1
Histologie - přednáška
Mgr. Hana Kotasová, Ph.D.
kotasova@med.muni.cz
2
1. Přednáška
- Organizace výuky a ukončení předmětu
- Obor histologie
- Metody studia histologie
- Cytologie
3
Organizace výuky a ukončení předmětu
̶ Přednášky - viz sylabus - Interaktivní osnova předmětu
̶ Písemná zkouška - krátké odpovědi na otázky - může být v rámci
probíhajícího semestru
4
Doporučená literatura
Svatopluk ČECH a Drahomír HORKÝ
Histologie a mikroskopická anatomie pro bakaláře
+ vybrané kapitoly
Anthony L. MESCHER
Junqueirovy Základy histologie
nebo
Drahomír HORKÝ a Svatopluk ČECH
Mikroskopická anatomie
https://histology.med.muni.cz/education/electronic-study-resources
https://histology.med.muni.cz/
5
HISTOLOGIE
= nauka o stavbě normálních, tj. zdravých buněk, tkání a orgánů na mikroskopické a
submikroskopické úrovni
̶ cytologie = nauka o buňce
̶ obecná histologie = nauka o stavbě tkání
̶ speciální histologie = mikroskopická anatomie, nauka o stavbě orgánů jednotlivých systémů
̶ Propojení s dalšímy obory – anatomie, fyziologie, biochemie, buněčná a molekulární biologie,
embryologie
̶ Význam histol. vyšetření v klinické praxi: onkologie, chirurgie, hematologie
a soudní lékařství …
̶ Aplikace ve vědecké práci: náhrada tkání a orgánů
6
Metody histologie
̶ Rozlišovací schopnost oka – ~ 0,1 mm
̶ Rozlišovací schopnost světelné mikroskopie – ~ 0,1 (1) m
̶ Rozlišovací schopnost elektronové mikroskopie – ~ 0,1 (1) nm
SM
EM7
SM
SEM
TEM
Trachea – víceřadý epitel s řasinkami
Mikroskopie
8
Světelný mikroskop
9
Kůra ledviny – barvení HE
Barvicí metody:
přehledné – HE, AZAN
demonstrují všechny složky tkání
speciální
zdůrazňují určité buněčné nebo tkáňové složky
impregnační
soli Ag, Au nebo Os
HE – nejpoužívanější barvení
10
Elektronový mikroskop
11
CC BY-SA 4.0
Mikroskop s fázovým kontrastem Fluorescenční mikroskop
12
Průtoková cytometrie
Analýza fenotypu jednotlivých buněk – možné využití i pro jejich třídění
Hematologická laboratoř – DBOK
13
14
Buňka
̶ základní stavební a funkční jednotka mnohobuněčného
organizmu
̶ za vhodných podmínek je schopná samostatné existence
(kultivace in vitro)
̶ vykazuje základní vitální funkce:
̶ růst, metabolismus, pohyb, rozmnožování, dráždivost
15
Velikost buněk
Primární folikul v ovariu: tvar a velikost buněk
̶ rozmezí 5 – 150 µm,
̶ u neuronů i více (až 1 m)
̶ obvykle 10 – 30 µm
16
Tvar buněk
̶ stálý nebo se mění
̶ kulovitý
̶ plochý
̶ kubický
̶ cylindrický
̶ vřetenovitý/protáhlý
̶ buňky s výběžky
̶ jiné (t. pohárku, pyramidy, hrušky…)
17
Životnost buněk
̶ hodiny až roky
̶ Enterocyty – cca 1-2 dny
̶ Neutrofily – 6-7 hod
̶ Eozinofily – 7-14 dní
̶ Erytrocyty – 3 měsíce
̶ Hepatocyty – 1-2 roky
̶ Neurony – celý život (desítky let)
18
19
Stavba buňky - kompartmentalizace
BUŇKA
buněčná membrána
protoplazmaǂ
cytoplazma
jádro*
ǂ Protoplazma je metabolicky aktivní živá hmota vyplňující vnitřní část buňky.
