CYTOLOGIE • •řecky kytos - buňka + lat. logos - věda • •nauka o skladbě buňky • •též buněčná biologie je věda zabývající se studiem buněk. • •Živočišné buňky jsou co do velikosti značně rozmanité. •Velikosti se mohou lišit i stejné buněčné typy u různých živočichů. • •Průměrná velikost živočišné buňky je 10-20 μm. • •Příklady velikosti: •• buňky kůry mozečku 4–6 μm; •• lidské erytrocyty 7,5 μm; •• megakaryocyty a osteoklasty 40–90 μm; •• motorické neurony předních rohů míšních 150 μm; •• lidské vajíčko 200 μm, obojživelníků 1,5 mm, ptáků v cm. • •Velice dlouhé mohou byt i výběžky buněk, např. u výběžků neuronů se jejich délka může byt i několik metrů. • PMN, PME bone modeling ovary, germinal epithelium and primordial follicles •Živočišné buňky se vyznačuji obrovskou tvarovou rozmanitostí. • •Tvarové typy a příklady: •kulovitý či eliptický - krevní buňky; •plochý, kubický, cylindrický - epitelové buňky; •hvězdicovitý a hruškovitý - nervové buňky; •soudečkovitý - žlázové buňky; •vřetenovitý - hladka svalovina. • •Některé buňky jako např. některé pojivové buňky či krevní mohou svůj tvar měnit. • • smooth muscle, muscularis externa multicellular; pure serous gland Buněčné tvary •Buňka kulovitá se segmentovaným jádrem, granulocyt neutrofilní •velikost 10-14 μm •• tvar kulovitý •• jadro složeno až z 5 laloků • •Buňka s prstencovitým až laločnatým jádrem, megakaryocyt (kostní dřeň) •velikost 40-90 μm •• tvar kulovitý •• jádro prstencovité až •mnohočetně laločnaté • •Buňka plochá (vrstevnatý epitel jícnu) •protáhlý plochý tvar • •Buňka kubická (kanálky ledvin) •buňka tvaru krychle •jádro kulovité, centrálně •uložené •Buňka cylindrická (epitel sliznice tenkého střeva) •buňka tvaru kvádru •jádro měchýřkovité, •protáhlé • •Buňka hruškovitá, Purkyňova buňka (mozeček) •jádro uprostřed •nápadné 2 dendrity •velká nervová buňka •hruškovitého tvaru • •Buňka hvězdicovitá, multipolární neuron (páteřní mícha) •velikost až 150 μm •hvězdicovitá nervová buňka • •Jaterní buňky (hepatocyty) •tvar polyedrický •velikost 15-30 μm • •Příčně pruhovaný sval, mnohojaderná struktura •mnohojaderné vlákno •o délce 1-40 cm a průměru 10-100 μm •jádra čočkovitá, •funkčně rovnocenná • •Buňky srdečního svalu •buňka tvaru písmene Y • Musc14s oBuňky hladké svaloviny oVřetenovitý tvar smooth muscle, muscularis externa HISTOLOGIE – •nauka o tkáních (ř. histos – tkáň,logia – věda, nauka) • •nauka o mikroskopické skladbě organismu • •rozvoj s vynálezem mikroskopu • •histologické vyš.metody využívané v medicíně humánní i veterinární Soubor:Hooke Mikroskop.jpg DSCN2326 2. Buňka, ultrastruktura - buněčné organely, buněčný skelet, filamenta. Dělení buněk (mitóza, amitóza, meióza) Buňka – cellula, kytos •základní stavební a funkční jednotka živých organismů •některé organismy jednobuněčné (např. bakterie) Theodor Schwann (7. 12. 1810 – 11. 1. 