Mitochondrie Buněčné transporty Cytoskelet



Podobné dokumenty
VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

MITOCHONDRIE TVORBA ATP

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

B9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

BUNĚČNÁ MOTILITA A MOLEKULÁRNÍ MOTORY

Fyziologie buňky. RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D.

Energetický metabolizmus buňky

NEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY. Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly

Otázka: Metabolismus. Předmět: Biologie. Přidal(a): Furrow. - přeměna látek a energie

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

B4, 2007/2008, I. Literák

Úvod do biologie rostlin Buňka ROSTLINNÁ BUŇKA

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

Současná formulace: Buňka je minimální jednotka, která vykazuje všechny znaky živých soustav

základem veškerého aktivního pohybu v živočišné říši je interakce proteinových vláken CYTOSKELETU

Katabolismus - jak budeme postupovat

- v interfázi dále viditelné - jadérko, jaderný skelet, jaderný obal

ENERGIE BUNĚČNÁ RESPIRACE FOTOSYNTÉZA Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

glukóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Membránový transport příručka pro učitele

Buňka. Buňka (cellula) základní stavební a funkční jednotka organismů, schopná samostatné existence. Cytologie nauka o buňkách

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc 2008/11. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

MEMBRÁNOVÝ PRINCIP BUŇKY

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11

Milada Roštejnská. Helena Klímová. Buňka. Pankreas. Ledviny. Mozek. Kost. Srdce. Sval. Krev. Vajíčko. Spermie. Obr. 1.

Vnitřní prostředí organismu. Procento vody v organismu

Cytologie I, stavba buňky

Cytologie. Přednáška 2010

Prokaryota x Eukaryota. Vibrio cholerae

Buněčné dýchání Ch_056_Přírodní látky_buněčné dýchání Autor: Ing. Mariana Mrázková

Přednáška 6: Respirace u rostlin

Mendělejevova tabulka prvků

Pohyb buněk a organismů

5. Lipidy a biomembrány

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

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

Přeměna chemické energie v mechanickou

Metabolismus krok za krokem - volitelný předmět -

základem veškerého aktivního pohybu v živočišnéříši je interakce proteinových vláken CYTOSKELETU

Buněčný metabolismus. J. Vondráček

- pro učitele - na procvičení a upevnění probírané látky - prezentace

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Cytoskelet a molekulární motory: Biologie a patologie. Prof. MUDr. Augustin Svoboda, CSc.

Energetika a metabolismus buňky

1. Napište strukturní vzorce aminokyselin D a Y a vzorce adenosinu a thyminu

PŘEHLED OBECNÉ HISTOLOGIE

Dýchací řetězec (DŘ)

Regulace metabolických drah na úrovni buňky

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Dýchací řetězec, oxidativní fosforylace, mitochondriální transportní systémy

Charakteristika složky 3) cytochrom-c NADH-Q-reduktasa cytochrom-c- oxidasa ubichinon cytochromreduktasa

VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ

1.Biologie buňky. 1.1.Chemické složení buňky

Tělesné kompartmenty tekutin. Tělesné kompartmenty tekutin. Obecná patofyziologie hospodaření s vodou a elektrolyty.

FYZIOLOGIE ROSTLIN. Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.:

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 6, 2015/2016, Ivan Literák

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Buňka. Kristýna Obhlídalová 7.A

MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Transport elektronů a oxidativní fosforylace

Bp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů

BUŇKA A ENERGIE. kajman brýlový Caiman crocodilus Kostarika, Biologie 8, 2017/2018, Ivan Literák

MEMBRÁNOVÉ STRUKTURY EUKARYONTNÍCH BUNĚK

Buňka buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů

Membránové potenciály

- je nejmenší jednotkou živého organismu schopnou nezávislé existence (metabolismus, pohyb,růst, rozmnožování, dědičnost = schopnost buněčného dělení)

/2012. Mgr. Hříbková Hana Biologický ústav LF MU Kamenice 5, Brno

BIOLOGIE BUŇKY. Aplikace nanotechnologií v medicíně zimní semestr 2016/2017. Mgr. Jana Rotková, Ph.D.

Buňka cytologie. Buňka. Autor: Katka Téma: buňka stavba Ročník: 1.