* Jádro není považováno za organelu. Je to jedna ze 2 komponent protoplazmy.
základní cytoplazma
(cytosol, hyaloplazma)
organely
inkluze
cytoskelet
Izolace specifických prostředí
Selektivní přenos látek, energie a informací
Membránová jednotka = Biomembrána
̶ základní stavební jednotka všech membrán v buňce
(cytoplasmatické membrány, membrán organel, inkluzí)
Rozděluje cytoplasmu na kompartmenty
̶ složení:
̶ fosfolipidy
̶ proteiny
̶ cholesterol
̶ V EM trojvrstevný vzhled
̶ tloušťka 6 – 10 nm
̶ semipermeabilní, fluidní mozaika, lipidové rafty
polární části
polární části
nepolární části
20
Biomembrána
Proteiny
̶ Periferní
̶ Integrální
Sacharidové molekuly
̶ navázané na
• lipidy → glykolipidy
• proteiny → glykoproteiny
→ Glykokalyx
21
Funkce integrálních proteinů v membráně
̶ Pumpy
̶ aktivní transport, proti gradientu, vyžaduje energii (ATP z mitochondrií),
̶ přenos iontů, malých molekul, mohou mít i enzymatickou funkci, př. Na+/K+ pumpa
̶ Kanály
̶ selektivní regulace toku látek, po směru gradientu
̶ Receptory
̶ specifická vazba molekul, signál – přenos informací
̶ Enzymy
̶ katalytická funkce, na membráně buňky, mitochondrií aj.
̶ Strukturní proteiny
̶ udržení struktury, mezibuněčných spojů
22
Základní cytoplazma (hyaloplazma, cytosol)
̶ homogenní hmota
̶ koloidní systém o dvojím skupenství koloidů:
gel a sol (mění se s hustotou sítí vláken a tělísek)
̶ tvoří prostředí pro organely a inkluze, obsahuje cytoskelet
̶ složení:
̶ 60 % vody
̶ 4 % minerálních látek (K+, Na+, Mg2+, Ca2+, fosfátové a chloridové anionty)
̶ 36 % organických látek (sacharidy, lipidy, proteiny /albuminy, globuliny/, aminokyseliny,
fosfolipoproteiny)
23
24
Cytoskelet
̶ mikrotubuly, mikrofilamenta, intermediární filamenta a asociované
proteiny
̶ udržování buněčného tvaru, intracelulární transport látek, buněčné
dělení, pohyb buněk, …
Cytoskelet
̶ mikrotubuly (tubulin, Ø 22 nm)
̶ centrioly, bazální tělíska, axonema řasinek a bičíků,
̶ dělící vřeténko, intracelulární transport
̶ mikrofilamenta (aktin, Ø 5-7 nm)
̶ cytoplazmatické sítě;
̶ ve svalových buňkách – aktin + myosin – kontrakce
̶ intermediární filamenta (Ø 8-16 nm)
̶ cytokeratin - tonofilamenta v epitelových buňkách
̶ vimentin - buňky mezenchymového původu
̶ desmin - svalové buňky
̶ neurofilamenta - neurony
̶ gliofilamenta - neuroglie
25
intermed. filamenta mikrotubuly mikrofilamenta
Základy buněčné biologie - Úvod do molekulární biologie buňky (Bruce Alberts)26
27
Mikrotubuly
̶ Ø 22 nm,
̶ bílkovina tubulin (α a β)
̶ duté válce, dynamické struktury
̶ asociované s molekulárními motory
(kinezin, dynein)
̶ funkce:
̶ udržování tvaru buněk, intracelulární transport
sekrečních granul, pohyb řasinek a bičíků,
fagocytóza, pohyb chromosomů během mitózy –
dělící vřeténko, součást centriolů a bazálních
tělísek 13 řetězců/protofilament
Mikrotubulus – podélně a příčně
protofilamentum
se skládá z dimerů α a β tubulinu
mikrotubulus
se skládá z 13 protofilament
mikrotubulus:
(13 protofilament) dublet
v řasince triplet
v centriolu
Dublety a triplety – částečně sdílená stěna mikrotubulů
28
Dělící vřeténko s chromosomy29
Příčný řez centriolem
Podélný řez centriolem
30
Řasinky s bazálním tělískem a axonemou
31
32
Mikrofilamenta
̶ 5-7 nm
̶ bílkovina aktin (aktinové monomery),
2 filamenta → dvojšroubovice
̶ vlákna, dynamické struktury
̶ ve svalových buňkách „myofilamenta“
v ostatních „mikrofilamenta“
̶ s membránou asociovaná
̶ pohyb plazmatické membrány, výběžků buněk,
lokomoce buňky, endo-/exocytóza, ukotvení a přesun
membránových proteinů, buněčné dělení – aktinový
kontraktilní prstenec
̶ intracytoplazmatická 3D-síť
̶ proudění cytoplazmy, udržení pozic organel
33
Aktinový kontraktilní prstenec – dělení buňky
https://www.creativebiomart.net/researcharea-cytokinesis-proteins_923.htm
34
Mikroklky vyztužené aktinem a aktinová kortikální síť
Myofilamenta
35
36
Intermediární filamenta
̶ 8 – 16 nm
̶ zajišťují mechanickou pevnost buňky,
ukotvují mezibuněčné spoje
̶ cytokeratinová (tonofilamenta) –
epitelové buňky
̶ vimentinová – b. mezenchymového
původu – hladké svalové, endotelové…
̶ desminová – svalové b.