1882) německý fyziolog, histolog a cytolog rozvoj buněčné teorie, objev Schwannových buněk a periferního nervového systému, objev a studium pepsinu, objev organického původu kvasinek a zavedení termínu metabolismus Buněčná teorie 1838 botanik Matthias Jakob Schleiden a fyziolog Theodor Schwann Buněčná teorie •vědecká teorie-základní kámen biologie • VŠEOBECNĚ PŘIJÍMANÉ TEZE BUNĚČNÉ TEORIE: •Buňka je základní strukturní a funkční jednotkou živých soustav. •Všechny organismy se skládají z jedné nebo více buněk nebo jsou na buňkách závislé (viry). •Buňky vznikají z jiných buněk buněčným dělením. •Buňky nesou genetický materiál a při buněčném dělení jej předávají dceřiným buňkám. •Chemické složení všech buněk je v zásadě stejné. •Uvnitř buněk se odehrávají v zásadě stejné energetické pochody (biochemické procesy, buněčný metabolismus). • • • Z morfologického hlediska lze bb. rozdělit do 2 skupin: •Prokarytotické bb. •Eukaryotické bb. Prokaryota •z řeckého pro (před) a karyon (jádro) •jednobuněčné, ale mohou tvořit kolonie •podstatně jednodušší eukaryota •např. bakterie •Znaky společné s eukaryotickou buňkou •obsahují nukleovou kyselinu, nositelku genetické informace; vždy DNA •Syntéza proteinů probíhá na ribozomech, které jsou u prokaryot pouze volně uloženy v cytoplazmě. •Buňka je od okolního prostředí oddělena semipermeabilní cytoplazmatickou membránou. • Znaky vlastní pouze prokaryotické buňce •Je přítomen tzv. nukleotid, nejedná se o skutečné jádro, cirkulární DNA (tzv. chromozom) není ohraničen jadernou membránou, ale je umístěn v cytoplazmě. •Je chráněna buněčnou stěnou. •Cytoplazma není rozčleněna na kompartmenty, chybí organely •Většinou se množí příčným dělením, nemají mitotický aparát (dělící vřeténko) •Prokaryota mohou nést bakteriální bičík(y), které jsou zcela jinak utvářený než bičíky eukaryot. Eukaryotická buňka •Řecky eus (pravý) a karyon (jádro) •evolučně vyspělejší, jejich složitější vnitřní strukturace jim umožňuje stavbu a výživu výrazně větších buněk a je také předpokladem pro mezibuněčnou spolupráci potřebnou u mnohobuněčných organismů. •Jádro je vždy přítomné ; ohraničeno dvojitou membránou a uvnitř je uchovávána genetická informace ve formě DNA. •obvykle výrazně větší než buňka prokaryotická •Cytoskelet tvořený aktinovými mikrofilamenty (mikrovlákny) a mikrotubuly udržuje její tvar a tvoří „kolejnice“ pro cílený pohyb čehokoliv uvnitř buněk. •Má-li bičíky nebo brvy, jsou eukaryotického typu • • Z buněk – stavebně i funkčně složitější útvary • buňka – tkáň – orgán – orgánové systémy – organismus liver; sinusoids and Kupffer cells PROTOPLAZMA •metabolicky aktivní živá hmota vyplňující vnitřní část buňky •Cytoplazma •Karyoplazma •Hematoxylin – eozin – základní histologické barvivo -cytoplazma – růžová, červená -jádro – modré, černé • simple squamous epithelium Cytoplazmatická membrána •tenký semipermeabilní obal ohraničující buňku •Lipidová dvouvrstva –základní fyzikální vlastnosti •Bílkoviny –jsou různým způsobem ukotveny v lipidové dvouvrstvě nebo volně plavou po jejím povrchu. –biologickou aktivitu a specifitu. •Glykokalyx –jen u některých buněk –vytvářen cukernou složkou různých glykoproteinů – obsahuje receptory • •bývá propojena s vnitřními strukturami buňky skrze hustou síť cytoskeletu, který funguje jednak jako její ukotvení a zároveň jako transportní síť, po které jsou na cytoplazmatickou membránu dopravovány membránové váčky •základní funkcí je zajištění selektivního přesunu látek mezi buňkou a jejím okolím a kontakt a zprostředkovávání informací mezi buňkou a jejím okolím. CellMembraneDrawing schématický trojrozměrný řez buněčnou membránou: 1.glykolipid, 2. alfa-helix protein, 3. oligosacharidový boční řetězec, 4. fosfolipid, 5. globulární protein, 6. hydrofobní část alfa-helix proteinu, 7. cholesterol Transport