5.3.2015

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

5.3.2015

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“

● tekutá fáze = lipidy, mobilní proteiny

● stavba membrány není rigidní

● jednotlivé složky stále mění postavení

USPOŘÁDÁNÍ MEMBRÁNOVÝCH PROTEINŮ

GLYKOPROTEINY A GLYKOLIPIDY

Cukerná složka – negativní náboj

PASIVNÍ TRANSPORT

1) Prostá difúze – transport po koncentračním gradientu

- volný prostup lipidovou membránou

- látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O2, CO2, 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

TRANSPORT LÁTEK PŘES MEMBRÁNU

5.3.2015

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)

- Ca2+ 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

5.3.2015

4

ad a) postsynaptické receptory:

nikotinové receptory pro acetylcholin na nervové buňce

a nervosvalové ploténce

receptory pro glutamát (Na+, K+, Ca2+ kanály) → excitace

receptory pro GABAA 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

◦ 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

ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM 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

RIBOZOMY

◦ malé kulovité útvary

◦ tvořené rRNA

◦ volné, vázané na ER

◦ syntéza bílkovin

LYSOZOMY

◦ drobné nepravidelné váčky

◦ enzymy rozkládající

biologický materiál

◦ obranná reakce

5.3.2015

5

- 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

MITOCHONDRIE 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

5.3.2015

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 (G1, S, G2):

G1 fáze: růst, diferenciace

S fáze: replikace a syntéza DNA

G2 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 Ca2+ do buňky → aktivace

Ca2+- dependentní fosfolipázy → ireverzibilní poškození

membrány

dilatace ER, alterace mitochondrií, zduření buňky,

ruptura plazmatické membrány a lýza buňky

5.3.2015

7

CELULÁRNÍ TRANSPORTNÍ MECHANISMY

1) Transcelulární transport

- transmembránový mechanismus

2) Paracelulární transport

- gap junction, tigh junction

BUNĚČNÁ KOMUNIKACE

Komunikace mezi buňkami – základem pro:

1) řízení a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla

2) udržení homeostázy

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

5.3.2015

8

2. Prostřednictvím lokálních chemických působků – hlavní forma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém

systému

- parakrinní (pankreas)

R

Intersticiální tekutina

- 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 (T3, T4)

- zásadní pro řízení růstu, metabolismu, reprodukci

R

Endokrinní systém

Oběhový systém

Cílová buňka

Endokrinní 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

R

Cílová buňka

Synapse

5.3.2015

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