̶ neurofilamenta – neurony
̶ gliofilamenta – neuroglie desmosomy a intermediární filamenta
(diagnostika nádorů)
37
Detekce intermediárních filament - nástroj pro diagnostiku nádorů
38
Jádro (nucleus)
̶ obsahuje genetickou informaci
̶ řídí činnost buňky
̶ počet jader
̶ obvykle 1
̶ hepatocyty 1-2
̶ osteoklasty 50
̶ svalové vlákno kosterní 20 – 40 jader
na 1 mm délky
̶ lidské erytrocyty bezjaderné
̶ velikost jádra
̶ ve většině bb. 4 – 15 µm
̶ tvar jádra
̶ u epitelů odpovídá zhruba tvaru buňky
̶ může být laločnaté, segmentované
(leukocyty)
̶ obvykle ve středu buňky, méně
často excentricky
Buňka ve světelném mikroskopu
39
Funkce jádra a jadérka
̶ místo uložení genetické informace (DNA)
̶ řídí aktivity buňky prostřednictvím produkce mRNA
 proteosyntéza
̶ komunikace pomocí pórů v jaderném obalu – napojení na drsné
endoplasmatické retikulum (GER)
̶ jadérko – produkce rRNA a ribosomů (buňky s intenzivní
proteosyntézou)
40
Stavba jádra
̶ jaderný obal – karyolema
̶ jaderná matrix – karyoplazma (nukleoplazma)
̶ chromatin (v interfázi) / chromosomy (při dělení)
̶ jedná se o DNA a asociované proteiny v různé míře kondenzace
̶ jaderný skelet – anastomozující intermediální filamenta - laminy
tvoří síť pod vnitřní jadernou membránou (jaderná lamina)
̶ jadérko(a) – nekonstantní výskyt
41
Jaderný obal ̶ vnější jaderná membrána
(+ asociované ribosomy)
̶ perinukleární prostor
(40 – 70 nm šířka)
̶ vnitřní jaderná membrána
(+ jaderná lamina)
̶ jaderné póry
( 60 – 70 nm, s diafragmou)
42
jaderný pór
zevní membrána
jaderného obalu
(plus na ni navázané
ribosomy)
drsné
endoplazmatické
retikulum
nukleolus
jadérko
fibrilární
centrum
jadérka
heterochromatin
euchromatin
Jádro a jadérko
jadérko
– nemá žádnou
membránu!
43
44
Chromatin
= dekondenzované chromosomy v interfázi
̶ heterochromatin
̶ elektronově denzní (tmavé)
̶ pouze částečně dekondenzovaný, není transkripčně
aktivní
̶ marginální
̶ karyosomy
̶ asociovaný s jadérkem (perinukleolární)
̶ euchromatin
̶ barví se méně - světlý, elektronově málo denzní
̶ úplně dekondenzovaný, transkripčně aktivní úseky
chromosomů
Jádro s převahou euchromatinu45
46
Chromosomy
̶ Viditelná kondenzovaná vlákna DNA
̶ patrné během mitózy a meiózy
Diploidní sada chromozomů = 2x23
v každé somatické b.
♀ 44 + XX
♂ 44 + XY
47
Jadérko (nucleolus)
̶ funkce
̶ místo syntézy a dozrávání rRNA v
ribosomové podjednotky
̶ počet nekonstantní (1 – 10), během
mitózy mizí v profázi a objeví se v
telofázi
̶ velikost 1 – 2 m
̶ složení - RNA, proteiny, DNA
̶ jadérko není ohraničeno membránou!
