BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus

Transkript

1 BIOLOGIE BUŇKY II Struktura buňky Buněčný cyklus

2 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. Buňka

3 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

4 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

5 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)

6 Prokaryontní buňka

7 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)

8

9 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.

10 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.

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

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

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

14 Figure 12-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

15 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 CO 2

16 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)

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

18 Figure 10-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

19 Molekulární struktura membrán Lipidy + bílkoviny + sacharidy ve formě glykoproteinů/glykolipidů 1) Lipidy: fosfolipidy a steroly Figure 10-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

20 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)

21 Využití pro drug delivery systémy enkapsulace biologicky aktivních látek

22 2) Bílkoviny Globulární podjednotkové proteiny Funkční: enzymy, receptory, transportní proteiny Různé ukotvení v biomembráně: integrální (transmembránové), periferní Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

23 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)

24 Figure 12-8 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

25 Figure 12-9 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

26 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

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

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

29 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)

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

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

32 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)

33 Figure 12-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

34 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)

35 Trávicí kompartment buňky katabolické biochemické procesy Hydrolytické enzymy kyselé hydrolázy Lyzosomy 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

36 Peroxisomy Obsahují oxidační enzymy detoxikace, rozklad mastných kyselin na acetylcoa

37 Cytosol Vnitrobuněčná tekutina (mimo organely) Složení: voda (70%), ionty (K +, Na +, Cl -, Mg 2+ ), bílkoviny, metabolity ph 7,4 Viskozita shodná s viskozitou vody

38 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) Figure 16-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

39 Figure 16-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Cytoskelet

40 Figure 16-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

41 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

42 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

43 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 F- aktin v myších fibroblastech

44 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

45 Intermediární filamenta Stálá struktura (méně dynamická) Fibrilární proteiny tetramery protofilamentum agregace na konečná intermediární filamenta o průměru 10 nm Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

46 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

47 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

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

49 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

50 Figure 17-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

51 Figure 17-4 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Buněčný cyklus

52 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 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

53 Fáze buněčného cyklu 1. G 1 -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. G 2 -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

54 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

55 Figure 17-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

56

57

58 Video: animal cell division, interpret mitosis

59 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.