BIOLOGIE BUŇKY Aplikace nanotechnologií v medicíně zimní semestr 2016/2017 Mgr. Jana Rotková, Ph.D.
OBSAH zařazení v systému organismů charakterizace buňky buněčné organely specializace buněk užitečné odkazy 2
Řazení organizmů NEBUNĚČNÉ BUNĚČNÉ VIRY PROKARYOTA EUKARYOTA ARCHEA BAKTERIE ROSTLINY HOUBY ŽIVOČICHOVÉ 3
Co je to buňka? Nejmenší jednotka, schopná samostatné existence a dělení. Všechny buňky (minimálně v některém ze svých stádií) obsahují: genetickou informaci membránu, oddělující buňku od prostředí aparát umožňující samostatnou existenci a dělení Rozměry a délka života jsou závislé na typu buňky. fibroblast erytrocyt vajíčko trombocyt délka života 50 dní 120 dní 2 dny 8 dní rozměr 10-15 μm 3 x 7,5 μm 150-200 μm 2 μm 4
ORGANELY = nitrobuněčné struktury, jejichž pomocí mohou eukaryotní buňky provádět řadu specifických funkcí MITOCHONDRIE CYTOSOL LYSOSOMY GOLGIHO KOMPLEX JÁDRO JÁDÉRKO CYTOSKELET HLADKÉ ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM DRSNÉ ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM 5
EUKARYOTA vs. PROKARYOTA (z řeckého caryon=jádro; eu = pravý; pro = před) PROKARYOTICKÉ EUKARYOTICKÉ organizace jednobuněčné mnohobuněčné vnitřní stavba nedělená membránami dělená membránami velikost menší větší genetická informace nukleoid DNA stočena volně v cytoplazmě bez ohraničení pravé jádro DNA uložena v jádře, ohraničeném plazmatickou membránou rychlost metabolických dějů vyšší nižší zástupci bakterie, archea živočichové, rostliny, houby nukleoid kapsula jádro jadérko mitochondrie bičík b.stěna ribosomy b.membrána ribosomy 6
ROSTLINNÁ vs. ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA Eukaryotické buňky ROSTLINNÁ ŽIVOČIŠNÁ buněčná stěna ano ne specializované organely plastidy (chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty) centrální vakuola lysosomy žádné nebo menší ojedinělé vakuoly zásobní látka škrob glykogen 7
BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA HLAVNÍ FUNKCE oddělení prostředí s odlišným chemickým složením Charakteristika semipermeabilní (=polopropustná) lipidová dvojvrstva tvořená polárními lipidy (tloušťka 6 10 nm) polární hlavice směřovány vně nepolární řetězce uvnitř stabilní díky hydrofobním interakcím relativně volný laterální pohyb (do stran) v rámci membrány složení se liší podle druhu organismu i dle druhu membrány (v rámci orgánů/organel) přítomnost proteinů (periferně/integrálně; póry; enzymatické systémy) Probíhající děje transportní děje (aktivní x pasivní) 8
BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA 9
BUNĚČNÁ SPOJENÍ HLAVNÍ FUNKCE slouží ke spojení a vzájemné komunikaci mezi buňkami Tight junctions (těsná) Zonula occludens Transmembránové proteiny claudin a occludin. Desmosomy (adhesní) Zonula adhaerens Macula adhaerens = desmosom Hemidesmosom (mimobuněčná hmota + buňka) Gap junctions (komunikační) (nexus neboli skulinové spojení ) Konexony 2 sousedních bb. tvoří hydrofilní kanál (průměr 1,5 nm), propouští ionty a organické látky do velikosti 1 kda (ATP, ADP, AMKs, Ca 2+ ) 10
CYTOSOL HLAVNÍ FUNKCE místo řady buněčných dějů Charakteristika koncentrovaný koloidní roztok s vysokou viskozitou tvořící tekutý obsah buňky ( jelly-like fluid ) CYTOSOL tekutý obsah buňky (bez organel) Probíhající děje glykolýza syntéza mastných kyselin část močovinového cyklu (u prokaryot cytosol = cytoplasma) CYTOPLASMA veškerý obsah buňky (včetně organel) 11
JÁDRO HLAVNÍ FUNKCE kontrolní centrum buňky syntéza DNA, RNA uložení a zpracování genetické informace (DNA) v buňce Charakteristika jaderná membrána dvojitá semipermeabilní navazuje na ni ER jadérko jaderná membrána jaderné póry jaderné póry proteinové kanálky selektivní vstup/výstup látek chromozomy jadérko tvořeno převážně rrna tvorba ribosomů (a následný transport póry do cystosolu) jedno jádro může obsahovat více jadérek chromatin 12
JÁDRO Charakteristika chromatin hmota uvnitř jádra tvořená nukleoproteinovým komplexem (DNA + histony) v průběhu buněčného dělení kondenzuje chromozomy vznikají při kondenzaci chromatinu DNA + histony jadérko jaderná membrána jaderné póry Probíhající děje replikace transkripce posttranskripční modifikace RNA chromozomy chromatin 13
Struktura chromozomu u eukaryotů - chromatin 14
MITOCHONDRIE HLAVNÍ FUNKCE uvolnění energie z potravy a její transformace do využitelné formy ATP (buněčná elektrárna ) Charakteristika semiautonomní organela vlastní DNA a proteosyntetický aparát dělení bez ohledu na buněčné dělení matroklinní dědičnost připomíná prokaryota počet odpovídá energetické potřebě buňky Probíhající děje buněčné dýchání (vnitřní membrána) citrátový cyklus (matrix) β oxidace mastných kyselin (matrix) část močovinového cyklu (matrix) kristy matrix vnitřní membrána vnější membrána 15
