Úvod do předmětu fyziologie Kontakty vyučujících MUDr. Kateřina Jandová, Ph.D. katerina.jandova@lf1.cuni.cz tel.: 224968443 RNDr. Martina Nedbalová, Ph.D. martina.nedbalova@lf1.cuni.cz tel.: 224968418 MUDr. Vladimír Riljak, Ph.D. vladimir.riljak@lf1.cuni.cz tel.: 224968443 1
Fyziologický ústav 1. LF UK Albertov 5 128 00 Praha 2 Spoj: tram 18 a 24 do zastávky Albertov ústav se nachází na konci areálu vysokých škol po levé straně Literatura. Trojan, Ganong, Guyton? 2
Semestr: 15.2. 21.5. 2009 (14 výukových týdnů) 12 přednášek k dispozici na intranetu (učební materiál) 5.4. 2009 Velikonoční pondělí 17.5. 2009 14. výukový týden - zkouškový test (multiple choice) FYZIOLOGIE BUŇKY 3
Buňka (buňky tkáně orgány organismus) - funkce a struktura jsou vzájemně propojené vlastnosti -v průběhu evoluce specializace buněk- odlišná funkce podle množství organel, charakterem cytoplasmy a vlastnostmi membrány Příklad: Tuková buňka - cytoplazmě tuková kapénka, jádro, membrána- neměnné napětí Nervová buňka mitochondrie, granulární enazmatické retikulum, ribozómy, jádro, membrána- změny membránového potenciálu Životní cyklus buňky : a) Zárodečné, kmenové buňky- opakování cyklů b) Specializované buňky 1.cyklus do fáze diferenciace 4
Buňka - základní stavební a funkční jednotka těla - je nejmenší jednotkou živého organismu schopnou nezávislé existence (metabolismus, pohyb, růst, rozmnožování, dědičnost = schopnost buněčného děl) - fyziologie orgánů a systémů je založena na komplexní funkci buněk, ze kterých je složena - komplexní funkce je dána strukturou na subcelulární úrovni 5
Základem kmenová buňka schopnost reprodukce, diferenciace Životní cyklus buňky - cyklický charakter Schopnost obnovy epidermis 2 týdny x sliznice žaludku 2 3 dny X Specializované buňky (neurony, svalové buňky) Zánik: nekróza (patologický proces) apoptóza 6
Buněčný cyklus: regulace cykliny Mitóza zdvoj chromozómů (0,5 2 h) X meióza- půl chromozomů Interfáze (6 36 hod) G1 fáze: růst, difer. S fáze: dvoj.chrom. G2 fáze: příprava mitózy Apoptóza programovaná buněčná smrt: 1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji 2. Přizpůsob tkáně při zátěži 3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové bb.) Signální kaskáda regulována pozitivně i negativně = aktivace Ca 2+ -Mg 2+ endonukleázy rozpad DNA fragmentace (kondenzace chromatinu, segmentace jádra, svinutí plazmatické membrány do vakovitých výběžků, konstrikce jejich báze a vytvoř ř apoptotických ti htělísek- organely v nich jsou intaktní a schopné funkce - fagocytovány makrofágy 7
Nekróza - patologický proces vyvolaný : toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, který vyvolává rozvrat iontové intracelulární homeostázy Nedostatek ATP Zvýš i.c. koncentrace Ca 2+ aktivace Ca 2+ -dependentní fosfolipázy dilatace ER, alterace mitochondrií, zduř buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky 8
Stavba buňky tři typické části: 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 Plazmatická membrána 9
Uspořádání periferních a integrálních proteinů Polární část hydrofilní část vystavena vodnímu prostředí Nepolární hydrofobní část Vysoký obsah cholesterolu vysoká rigidita membrány 10
Model struktury: tekutá mozaika - stavba membrány n rigidní, jednotlivé složky stále mění postav Glykoproteiny a glykolipidy Cukerná složka negativní náboj 11