Úvod do buněčné a obecné fyziologie. Michal Procházka KTL 2. LF UK a FNM

BUNĚČNÉ JÁDRO FYZIOLOGIE BUŇKY JADÉRKO ENDOPLASMATICKÉ RETIKULUM (ER)

MitoSeminář II: Trochu výpočtů v bioenergetice. Souhrn. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Ústav lékařské biochemie 1.LF UK

Svalová tkáň, kontraktilní aparát, mechanismus kontrakce

Efektivní adaptace začínajících učitelů na požadavky školské praxe

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, Přírodovědecká fakulta UP

4. Eukarya. - plastidy, mitochondrie, cytoskelet, vakuola

Eukaryotická buňka. Stavba. - hlavní rozdíly:

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

od eukaryotické se liší svou výrazně jednodušší stavbou a velikostí Dosahuje velikosti 1-10 µm. Prokaryotní buňku mají bakterie a sinice skládá se z :

umožňují enzymatické systémy živé protoplazmy, nezbytný je kyslík,

1 (2) CYTOLOGIE stavba buňky

DÝCHÁNÍ. uložená v nich fotosyntézou, je z nich uvolňována) Rostliny tedy mohou po určitou dobu žít bez fotosyntézy

Buňka. Autor: Mgr. Jitka Mašková Datum: Gymnázium, Třeboň, Na Sadech 308

Přehled energetického metabolismu

Univerzita Karlova v Praze, 1. lékařská fakulta

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Transkript:

Přípravný kurz z biologie Mitochondrie Buněčné transporty Cytoskelet 5. 11. 2011 Mgr. Kateřina Caltová

Mitochondrie

Mitochondrie semiautonomní organely vlastní mtdna, vlastní proteosyntetický aparát a ribozomy endosymbiotická teorie vzniku variabilní počet v různých typech buněk zralý erytrocyt 0, jaterní buňka < 800 lidský oocyt < 100 000 buňky lidské sítnice 1

Mitochondrie drobná zrníčka, někdy také tyčinkovité až vláknité útvary ohraničené dvěma membránami vznikají dělením existujících mitochondrií průměrná délka života - 7 dní 2 samostatné kompartmenty: vnější = intermembránový prostor velká propustnost vnitřní = lumen (obsah se označuje jako matrix) nepropustná pro ionty výběžky kristy (až 5x povrch membrány)

Mitochondrie http://mail.gvm.cz/vyuka/bio_pojmy/hesla/mitochondrie.html

Funkce mitochondrií syntéza ATP v procesu buněčného dýchání buněčné elektrárny ATP palivo pro další procesy v buňce probíhá tu Krebsův cyklus, dýchací řetězec, β- oxidace mastných kyselin navíc se podílí na diferenciaci a smrti buněk, kontrole buněčného cyklu a růstu poškození funkce řada onemocnění

K čemu buňka potřebuje energii? chemická práce syntéza makromolekul (glukóza glykogen, aminokyseliny bílkoviny, ), obnova, růst, regenerace buněk mechanická p. pohyb buňky a jejich struktur osmotická p. přenos látek aktivním transportem elektrická p.- vznik a šíření vzruchů v nervových a svalových buňkách

ATP energie získaná štěpením živin není využita buňkou přímo, ale ukládá se do makroergních vazeb makroergních sloučenin štěpením vazeb se uvolňuje množství energie adenosintrifosfát ATP (obr.) adenosidifosfát ADP guanosintrifosfát GTP

Chemiosmotická teorie syntézy ATP substrátu odebírán vodík ve formě protonů H + a elektronů e - vysokoenergetické e - se předávají enzymům dýchacího řetězce jejich energie je využita k čerpání H + z matrix do intermediárního prostoru vzniká tak protonový gradient jako přenašeče protonů slouží koenzymy NADH, FADH 2 při návratu H + do matrix je energie využita k syntéze ATP S.L. Wolfe: Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publ. Comp.,1993

Syntéza ATP je poháněná gradientem ph obsahuje kanál, kterým po spádu ph a napětí proudí H + část enzymu ATP-syntázy se otáčí (rotor) vůči části, která je zanořena v membráně (stator) mechanická energie je převedena na chemickou vazbu ADP + P i ATP

ATP syntáza transmembránový přenašeč H + MEZIMEMBRÁNOVÝ PROSTOR vnitřní mitochondriální membrána

Mitochondrie - souhrn organely energetického metabolismu metabolizují pyruvát a mastné kyseliny, oxidují acetyl CoA (citrátový cyklus) produkují ATP procesem chemiosmotického spřažení