látek přes cytoplazmatickou membránu •Pasivní transport •difúze –volný průchod malých a nepolárních látek skrz membránu •membránové kanály –transmembránová bílkovina. Látky skrze ni mohou procházet bez dodávání extra energie. Buňka si však může většinou regulovat, zda-li bude otevřený, nebo deaktivovaný. Kanál je specifický pro konkrétní druh látky •Aktivní transport •chemické energie. Nejčastěji hydrolýzou ATP za vzniku ADP a jednoho fosfátu. •Pumpy –vždy bílkovina. Je ukotvená v plazmatické membráně. Prochází skrz obě lipidové vrstvy. •protonové pumpy •sodíkodraslíkové pumpy •Membránové přenašeče –Vždy bílkovina. Je ukotvená v plazmatické membráně. Prochází skrz obě lipidové vrstvy. • Endocytóza •buňky absorbují materiál z vnějšího prostředí •za pomoci membránového váčku - jisté vchlípeniny na plazmatické membráně, která pohlcovanou látku obklopí –Fagocytóza -pohlcovány relativně velké objekty – makrofágů, imunitní reakce fagocytózou pohlcují antigeny (bakterie, viry a jiné cizí objekty) –Pinocytóza je klasické vchlípení membrány tak aby vytvořila váček, který nasaje okolní tekutinu i s požadovanou látkou. –Endocytóza zprostředkovaná receptorem je obdobná pinocytóze, s tím rozdílem, že velké extraceluární molekuly jako například bílkoviny jsou nejprve navázány na receptor, který je umístěn na povrchu membrány. Receptor vyvolá odezvu, která celý proces urychlí. • Exocytóza •buňky uvolňují (nebo vyvrhují) větší molekuly či struktury (obecně látky, které nejsou schopny samostatného prostupu přes plazmatickou membránu) do svého okolí. •splynutí membránového transportního váčku (vezikulu) s membránou na povrchu buňky. •Transportní měchýřek vzniká odškrcením membrány z endoplazmatického retikula nebo z Golgiho aparátu •Vznikající váček v sobě při odškrcování uzavře hotový sekret ,po aktinových filamentech je dopraven k plazmatické membráně •K povrchu se přibližující transportní měchýřek, jenž obsahuje látky, které by měly být vyvrženy, se nakonec dotkne plazmatické membrány. Jejich membrány v tom místě splynou a postupně se rozevírající měchýřek uvolní svůj obsah do bezprostředního okolí buňky. •funkce vylučovací, kterou jsou vylučovány látky pro buňku buď přebytečné (škodlivé či nepotřebné) nebo mající užitek pro buňku, jsou-li v jejím okolí (vysílání trávicích enzymů, hormonů), •buňka za pomocí exocytózy zvětšuje svůj povrch (fúzí s membránou měchýřku se povrch buňky zvětší o celkový povrch membránového váčku), zároveň je cytoplazmatická membrána obohacena o bílkoviny, které byly součástí membrány původního váčku. •Tímto způsobem (v kombinaci s endocytózou nechtěných bílkovin) buňka může měnit ve velmi krátkém časovém období zastoupení funkčních bílkovin na svém povrchu s ohledem na aktuální potřeby. • • Organely –ORGANELY OHRANIČENÉ MEMBRÁNOU •Mitochondrie •Ribosomy •Endoplasmatické retikulum •Golgiho komplex •Lysosomy •Peroxisomy • • • –ELEMENTY CYTOSKELETU •Mikrotubuly •Mikrofilamenta •Intermediální filamenta • 3 skupiny INKLUZE-DOČASNÉ KOMPONENTY •Pigmenty •Nahormaděné metabolity – lipidy,proteiny, sacharidy 1. MITOCHONDRIE •mitos – nit, chondros –zrnéčko •organela, kterou lze nalézt v drtivé většině eukaryotických buněk •buněčné dýchání •aerobní metabolismus, jehož pomocí vzniká energie v podobě ATP (adenosintrifosfát), kterou buňka následně může využívat k svým