48
Jadérko
̶ struktura
̶ organizační centra (NOR) chromozomální
DNA kódující rRNA
̶ pars fibrosa - transkribovaná rRNA
̶ pars granulosa - rRNA + proteiny
(ribosomové podjednotky)
̶ perinukleolární heterochromatin
(asociovaný s jadérkem)
Typy jadérek
̶ Retikulární
̶ Kompaktní
̶ Prstenčité
prstenčité jadérko
kompaktní jadérko
retikulární jadérko
proteosynteticky aktivní buňky, které vytvářejí
mnoho ribosomálních podjednotek
buňky s nízkou úrovní proteosyntézy
49
Buněčné organely
Membránové
̶ Mitochondrie
̶ Endoplazmatické retikulum
(drsné a hladké)
̶ Golgiho aparát
̶ Lyzosomy a endosomy
̶ Peroxisomy
Bez membrány
̶ Ribosomy
̶ Centrioly
50
jsou konstantní součásti cytoplazmy
vyžadují přísun energie k vykonávání svých funkcí
Mitochondrie
̶ tvar: kulatý, oválný (až vláknitý)
̶ velikost:  ~0,5 m, délka 1-10 m
̶ počet: různý dle metabolické aktivity
buňky a jejich nároků na dodání energie
(např. v jaterní buňce 1000 – 2000
mitochondrií)
̶ nové mitochondrie vznikají dělením
stávajících
51
52
Stavba mitochondrie
̶ zevní membrána (hladká)
̶ vnitřní membrána s kristami
̶ matrix (DNA, RNA, ribosomy,
enzymy) – semiautonomie
̶ mitochondriální tělíska (osmiofilní)
Mitochondriální kristy
Hřebenovité (listovité) kristy tubulózní kristy
Prizmatické
kristy
53
54
Funkce mitochondrií
v matrix:
̶ enzymy Krebsova (citrátového) cyklu
̶ β-oxidace mastných kyselin
̶ dekarboxylace pyruvátu
na vnitřní membráně:
dýchací řetězec, oxidativní fosforylace (ATP-syntáza)
Ribosomy
̶ tělísko složené ze 2 podjednotek
̶ rRNA + proteiny
̶ velikost ribosomu: ~20-25 nm Ø
volné poly(ribo)somy ribosomy na
ribosomy endoplazmatickém
retikulu
Proteosyntéza „pro buňku“ a „na export“ (např. žlázové bb.) nebo jako součást membrán
mRNA
55
volné ribosomy
polysomy
GER
56
Endoplazmatické retikulum (ER)
̶ členitý 3D systém membrán, v cytoplazmě buňky – 2 formy:
̶ zrnité (granulární) ER – GER:
̶ systém plochých, anastomozujících cisteren
+ (poly)ribosomy reverzibilně vázané na membránu
̶ hladké (agranulární) ER – AER:
̶ systém tubulů a váčků s membránou bez ribosomů
57
Komunikace GER s perinukleárním prostorem jaderného obalu
58
59
Zrnité (granulární) endoplazmatické retikulum (GER)
Funkce zrnitého ER
̶ Proteosyntéza a posttranslační modifikace a
skládání a následný transport proteinů do
Golgiho aparátu (transportními váčky) nebo do
membrán
̶ Intercelulární uskladnění proteinů ve
specifických (leukocyty) a pro transport mimo
buňku (sekreční granula)
̶ Produkce peroxisomů
60
61
Hladké (agranulární) endoplazmatické retikulum (AER)
Funkce hladkého ER
– syntéza lipidů včetně fosfolipidů a steroidních hormonů
– detoxikační procesy (jaterní buňky)
– sarkoplazmatické retikulum ve svalových buňkách (Ca2+)
62
Golgiho aparát (GA)
- Systém hladkých membrán ohraničujících:
cisterny (3-10) a vesikuly
- Polarita GA: cis
trans cis
trans
63
Funkce GA
̶ posttranslační úprava a maturace proteinů
(glykosylace, sulfatace, fosforylace)
̶ kondenzace a skladování sekrečních produktů
 kondenzační vakuoly, sekreční granula
̶ vznik lysozomů
̶ vznik akrozomálního váčku při přeměně spermatidy ve spermii
̶ donor membrán
64
Funkční polarita GA
Transport proteinů z GER:
transportními váčky
Strana konvexní – cis
(produkční)
Strana konkávní – trans
(maturační)
kondenzační vakuoly
sekreční zrna lyzosomy
65
Lyzosomy
̶ Funkce: intracelulární digesce endoa
exogenního materiálu
̶ váčky – jednoduchá membrána,
̶ matrix s hydrolytickými enzymy kyselého pH
(kys. fosfatáza, katepsiny, hyaluronidáza, lipáza,
ribonukleáza, kolagenáza aj.)
