Úvod do fyziologie, experimentFyziologie buňky

MUDr. Marián Liberko

Fyziologie◦ Studium funkce orgánů, orgánových soustav a organizmu

jako celku◦ Normální x patologická◦ Úzký vztah k anatomii a biochemii

Historie◦ J.E.Purkyně (1787-1869)◦ C. Bernard (1813-1878)◦ K. Landsteiner (1868-1943)◦ J. Janský (1873-1921)◦ A. Carrel (1873-1944)◦ J. Watson + F. Crick

Metody◦ Pozorování v přirozeném prostředí◦ Pozorování v nepřirozeném prostředí (behavioristický

princip), experiment◦ Srovnávací fyziologie

Experiment◦ In vitro◦ In vivo

Krátkodobé x dlouhodobé studie

Koncept 3R (Russel 1959)◦ Reduction◦ Replacement◦ Refinement◦ Responsibility

Vývoj buňkyprokaryotická buňka

◦ Před 3,5 mld let◦ Pouzdro +/-, buněčná stěna, plazmatická

membrána, kruhová DNA volně uložena v cytoplazmě = „prokaryotický chromosom“ - nukleoid

◦ „extrachromosomální“ DNA - plasmidy◦ Žádné membránou ohraničené organely◦ Ribosomy – 70S◦ Rozmnožování dělením◦ Dnes: bakterie G+/G-, sinice

eukaryotická buňka◦ Před 1,5 mld let◦ Zvětšování buňky◦ Formování membránou ohraničených

organel Vchlipováním plazmatické membrány Endosymbiotická teorie

◦ DNA uložena v jádru◦ Vývoj cytoskeletu

Eukaryotická buňka

Plazmatická membrána

Buněčné organely Jádro, ER, GA, mitochondrie, lyzosomy,

peroxisomy, ribosomy, inkluze

Cytoskelet Mikrotubuly, mikrofilamenta,

intermediární filamenta

Plazmatická membránaOdd. buňku od zevního prostředíStruktura

◦ Dvouvrstva fosfolipidů, cholesterol Polární x nepolární část

◦ Proteiny Integrální x periferní

Buněčné jádro Uložena genetická informace ve formě DNA Regulace, diferenciace, maturace a funkce buňky

Syntéza RNA mRNA tRNA rRNA

Části Jaderná obálka

Vnitřní x zevní membrána (laminy), perinukleární cisterna, póry Chromatin

komplex DNA a protein, složka chromosomů Euchromatin x heterochromatin

Jadérko Membránou neohraničená struktura, syntéza rRNA, asociace s proteiny za

vzniku nezralých ribosomů Nukleoární organizátor, pars fibrosa, pars granulosa

Ribosomy Ribosomy/polyribosomy

Komplex rRNA a ribosomálnich proteinů Volné x vázané Proteosyntéza

Endoplasmatické retikulum

Systém kanálků a cisteren V těsném kontaktu s buněčným jádrem Granulární x agranulární

Syntéza proteinů a posttranslační úpravy x syntéza lipidů a biotransformace xenobiotik

Golgiho aparátLamely, cisternyV úzkem vztahu k ERModifikace, třídění, distribuce – enzymy

lyzosomů, peroxisomů, sekreční granulaCis x trans část

Lyzosomy a peroxisomyLyzosomy

Buněčné trávení: heterofagie/autofagie Množství v buňce v závislosti na její

funkci Hydrolytické enzymy, H+ ATP-áza Primární x sekundární

Peroxisomy Kataláza, peroxidáza Oxidace látek buňce nebezpečných

(H2O2)

Mitochondrie Endosymbiotická teorie, semiautonomní organely

Struktury Zevní x vnitřní membrána, intermembranózní

prostor, mitochondriální matrix: enzymy dýchacího řetězce, DNA – matroklinní dědičnost, ribosomy