životním pochodům – energetické centrum buňky - pohotový zdroj energie •Sférické nebo oválné – průměr 1-2μm, př. hepatocyty, enterocyty •Vláknité nebo tyčinkovité – tloušťka 1μm a délka 5-7 μm, př. proximální ledvinné tubuly •na povrchu dvě membrány •Jedna (vnější) je hladká, druhá je zvlněná. •Výběžky či vchlípeniny, které tím vznikají, se nazývají kristy. •Mezi nimi se nachází mezimembránový prostor. •Uvnitř výběžkovité membrány se nachází matrix. •Proces dýchání (respirace) probíhá na kristách vnitřní membrány. • • 58265-450px-diagram_of_a_human_mitochondrion_cs •Kristy – lamelární – většina buněk •Tubulární – př. buňky produkující steroidy •Počet mitochondrií je závislý na metabolické aktivitě buňky •vysoká aktivita – hojné mitochondrie, četné kristy (srdeční sval, játra) •nízká úroveň metabolismu – nízký počet mitochondrií, kristy málo vyvinuté • • F05-45 RIBOSOMY •Drobné sférické útvary – 15-30 nm •Malá a velká podjednotka •z bílkovin a RNA •podílejí se na tvorbě proteinů •V cytoplazmě •volně – individuálně • ve shlucích (polyribosomy, polysomy) - tvorba bílkovin pro vlastní potřebu (Hb v nezralých erytrocytech) •vázané na ER – produkce bílkovin „pro export“ (např. enzymy pankreatické, slinných žláz) • • • • ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM (ER) •soustava vzájemně propojených miniaturních membránových cisteren a kanálků •Napojuje se na buněčné jádro a obvykle i na Golgiho aparát. •DRSNÉ •sestává z tubulů a rovnoběžně uspořádaných plochých cisteren, na ty se přikládají ribosomy •v buňkách specializovaných na sekreci proteinů (fibroblasty – kolagen, bb. pankreatických acinů – trávicí enzymy) • 58217-450px-endomembrane_system_diagram_cs •HLADKÉ •síť v buňce •nemá ribosomy na povrchu •cisterny tubulární, navzájem propojené kanálky •propojuje drsné ER a GK a zajišťuje transport různých makromolekul mezi těmito dvěma systémy •hraje významnou roli při syntéze lipidů, hormonů a v zabezpečovaní pohybu iontů vápníku ve svalových vláknech •detoxikace, neutralizace toxických látek •jaterní bb., svalová vlákna (sarkoplazmatické retikulum) •bb. kůry nadledvin – syntéza steroidů • F05-47 GOLGIHO APARÁT •podle italského anatoma Camilla Golgiho •tři zřetelné struktury ohraničené membránou a)oploštělé cisterny b)váčky c)vakuoly •napojený na ER •Cis oblast- zevní část, přivrácená k GER, transportní váčky z GER •Střední část – velké cisterny •Trans oblast – vnitřní část, oddělují se zde kondenzační vakuoly, z těch sekreční vakuoly a granula •slouží k transportu a přechovávání látek, postsyntetické úpravě bílkovin, syntéze polysacharidů a imunoglobulinů a tvorbě váčků využívaných při exocytóze. •V Golgiho komplexu vzniká též materiál pro tvorbu buněčné stěny. •obalování, kondenzace a koncentrace sekrečních produktů • F05-49 JadroERGKmebr LYZOSOMY •většinou sférické struktury ohraničené membránou •obsahují hydrolytické enzymy – hydrolázy •vznikají zpravidla oddělením se z hladkého endoplazmatického retikula či Golgiho komplexu •slouží k nitrobuněčnému trávení, k odbourávání rozličného nepotřebného a škodlivého endogenního i exogenního materiálu a k tzv. autofágii (odbourávání vlastních poškozených buněčných struktur). • lysosomen29s Typy lyzozomů •PRIMÁRNÍ LYZOZOMY (předlyzozomy) jsou váčky obsahující hydrolázy, ale nikoliv materiál k trávení •SEKUNDÁRNÍ LYZOZOMY