Oxidativní fosforylace vysokoenergetické elektrony (e - ) jsou odebírány substrátu a předávány na přenašeče e - (koenzymy NADH, FADH 2 ) přenašeče předávají e - dále do elektronového transportního řetězce, který syntetizuje ATP pomocí enzymu ATP-syntázy konečný příjemce elektronů je kyslík http://www.youtube.com/watch?v=e7vhte6w-50

vnitřní mitochondriální membrána vnější mitochondriální membrána ATP syntáza elektron transportní řetězec citrátový cyklus pyruvát mastné kyseliny pyruvát mastné kyseliny MOLEKULY POTRAVY Z CYTOPLAZMY

Respirační řetězec vnitřní mitochondriální membrány mezimembránový prostor cytochrom c vnitřní mitochondriální membrána matrix ubichinon komplex NADH dehydrogenázy komplex cytochromu b c 1 komplex cytochrom oxidázy

Respirační řetězec vnitřní mitochondriální membrány 1. NADH dehydrogenáza (komplex I): převezme elektrony z NADH a předá je ubichinonu 2. komplex cytochromů b-c 1 : převezme elektrony z ubichinonu a předá je cytochromu c 3. komplex cytochromoxidázy : převezme elektrony z cytochromu c a přenese je na kyslík za vzniku vody při přesunu elektronů každý komplex zároveň přesune protony H + z matrix do mezimembránového prostoru

Elektrochemický protonový gradient MEZIMEMBRÁNOVÝ PROSTOR vnitřní mitochondriální membrána pohyb protonů po spádu membránového potenciálu MATRIX MEZIMEMBRÁNOVÝ PROSTOR vnitřní mitochondriální membrána pohyb protonů po spádu ph gradientu MATRIX

Energetická bilance tvorby ATP ČISTÝ VÝTĚŽEK OXIDACE 1 MOLEKULY GLUKÓZY V cytosolu (glykolýza) 1 glukóza 2 pyruváty + 2 NADH + 2 ATP V mitochondrii (pyruvát dehydrogenáza a citrátový cyklus) 2 pyruváty 2 acetyl CoA + 2 NADH 2 acetyl CoA 6 NADH + 2 FADH + 2 GTP Čistý výsledek v mitochondrii 2 pyruváty 8 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP

Kolik vznikne z 1 molekuly glukózy ATP? Dráha Redukované koenzymy Zisk ATP Glykolýza Substrátová fosforylace Redukce NAD + : Pyruvát AcetCoA (x2) Redukce NAD + : Krebsův cyklus (x2) Substrátová fosforylace Redukce NAD + : 2 NADH 2 NADH 6 NADH Redukce FAD: 2 FADH 2 Elektrontransportní řetězec Oxidace 10 NADH x 2,5 ATP/NADH 25 ATP 2 ATP 2 ATP Oxidace 2 FADH 2 x 1,5 ATP/FADH 2 3 ATP 32 ATP Energie zkonzumovaná na aktivní transport NADH do mitochondrií - 2,5 ATP Celkově 30 ATP

Transport látek přes membránu Osmóza

Transport látek přes membránu membránový transport - překonávání biomembrány membrána je selektivně propustná (semipermeabilní) typy transportu: pasivní transport - prostá difuze usnadněná difuze aktivní transport - přenašečový endocytóza exocytóza

Transport látek přes membrány HYDROFÓBNÍ MOLEKULY MALÉ NENABITÉ POLÁRNÍ MOLEKULY VELKÉ NENABITÉ POLÁRNÍ MOLEKULY IONTY velikost molekuly přítomnost náboje gradient koncentrace membránové transportní proteiny : přenašeče a kanály Umělá lipidová dvojvrstva

Transport vody přes membrány proteiny specializované na transport vody přes membránu vodní kanály aquaporiny propouští jen vodu, ne ionty

Pasívní a aktivní transport Přenášená molekula Proteinový kanál Přenašeč Lipidová dvojvrstva Gradient koncentrace Prostá difúze Přenos přes kanál Přenos přes přenašeč PASÍVNÍ TRANSPORT AKTIVNÍ TRANSPORT

Funkce přenašeče při pasívním transportu změny tvaru (konformace) molekuly přenašeče přenašeč přechází mezi stavy A a B transport látky po koncentračním spádu