Jádro: uchovává a předává genetickou informaci (DNA) nutnou k sy proteinů Replikace DNA Syntéza m-, t- a i-rna Říz diferenciace, maturace a funkce buňky Komunikace jádra s prostředím: Jaderná membrána komplex vnitřního a vnějšího listu vytvářející perinukleární prostor Vnější list napojen na granulární ER a spolu s vnitřním listem tvoří póry (50 70 nm) - otevírání x zavírání Prostup látek: a) póry selektivní pro proteiny a RNA, závislý na ATP transportér? +difúze b) přes membránu Chromatin ve světelném mikroskopu jako nepravidelné nahromadění bazofilního materiálu během interfáze - komplex DNA protein - mitóza uspořádání do chromozómů - řídí metabolismus a diferenciacici buňky a replikací svého materiálu se připravují p na další mitózu Jadérko (nucleolus) - neohraničená membránou kulatá organela, viditelná během interfáze -buď v karyoplazmě nebo nasedá na vnitřní jadernou membránu - velké množství RNA a proteinů 12
Enazmatické retikulum Granulární ER Komunikace s jádrem Ribosomy - syntéza proteinů Tvorba glykoproteinů Golgiho aparát Agranulární ER Žádné ribozomy, sy lipidů (fosfolipidů a cholesterolu), enzymy pro glykogenolýzu Detoxikační význam, zásoba kalcia Koncentruje a definitivně upravuje vytvořené proteiny před jejich sekrecí z buňky - transportní a sekreční vesikuly Sy polysacharidů a dokonč sy glykoproteinů 13
Mitochondrie Produkce ATP, místo utilizace kyslíku a produkce oxidu uhličitého Enzymy Krebsova cyklu a oxidativní fosforylace DNA od matky sy ribosomální a transferové RNA Cytoskelet Systém mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament a mikrotrabekul Transport informací buňkou Změna tvaru buňky 14
Mimobuněčná hmota (extracelulární matrix) Struktura- organizovaná síť makromolekul vznikajících přímo na místě: 1. Proteoglykany 2. Vláknité proteiny: a) strukturní: kolagen, elastin b) adhezivní: fibronektin, laminin 3. Voda Vznik: činností fibroblastů (chondroblastů, osteoblastů) Funkce: Vodní fáze polysacharidového gelu- difúze živin, metabolitů mezi krví a buňkami Kolagen- zpevnění, elastin- pružnost, fibronektin- podporuje propoj fibroblastů v matrix, laminin- připoj buněk k epitelu Nejvíce: chrupavka, kost, kůže, nejméně: CNS 15
Homeostáza = stálost vnitřního prostředí (+ mechanismy zajišťující j homeostázu) - funkční dynamická rovnováha Podmínkou: a) přísun živin, O 2, a regulačních signálů (hormony) b) odsun katabolitů a CO 2 c) normální funkce regulačních orgánů (plíce, ledviny..) STÁLOST ph, IONTOVÉHO SLOŽENÍ, OSMOLALITY, KONCENTRACE VÝZNAMNÝCH LÁTEK (O 2, ŽIVIN, KATABOLITŮ, REGULAČNÍCH LÁTEK) 16
novorozenec: CTV 77% ECT - 50% ICT - 27% 17
Poměr ECT k příjmu a výdeji vody Příjem 700 ml ECT 1400 ml Výdej 700 ml 50 % kj kojenec Příjem 2 500 ml ECT 14 000 ml Vliv změny osmotického prostředí na buňku Výdej 2 500 ml 14 % dospělý 18
Celulární transportní mechanismy 1) Paracelulární transport - gap junction, tigh junction 2) Transcelulární transport - transmembránový mechanismus 19
Prostá difúze - volný prostup lipidovou membránou - látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O 2, CO 2, voda) - zrychluje se při zvýšené teplotě Prostup iontovými kanály (proteinové ové kanály) - malé molekuly, ionty, voda akvaporiny Sekundární aktivní transport (spřažený transport) - sám o sobě pasivní, spřažen s jiným systémem, který spotřebovává jinou energii - symport ( Glu/Na + (Na + -K + ATPáza) X antiport Primární aktivní transport -Na + -K + pumpa, proti elektrochemickému gradientu, přísun energie Endocytóza a exocytóza (prostřednictvím váčků do buňky a z buňky) 20
Iontové kanály Na + -K + pumpa - ionty procházejí otevřeným kanálem: a) po směru koncentračního gradientu b) po směru ě elektrického lktikéh gradientu = proteinové kanály- proteiny mají tendenci měnit svou konformaci - podle toho, která energie je nutná k tomu, aby bílkovina změnila svou konformaci, dělí se iontové kanály na: 1. stále otevřené 2. řízené napětím 3. řízené chemicky 4. řízené mechanicky 21