jsou podstatně větší a obsahují hydrolázy spolu s materiálem, který právě zpracovávají. Vznikají splynutím primárního lyzozomu s tzv. fagozomem (váčkem obsahujícím materiál určený k hydrolýze). Vzniklé jednoduché molekuly (např. monosacharidy) jsou vstřebány do cytosolu. •TERCIÁLNÍ LYZOZOMY (postlyzozomy, reziduální tělíska) už obsahují zbytky materiálu, který se již nedá dál rozložit. Jejich obsah je pomocí exocytózy posléze vyloučen z buňky a postlyzozom zanikne. • F05-44A PEROXISOMY •kulovité, membránou ohraničené organely, která izoluje jejich obsah od prostředí buňky •slouží buňce ke zbavení se toxických substancí •Obsahují peroxidázu, katalázu… •Degradace MK, AMK •Vzniká H2O2, ten je štěpen katalázou 2. CYTOSKELET •Cytoskelet je dynamický systém proteinových vláken a tubulů, jejichž hlavní funkcí je transport látek a buněčných komponent, opora buňky a účast na jejím dělení (vytvoření tzv. dělícího vřeténka). •Cytoskelet se skládá ze tří složek: mikrotubulů, mikrofilament a středních filament (též intermediální filamenta). MIKROTUBULY •Dlouhé trubičkovité útvary, 25nm •Z molekul tubulinu •13 tubulinových poddjednotek •zajišťují tvar buněk •slouží hlavně jako transport různých struktur a látek po buňce (mitochondrií, vezikul) •jsou základní komponentou několika komponent - centrioly, řasinky, bičíky Centrioly •Z 9 trojic mikrotubulů •význam při dělení buňky •v nedělící se buňce jeden pár, před začátkem dělení se zdvojí, v průběhu mitózy putuje každý pár k opačnému pólu buňky •představují organizační centrum pro vznikající dělící vřeténko • scan0012 Řasinky (cilia) a bičíky (flagella) •Osová část je tvořena 9 dvojicemi mikrotubulů po obvodu a 1 dvojicí uvnitř •Bazální tělísko- stejná stavba jako centriol •pohyblivé výběžky buněčného povrchu •osu tvoří vysoce specializované mikrotubuly scan0011 Fertilisation-sperm-ovum MIKROFILAMENTA •průměrná tloušťka 7nm, z globulárních molekul G-aktinu •součástí všech buněk; proudění cytoplazmy; „zdrhovací šňůrky“ konstrikční rýhy při mitóze; ve svalech s myozinem zajišťují kontrakci svalové tkáně •téměř ve všech eukaryotických buňkách, tloušťka cca 10nm, z vláknitých monomerů –sestávají z celé řady proteinů, podle typu proteinů se dělí do několika skupin • INTERMEDIÁLNÍ (STŘEDNÍ) FILAMENTA (IF) •Cytokeratiny •v epitelových buňkách •součástí spojovacích komplexů mezi epitelovými buňkami, např. epidermis •Gliová filamenta (gliový fibrilární kyselý protein – GFAP) •součást astrocytů (typ gliových buněk) • •Neurofilamenta •v neuronech •Vimentin •typický pro elementy mezenchymového původu •Desmin •v hladkém svalstvu • F19-50 II. JÁDRO (nucleus, karyoplasma) •centrální orgán buňky •obsahuje informace nezbytné pro život buňky •je nositelem genetické informace Součásti jádra •Jaderná membrána •dvojice paralelně uspořádaných membrán oddělených úzkým prostorem •Po obvodu jaderné membrány otvory – jaderné póry, prostupné pro některé makromolekuly •Chromatin •v klidovém období •svinuté řetězce DNA vázané na histony (bazické proteiny) •v období dělení buňky •seskupuje se do pentlicovitých struktur – chromozomů • • • • • • • • • • • • •Každý živočišný druh – stálý počet chromozomů •Somatické buňky člověka – 46 chromozomů = 23 párů –22 párů = somatické chromozomy –1 pár = pohlavní chromozomy •Pohlavní buňky mají poloviční počet chromozomů, 