Aktivní transport proti koncentračnímu spádu nutné dodat energii: spřažením hydrolýzou ATP světelnou

Transport glukózy ve střevě vnitřek střeva Spřažení transportu Na+ a glukózy Vysoká koncentrace glukózy Epiteliální buňka Nízká koncentrace glukózy Pasívní přenos glukózy přes přenašeč Mezibuněčná tekutina Vysoká koncentrace glukózy Aktivní transport pomocí specifických přenašečů glukóza se rychle vstřebává do krve i proti koncentračnímu gradientu ve sliznici tenkého střeva (symport, tzn. paralelní transport se sodíkovými ionty, které se vstřebávají ve směru koncentračního gradientu a tím usnadňují transport glukózy proti koncentračnímu gradientu).

Sodno-draselná pumpa navázání 3 iontů Na + (1) fosforylace (2) konformační změna (2) přesun Na + přes membránu ven navázání 2 iontů K + (2) defosforylace (3) návrat k původnímu tvaru uvolnění K + do buňky (4) 3 Na + ven a 2 K + dovnitř buňky Na + extracelulární ionty K + intracelulární ionty

Osmotické děje I osmóza = přesun vody přes semipermeabilní membránu po koncentračním spádu semipermeabilní membrána propustí vodu, nepropustí rozpuštěné částice

Osmotické děje II osmolarita roztoku koncentrace osmoticky aktivních částic roztoky izotonické hypotonické / hypertonické Buňka obsahuje mnoho osmoticky aktivních částic, musí tedy regulovat svoji osmolaritu.

Kontrola osmolarity živočišné a bakteriální buňky Aktivně pumpují ven ionty, např. Na + Ježatá normální nabobtnalá praská Červená krvinka Extracelulární prostor hypertonický izotonický hypotonický silně hypotonický

Kontrola osmolarity rostlinné buňky pevná buněčná stěna turgor vnitřní tlak vakuola aktivní regulace

Kontrola osmolarity - prvoci Kontraktilní vakuola aktivní vypuzování přebytečné vody z buňky

Volná difuze Přes lipidovou dvojnou vrstvu Fyzikální jev, není selektivní Rychlost je závislá na koncentraci, teplotě a velikosti molekuly http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:scheme_simple_diffusion_in_cell_membrane-en.svg

Usnadněná difuze = pasivní přenašečový transport (AK, cukry, fosfátové anionty) rychlost závisí na: koncentračním spádu afinitě přenašeče k substrátu, hustotě přenašečů v membráně rychlosti konformační změny přenašeče možnost regulace př. transport glukózy do buněk ovlivňuje inzulín

Aktivní transport vyžaduje transportní proteiny - mohou pumpovat látky i proti koncentračnímu gradientu transport je selektivní - přenašečem je obvykle enzym (tzv. membránové ATP-ázy) vyžaduje energii (přímou hydrolýzou ATP) k uvolnění substrátu nebo k regeneraci konformace přenašeče živá buňka aktivně udržuje určité gradienty

Vezikulární transport I transport makromolekul uzavřených ve váčcích (vezikulech) aktivní proces, regulace (ovlivněno fluiditou membrány, cytoskeletem) exocytóza - vezikul putuje z GA k plasmatické membráně a splývá s ní - obsah vezikulu se vylije do mezibuněčného prostoru (krevní bílkoviny, protilátky, hormony, neurotransmitery) pučení - forma exocytózy (některé viry takto opouštějí buňku) Exo - transport ven z buňky

Vezikulární transport II endocytóza - plasmatická membrána se vchlipuje do vnitřního prostoru buňky a vytvoří váček (vezikul) fagocytóza ( cellular eating (a)) - buňka pomocí panožek obklopí částici fagozom potravní vakuola (bb imunitního systému (granulocyty, makrofágy), bb v tkáňové kultuře) pinocytóza ( cellular drinking (b)) - buňka pohlcuje část extracelulární tekutiny do malých váčků (probíhá nepřetržitě u všech eukaryontních buněk) Endo transport dovnitř buňky

Cytoskelet

Cytoskelet kostra buňky vláknité (fibrilární) struktury v buňce nitrobuněčné opěrné a pohybové struktury mikrotubuly mikrofilamenta střední filamenta http://www.infovek.sk/predmety/biolo gia/diplomky/biologia_bunky/cytoskele t.htm

Funkce cytoskeletu přeměna energie chemické v energii mechanickou (aktivní pohyb - lokomoční i intracelulární) určuje tvaru buňky, kotví mnohé organely i některé enzymy informační (při uchování a přenosu genetické informace) http://cs.wikipedia.org/wiki/kostra

mikrotubuly Složky cytoskeletu mikrofilamenta intermediární filamenta Espero Publishing, s.r.o.