primární (ještě se nezapojily do trávení, jen enzymy)
fagosomy (exogenní původ tráveného obsahu)
Lyzosomy sekundární autofagické vakuoly (endogenní původ t. obsahu)
(multivesikulární tělíska)
terciární = reziduální tělíska (lipofuscin)66
Lyzosomy
primární Ly
sekundární Ly
fagosomy autofagická vakuola
terciární Ly
reziduální tělíska
multivesikulární tělísko
67
autofagická vakuola
68
69
terciární Lysozom - reziduální tělíska – pigment lipofuscin
Peroxisomy (mikrotělíska)
- váčky – 0,1 - 0,5 m Ø, jednoduchá membrána
- matrix s oxidativními enzymy
(peroxidáza, kataláza, urikáza aj.)
[nukleoid = krystaloid]
70
Funkce: - detoxikace (rozklad H2O2, štěpení purinů a mastných kyselin)
– účast na syntéze žlučových kyselin
– účast na syntéze fosfolipidů
71
72
73
Centriol
̶ tvar: cylindr (válec)
̶ velikost: Ø 0,2 m, délka 0,3 - 0,5 m
̶ stavba: 9 tripletů mikrotubulů po
obvodu stěny centriolu
̶ výskyt v buňce (v interfázi):
1 pár na sebe kolmých centriolů [„T“]
v cytoplazmě blízko jádra =
centrosom
Mikrotubulus – podélně a příčně
protofilamentum
se skládá z dimerů α a β tubulinu
mikrotubulus
se skládá z 13 protofilament
mikrotubulus:
(13 protofilament) dublet
v řasince triplet
v centriolu
Dublety a triplety – částečně sdílená stěna mikrotubulů
74
Centriol, pericentriolární matrix a satelitní struktury - příčně75
Centriol a satelitní struktury - podélně
76
Funkce centriolů
Duplikace centrozomů v průběhu dělení buňky
 vznik dělícího vřeténka
Mnohočetná replikace centriolů v průběhu
ciliogeneze
 vznik bazálních tělísek řasinek a z nich
vycházející axonemy
77
bazální tělíska řasinky řasinky
axonema
Stavba centrozomu
Pár vzájemně kolmých centriolů spolu s pericentriolární matrix a satelitními strukturami
vytváří centrosom → mikrotubuly organizující centrum78
Inkluze
̶ přechodné (dočasné) součásti buňky
̶ Sekreční granula
̶ Zásobní látky glykogen
lipidové kapky
̶ Krystaly
̶ Pigmenty
endogenní - autogenní (melanin), hematogenní (hemosiderin,
biliverdin, bilirubin), lipofuscin
exogenní - prach, barviva (karoteny), tetováž
79
Sekreční granula
80
Glykogen
β – granula (40 nm) α – granula (shluky, až 400 nm)
lineární, bohatě větvený polymer složený z molekul glukózy
81
Beta granula glykogenu82
Alfa granula glykogenu83
Lipidové kapky
84
nemají membránu, pouze fázové rozhraní
Krystaly, pigmenty
Pigment melanin
85
Po dnešní přednášce byste měli umět odpovědět na otázky:
Čím se zabývá histologie?
Co je to buňka?
Jaká je velikost většiny lidských buněk?
K čemu je dobrá kompartmentalizace buňky?
Jaká je struktura biomembrány?
Jaká je stavba a funkce jádra?
Jaká je stavba a funkce jednotlivých organel?
Co jsou to inkluze a jaký mají význam?
Jaké součásti cytoskeletu najdeme v buňce a jaká je jejich stavba a funkce?