22 somatických a 1 pohlavní •X chromozom – určuje ženské pohlaví •Y chromozom – určuje mužské pohlaví Dva typy chromatinu heterochromatin – hrudky v ELMI, bazofilní shluky ve světelném euchromatin viditelný pouze v ELMI, světlé okrsky jádra ve světelném •V buňkách ženského pohlaví •hrudka heterochromatinu – sex chromatin (jeden z X chromozomů) •hrudka přisedlá k vnitřní jaderné membráně • 58073-450px-diagram_human_cell_nucleus_cs scan0013 •Nucleolus •sférická bazofilní struktura bohatá na obsah RNA •Jaderná matrix •základní hmota jádra vyplňující prostory mezi chromatinem a nukleoly (proteiny,metabolity, ionty) • INKLUZE A PIGMENTY •INKLUZE •Proteinové – vždy ohraničené membránou •Sacharidové - glykogen •Lipidové – lipidové kapénky, př. buňky tukové tkáně, jaterní buňky, b. kůry nadledvin •PIGMENTY •Exogenní –Př. Prachové částice v dýchacích cestách –Př. Karoteny – afinita k tukům •Endogenní –Autogenní – melanin – melanocyty, kůže, sítnice; lipofuscin – pigment z opotřebování –Hematogenní – z rozpadu Hb, hemosiderin-siderosomy, rezavě hnědý •http://www.youtube.com/watch?v=-zafJKbMPA8&feature=related • DĚLENÍ BUNĚK •Mitóza – proces, při kterém dochází ke zdvojení chromozomů a k jejich distribuci do dceřinných buněk, které dělením vznikají •Fáze, ve které se buňka nedělí – INTERFÁZE • 1.Profáze 2.Metafáze 3.Anafáze 4.Telofáze • img_ob_mitoza •PROFÁZE •individualizace chromozomů, kondenzace •vznik dělícího vřeténka •narušení jaderného obalu •METAFÁZE •řazení chromozomů v ekvatoriální rovině •ukončení vývoje dělícího vřeténka •vymizení jaderného obalu a jadérka • • •ANAFÁZE •chromozomy se podélně štěpí a putují k pólům •shromažďují se na pólech •objevuje se dělící rýha •TELOFÁZE •restituce jádra •tvorba jaderného obalu a jadérka •ukončení mitózy scan0014 Vizualizace_bun%C4%9B%C4%8Dn%C3%A9ho_d%C4%9Blen%C3%AD scan0015 •Amitóza •Přímé dělení •Přímé zaškrcení jádra a cytoplasmy •Meióza – probíhá u pohlavních buněk, více u pohlavního systému •http://www.youtube.com/watch?v=NR0mdDJMHIQ&feature=fvwrel • Literatura •http://ccaoscience.files.wordpress.com/2011/04/peroxisomesfigure1.jpg •http://wiki.pingry.org/u/ap-biology/index.php/Microbodies •http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Summaries/Cell.html •http://www.desktopclass.com/education/fafsc/mitochondria-f-sc-biology-chapter-4-2.html •http://homepage.mac.com/tidgwell/dave/ref/science/cells/ribosome.html •http://www.nslc.wustl.edu/courses/Bio2960/labs/04Organelle/Organelle.htm •http://gleesonbiology.pbworks.com/w/page/7537851/C3 •http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iii/cell-organization/nonmembranous-cell-organel les.php#cytoskeletal-structures •http://ww2.wadsworth.k12.oh.us/whs/departments/testweb/bioman/bioman/cellunit2.htm#nucleus •http://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/chromatin.html •http://micro.magnet.fsu.edu/cells/nucleus/chromatin.html •http://missinglink.ucsf.edu/lm/IDS_101_histo_resource/images/cell_structure_lab_micrograph_B-label led.jpg • • • • • • •http://micro.magnet.fsu.edu/cells/nucleus/nucleolus.html •http://www.lifesci.sussex.ac.uk/home/Julian_Thorpe/TEM29.htm •http://www.bristol.k12.ct.us/page.cfm?p=6628 •http://www.blobs.org/science/article.php?article=27 •http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio225/chap16/lecture3.htm • •