA = patologický proces vyvolaný: toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, rozvrat iontové intracelulární homeostázy Zahájení: nedostatek ATP influx Ca 2+ do buňky aktivace Ca 2+ - dependentní fosfolipázy ireverzibilní poškození membrány dilatace ER, alterace mitochondrií, zduření buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky 6

7 CELULÁRNÍ TRANSPORTNÍ MECHANISMY 1) Transcelulární transport - transmembránový mechanismus BUNĚČNÁ KOMUNIKACE Komunikace mezi buňkami základem pro: 1) řízení a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla 2) udržení homeostázy 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

8 2. Prostřednictvím lokálních chemických působků hlavní forma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém systému - parakrinní (pankreas) Intersticiální tekutina R - autokrinní (ovarium) R 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 (T 3, T 4 ) - zásadní pro řízení růstu, metabolismu, reprodukci Endokrinní systém Endokrinní buňka Oběhový systém R Cílová buňka Speciální chemické látky neprodukované klasickými endokrinními buňkami - tkáňové růstové faktory: buněčné dělení diferenciace (nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový faktor) - mechanismus působení: auto, para i endokrinní uplatnění: vývoj mnohobuněčných organismů regenerace poškozených tkání 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 Synapse R Cílová buňka 8

9 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