ENDOPLASMATICKÉ RETIKULUM HLAVNÍ FUNKCE modifikace proteinů syntéza lipidů hladké ER jaderné póry Charakteristika drsné ER z lat. reticulum= síťka ribosomy systém biomembrán vnitřní prostory ER obsahují vysokou koncentraci Ca 2+ regulace koncentrace Ca 2+ v cytosolu regulována propustností membrány ER morfologické rozlišení dvou druhů ER: DRSNÉ ER HLADKÉ ER povrch ribosomy hladký funkce glykosylace a transport proteinů transport pomocí váčků cisterny biosyntéza lipidů transport pomocí váčků 16
RIBOSOMY vznikající protein HLAVNÍ FUNKCE produkce proteinů (= translace) Charakteristika nukleoproteinové komplexy mrna rrna a desítky specifických proteinů dvě heterogenní nekovalentně spojené podjednotky volně v cytosolu nebo na povrchu ER buňky obsahují relativně velké množství ribosomů mitochondrie a chloroplasty obsahují vlastní ribosomy Probíhající děje translace prokaryota velká podjednotka trna malá podjednotka eukaryota malá podjednotka 30S 40S velká podjednotka 50S 60S *S = Svedbergova jednotka (centrifugační koeficient) 17
GOLGIHO KOMPLEX HLAVNÍ FUNKCE modifikace proteinů třídění a vylučování proteinů a lipidů Charakteristika paralelně uložené diskovité membránové váčky obsahuje enzymy ukončující glykosylaci proteinů třídící centrum různých látek sekrece do extracelulárního protoru tvorba lysosomů zabudování do buněčné membrány Probíhající děje posttranslační modifikace proteinů lumen příchozí váček cisterny nově vzniklé váčky odcházející váčky 18
LYSOSOMY HLAVNÍ FUNKCE intracelulární trávení hydrofilní část Charakteristika hydrolytické enzymy hydrofobní část dvouvrstevná membrána uvnitř hydrolytické enzymy ph optimum v kyselé oblasti štěpení pohlceného obsahu (fagocytosa) nebo vlastních makromolekul (autolysa) v buňce ve dvou formách primární - vznikají odškrcením od Golgiho komplexu sekundární - vznikají fúzí primárních lysosomů s váčky, vzniklými endocytosou!místo intracelulárního trávení! Probíhající děje hydrolytické štěpení 19
LYSOSOMY 20
HLAVNÍ FUNKCE udržení tvaru buňky vnitrobuněčný pohyb organel buněčné dělení CYTOSKELET Charakteristika dynamický systém vláknitých struktur mikrofilamenta (vlákna) průměr cca 5 nm asociovaná proteinová vlákna aktinu a myosinu pohyb buněk jako celku intermediální filamenta (vlákna) průměr 10-15 nm proteinové složení se v rámci různých tkání může lišit zajištění mechanické stability (přítomny v místech namáhání - např. kůže) mikrotubuly průměr až 25 nm strukturní základ polymer tubulinu zajišťují pohyb organel v buňce, chromatinu při dělení, bičíků 21
SPECIALIZACE BUNĚK! diferenciace proliferace! diferenciace proces, při kterém z nediferencované buňky (kmenové) postupně vznikají buňky různých typů např. z oplodněného vajíčka postupně vznikají buňky všech typů proliferace zvýšení počtu buněk (dělením) 22
TYPY LIDSKÝCH BUNĚK Zachrání náš druh před vyhynutím spermoboti? drážďanský Institut integrujících neurověd Spermoboti = kovové spirály, pohon rotujícím magnetickým polem https://www.youtube.com/watch?v=ww-x-vifh-q 23
24
Užitečná videa a odkazy základy Struktura buňky stručně (YouTube) https://www.youtube.com/watch?v=urujd5nexc8 Buněčné struktury (SlideShare) http://www.slideshare.net/mrtangextrahelp/01-cell-structures Výkladový slovník biochemických pojmů (Kodíček, VŠCHT): http://147.33.74.135/knihy/uid_es-002/index.html BBC dokument The Cell Hidden Kingdom (YouTube) https://www.youtube.com/watch?v=aduwkdqzb2g Knihy podrobnější popis Kodíček, M.; Valentová, O.; Hynek, R. Biochemie: chemický pohled na biologický svět, 1st ed.; VŠCHT Praha: Praha, 2015. Voet, D.; Voet, J. G. Biochemistry, 4th ed.; John Wiley & Sons Inc.: Hoboken, NJ, 2011. Vodrážka, Z.; et al. Biochemie; Academia: Praha, 2007. 25
Zdroje http://www.keyword-suggestions.com/y2vsbcb0agvvcnkgy2fydg9vbg/ https://www.thinglink.com/scene/723226043497840641 http://www.asbmb.org/asbmbtoday/201409/lipidnews/ KODÍČEK. From Biochemické pojmy : výkladový slovník [online]. Praha: VŠCHT Praha, 2007 [cit. 2016-09-14]. Available from www: <http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es- 002/ebook.html?p=membrana_biologicka> https://micro.magnet.fsu.edu/cells/endoplasmicreticulum/endoplasmicreticulum.html http://www.alyvea.com/biologystudyguides/transcription-translation.php http://www.differencebetween.info/difference-between-archaea-and-bacteria http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/print.php?page=1476&typ=html http://slideplayer.cz/slide/2034493/ http://www.nanomedicine.com/nmi/8.5.1.htm http:// www.3dscience.com http:// www.netdoctor.co.uk http://eonreality.serveraddress.com/content/2588/1.jpg https://www.studyblue.com/notes/note/n/bio-434-study-guide-2012-13-davidsharlin-/deck/9711849 http://www.nanoasociace.cz/nanotechnologicky-leden-2016-aneb-zachrani-nas-druh-pred-vyhynutimspermoboti/ 26