Funkce mikrotubulů (MT) Espero Publishing, s.r.o. mechanická kostra buňky (kortikální MT rostlin, marginální svazky trombocytů a erytrocytů, stresová vlákna bb) výběžky buněk (nervové buňky) určují polaritu buněk (hlavně bb sekrečních) transport uvnitř buňky (vezikulární, neurotransmitery) jsou základem dělicího vřeténka základem řasinek a bičíků

Asociované proteiny MT - molekulové motory dyneiny - lokomoce, nitrobuněčný transport (od + k -) kinesiny - nitrobuněčný transport (od - k +) pohání klouzání jednoho mikrotubulu po druhém molekulové motory se mohou vázat k organele a kráčet s ní podél mikrotubulu (např. vezikuly s neurotransmitery se tak dostávají na konec axonů

(Mikro)tubulární toxiny kolchicin, kolcemid - brání polymerizaci tubulinu (blokuje dělení buněčného jádra (mitózu) v metafázi polyploidní buňky) vinblastin, vinkristin - vznikají agregáty z nepolymerizovaného tubulinu (cytostatika) taxol - stabilizuje mikrotubuly, brání jejich dynamické přestavbě (cytostatikum)

Mikrofilamenta (MF) základní složka - aktin (globulární protein, < 15 % proteinů v eukaryotní buňce) monomer G-aktin polymeruje v F-aktin (řetízek) 2 vzájemně obtočená aktinová vlákna (tloušťka 7 nm) tvoří trojrozměrnou síť pod plazmatickou membránou buňky rozlišuje se + a konec (tady polymerace rychlejší)

Asociované proteiny MF fimbrin, filamin, -aktinin - stabilizují svazky mikrofilament (např. stereocilie) gelsolin - fragmentuje mikrofilamenta tropomyosin - stabilizuje aktinomyosinový komplex ve svalových buňkách myosin-molekulový motor jeho aktivace aktinem se projeví posunem myosinu vůči aktinu (10 nm) obr. 22.3; J.Darnell a kol.: Molecular Cell Biology, Scientific Americal Books, Inc., 1990

Funkce mikrofilament strukturní - výběžky buněk mikroklky epitelových a vazivových buněk tyčinky sítnice, stereocilie vláskových buněk součást desmosomů kinetická - pohyb bb a organel kontraktilní prstenec (cytokineza) svalový pohyb améboidní pohyb (pseudopodia, lamellipodia, stresová vlákna) cyklóza (proudění cytoplazmy a pohyb organel) účast na endocytóze a exocytóze

Mikrofilamenta Espero Publishing, s.r.o. A) mikroklky, B) stresová vlákna, C) améboidní pohyb a pseudopodia D) kontraktilní prstenec

Mikrofilamentární toxiny cytochalasin zabraňuje polymeraci aktinu blokuje cytokinezi živočišných bb buňky vícejaderné faloidin stabilizuje mikrofilamenta, brání jejich přestavbě původ: muchomůrka zelená

Střední filamenta I vláknité (fibrilární) proteiny (průměr 10 nm) u všech živočišných, rostlinných bb a hub stálá struktura (za fyziologických podmínek je méně dynamická) určují tvar buňky ( buněčná kostra ) určují pozici organel v buňce mechanicky zpevňují tkáň (výběžky nervových bb, mezibuněčná spojení typu desmosomů) Espero Publishing, s.r.o.

Střední filamenta II žádný univerzální protein, ale konkrétní pro každý typ diferencovaných bb: cytokeratiny (epitelové bb) neurofilamin (nervové bb) vimentin (ve fibroblastech = bb vazivové tkáně ) vimentin + desmin (ve svalových bb) asociované proteiny - filagrin, synemin, plectin nejsou známé žádné toxiny - střední filamenta se ruší až po částečné proteolýze Poznámka: složky cytoskeletu = kostra asociované proteiny = funkce

Děkuji za pozornost