1. Iontové kanály stále otevřené - konformace nestabilní, neustále mění tvar - po koncentračním gradientu: ionty (Na +, K + ), aminokyseliny 2. Iontové kanály řízené napětím (napěťově řízené) - spouštěcím mechanismem je změna propustnosti membrány pro ionty v důsledku změny konformace molekuly proteinu - Na + kanál 3 stavový (klidový aktivovaný inaktivovaný) - K + kanál 2 stavový kanál (klidový aktivovaný) - Ca 2+ kanál (3 typy: L, N, T) 3. Iontové kanály řízené chemicky - změna propustnosti iontového kanálu řízeného chemicky je 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 iontová kanál 22
ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce a nervosvalové ploténce, NMDA a AMPA receptory pro glutamát (Na +, K +, Ca 2+ kanály) excitace receptory pro GABAA a glycin (Cl - kanál) inhibice ad b) G proteiny = GTP vázající regulační proteiny, které zprostředkují přenos z celé řady receptorů na efektorové molekuly; jsou složené z alfa, beta a gama podjednotek 1. G protein aktivace adenylátcyklázy tvorba camp aktivace proteinkinázya 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) nataž buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál (Na+, K+ kanály) (ohnutí stereocilií receptorových buněk vestibulárního aparátu otevř K+ kanálů) Buněčná komunikace - komunikace mezi buňkami je základem pro říz a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla a pro udrž homeostázy 1. Přímé spoj mezi buňkami a) gap gpjunction skulinové spoj pj specializovanými proteinovými kanály složenými ze dvou konexonů (každý konexon tvoří 6 konexinů 6 molekul proteinů) - pohyb iontů předávání elektrických signálů mezi buňkami (buňky srdeční svaloviny, hladké svaloviny, nervové buňky, epitel) - pohyb malých molekul b) tight junctions - pravé těsné spoj, splynutí zevních listů membrán (a+b = zonula occludens) c) Zonula adherens zpevňující kontakt- denzní mat.-volnější přiblíž obou membrán, vnitřní memb. - symetricky uložená filamenta d) Macula adherens (desmosom) denzní materiál mezi membránami - symetricky rozděluje štěrbinu, vnitř. membr.- symetrická filamenta 23
Gap junction Gap junction Buněčná komunikace 2. Prostřednictvím lokálních chemických působků hlavní forma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém systému - parakrinní (pankreas) - autokrinní (ovarium) Intersticiální tekutina R R 24
3. Komunikace umožňující rychlé spoj mezi jednotlivými částmi těla a v rámci jednotlivých oddílů těla nervový syst. - rychlost v ms -prostřednictvím nervových vláken - formou akčních potenciálů - specializovaným ili kontaktem tkt synapse -přenos informace na synapsi specializované působky neurotransmitery, modulátory - receptory Synapse R Cílová buňka 4. Prostřednictvím chemických působků hormonů - uvolněných na určitý podnět - endokrinní systém -odpověď na hormon pomalejší (s až hod) - často dlouhotrvající - je zprostředkovaná oběhovým systémem - receptory - odpověď velmi lokalizovaná (ADH) nebo ovlivňující všechny buňky (T 3-4 ) - zásadní pro říz růstu, metabolismu, reprodukci e 25
Endokrinní buňka Endokrinní systém Oběhový systém Cílová buňka Speciální chemické látky neprodukované klasickými endokrinními buňkami -tkáňové růstové faktory: buněčné děl diferenciace - mechanismus působ: auto, para i endokrinní (nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový faktor) Uplatnění: vývoj mnohobuněčných organism regenerace poškozených tkání R 26
5. Vzájemná komunikace mezi nervovým a endokrinním systémem - nervový systém řídí tvorbu hormonů (hypotalamus - hypofýza) - hormony tvoří specializované nervové bb. neuroendokrinní bb. (RH říz adenohypofýzy, ADH + oxytocin krevní oběh cílová tkáň) 27