Energetická továrna buňky Krebsův cyklus, β-oxidace mastných kyselin,

dýchací řetězec – oxidativní fosforylace a tvorba ATP

Dýchací řetězecTvorba ATPChemiosmotická teorieATP jako zdroj energie pro práci

Mechanickou Chemickou Transportní

Cytoskelet-miktotubuly, mikrofilamenta, intermediární

filamentaMikrotubuly

Podjednotky: α a β heterodimery Mikrotubuly jako součást: centriolů, bičíků +/- konec, polymerace/depolymerace

Úloha mikrotubulů v buňce Transport látek v buňce – např.

axoplazmatický transport (kinesin, dynein)

Součást dělícího vřeténka Pohyb buňky – flagellum

Mikrofilamenta◦ Podjednoty: monomer G-aktin◦ Polymerací: aktinové filamentum – provazce, 2D, 3D

sítě◦ Význam

Tvar , pohyb buňky, endocytóza, exocytóza

Intermediární filamenta◦ Skutečný cytoskelet

Mechanicky stabilizují buňky Typy: cytokeratin, desmin, vimentin,

lamin

Typy spojení mezi buňkamiAdhezivní

Zonulae adherentes, desmozonmy, hemidesmozomy

Utěsňující Zonulae occludentes

Komunikační Nexy (gap junctions)

Transport látek přes membránanyParacelulární

V závislosti na typu přítomných mezibuněčných kontaktů

Tenké střevo, proximální tubulus ledvinTranscelulární

◦ Prostá difuze, facilitovaná difuze, primární a sekundární aktivní transport, endocytóza, exocytóza, iontové kanály

Prostá difuze◦ Hydrofóbní látky, neutrální molekuly O2,

CO2

Facilitovaná difuze◦ I hydrofilní látky◦ Přenašeč (GLUT), saturovatelnost,

specificita, kompetitivní inhibicePrimárně aktivní transport

◦ Spotřeba ATP Na+/K+ATP-áza, Ca2+ATP-áza, Na+/H+ATP-

áza

Sekundárně aktivní transport◦ Kotransport

Symport – SGLT 1 Antiport – Na+/H+

Endocytóza a exocytóza◦ Transport makromolekul do/z buňky

Endocytóza Pinocytóza x fagocytóza př. LDL cholesterol

Exocytóza Př. Hormony pankreatu, neurohypofýzy,

neurotransmitery!!!

Iontové kanály◦ Stále otevřené

Gap junctions◦ Napěťově řízené

Na+, K+ kanály membrány neuronů při vzniku AP◦ Chemicky řízené

a) receptor je přímo součástí iontového kanálu Př. AchR postsynaptické membrány

b) receptor není součástí iontového kanálu Př. G-proteiny

Gs, Gq, Gi – tvorba „second messengers“ → kaskáda dějů fosforylace/defosforylace a aktivace iont. kanálu

◦ Napěťově a chemicky řízené◦ Mechanicky řízené

Buněčný cyklus

interfáze

profáze

anafáze

telofáze

Mitoza

2n2n

2n

metafáze

prometafáze

Regulace buněčného cyklu Cykliny

◦ Cyklicky syntetizovány v průbehu buněčného cyklu Cyklin dependentni proteinkinazy (Cdk)

◦ Trvale přítomny v buňkách◦ Aktivace vazbou s cykliny → fosforylace řady proteinů

účastnících se řízení buněčného cyklu – přechod G1/S, G2/M

p21◦ Inhibitor komplexu cyklin/Cdk◦ Aktivován p53

Poškození DNA →p53→p21→cyklin/Cdk→zástava cyklu (replikace)

Reparace Ano? – pokračování cyklu Ne? – apoptóza x nádor!!!

Buněčná smrtNekróza

◦ Nefyziologická smrt buňky vlivem fyz., chem., biolog. faktorů

Apoptóza◦ Fyziologická smrt buňky◦ Význam

Eliminace buněk s poškozenou DNA V průběhu ontogeneze Činnost imunitného systému

Nekróza x apoptóza◦Spotřeba ATP◦DNA◦Chromatin◦Velikost buňky◦Plazmatická membrána◦Zánětlivá reakce