BUŇKA Jaro 2013 Různé typy buněk • Spermie Ledviny Vajíčko Pankreas Sval Srdce Krev Mozek Kost Co je to buňka? • • • s29 Co je to buňka? • •Základní stavební a funkční jednotka všech živých organismů. • •Je nějaký organismus, který je nebuněčný? • s29 Kdo objevil buňku? • Kdo objevil buňku? •1665 Robert HOOK pozoroval tenký řez korku –komůrky, které viděl, mu připomínaly buňky včelího plástu – cellulae •1674 Anthony van Leeuwenhoek – dokonalejší mikroskop – pozoroval bakterie a prvoky •Na konci 30.let 19.století Matthias Schleiden a Theodor Schwann - na základě mikroskopování R a Ž dospěli k závěru, že všechny ORG jsou z buněk •J.E.Purkyně – potvrdil buněčnou teorii = Buňka je základní stavební a funkční jednotka všech živých organismů. PURKYNE VEL BUN •Velikost buněk • •Bakterie – 0,5 μm • Živočišné buňky – 10 – 30 μm • Rostlinné buňky – 10 μm až stovky μm • Obří buňky – žloutek vajíčka = centimetry – mléčnice pryšcovitých rostlin metry • Rozdělení: Organizační diagram Buňka prokaryotická eukaryotická rostlinná živočišná buňka hub mg0410 Prokaryontní (z řeckých slov pro = před a karyon = jádro) Synonyma: prokaryotní, prokaryotická Eukaryontní (eu = opravdu) Synonyma: eukaryotická, eukaryotní Rozlišujeme dva typy buněk: Buňka je nejmenším známým útvarem, jenž je schopný samostatného života a rozmnožování. Společné znaky všech typů buněk •Cytoplazmatická membrána •Cytosol – roztok mnoha látek (především bílkovin) ve vodě (charakter spíše gelu), probíhají v něm metabolické procesy Prokaryontní buňka •Má jednodušší strukturu než eukaryontní b. •Nemá pravé jádro – obsahuje jednu dvoušroubovici DNA stočenou do kružnice – tvoří jeden chromosom – je na bílkovinném nosiči – tvoří jadernou hmotu - NUKLEOID •Tvoří jednobuněčné organismy prokaryotní buňka Struktura prokaryontní buňky: •Jádro (=nukleoid) – je tvořené dvouvláknovou kružnicovou molekulou DNA •Buněčná stěna - tuhý obal buňky, uděluje tvar, mechanicky chrání (peptidoglykan murein). •Cytoplazmatická membrána – odděluje vnitřní prostředí od vnějšího, je polopropustná (=semipermeabilní). •Cytoplazma – je viskózní, koncentrovaný roztok obsahující převážně bílkoviny •Ribozómy – drobná tělíska v cytoplazmě, skládají se z RNA a bílkovin Eukaryontní buňka •Má pravé jádro ohraničené jadernou membránou, často i jadérko (1 i více); •má složitější stavbu – má více organel a membránové organely •membrány ji rozdělují na segmenty (pomalejší metabolismus, složitější děje); •je větší než prokaryontní buňka; •tvoří těla mnohubuněčných organismů. • • Organely eukaryontní buňky •Na povrchu: buněčná stěna, cytoplazmatická membrána •Membránové organely: jádro, lysozomy, endoplazmatické retikulum (drsné,hladké) Golgiho aparát, mitochodrie, plastidy (chloroplasty), vakuola •Další organely: cytoplazma, ribozómy, cytoskelet, centrozom (tvořen 2 centriolami), řasinky, bičík Obr. 3. Eukaryotní živočišná buňka Jadérko Hrubé endoplasmatické retikulum Jádro Golgiho aparát Jaderná membrána Lyzosom Mitochondrie Plasmatická membrána Mikrotubuly Hladké endoplasmatické retikulum Cytoplasma Ribosom Mikrofilamenta Jaderné póry Bičík Brvy ROST B Rostlinná buňka prokaryotní buňka Prokaryontní buňka bunka ucebnice ZS.jpg tabulka Buněčná stěna •Rostlinné buňky (celulosa)a buňky hub (chitin) •Je propustná •Tvar buněk – skelet Cytoplazmatická membrána •Všechny buňky jsou ohraničeny cytoplasmat. membránami. •Základ = dvojitá vrstva složená z fosfolipidů. Fosfolipidy jsou svými hydrofobními částmi molekul (zbytky mastných kyselin) přivráceny k sobě a hydrofilními částmi (zbytky kyseliny fosforečné) směřují od sebe. •Jednotlivé molekuly fosfolipidů se mohou pohybovat – připomíná kapalinu – fluidní struktura • • Cytoplasmatická membrána Cholesterol u ŽB Hydrofilní část Hydrofóbní část Vmezeřené bílkoviny Cholesterol patří mezi steroidní alkoholy a je zároveň nedílnou součástí membrán živočišných buněk. Vysoká hladina cholesterolu v krvi je jedním z rizikových faktorů pro vznik srdečního infarktu. Cytoplazmatická membrána •V dvojvrstvě fosfolipidů jsou molekuly: a)bílkoviny – prochází oběma vrstvami nebo jsou jen ve vnější nebo vnitřní vrstvě; b)cholesterol - u živočišných buněk – vmezeřený v dvojvrstvě fosfolipidů – membrána je méně tekutá; c)cukry – na vnější vrstvě – význam značky – označují určitý typ buňky d) Cytoplazmatická membrána bunecna stena 1 bunecna stena 2 Živočišná buňka Transport (přenos) látek přes cytoplasmatickou membránu Pasivní Aktivní Látky procházejí přes plasmatickou membránou po koncentračním spádu – není spotřeba energie. a) difuze b) usnadněná difuze c) osmóza Látky procházejí přes plasmatickou membránou proti koncentračnímu spádu - je spotřeba energie. a) pomocí transportních (přenašečových) bílkovin b) cytóza – fagocytóza, pinocytóza Difuze •pohyb látek po koncentračním spádu, malé molekuly (O2, CO2…) pronikají membránou z prostředí s vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací - difundují po koncentračním spádu •plicní sklípky – výměna plynů O2 a CO2 •koncentrační rozdíl (gradient) – rozdíl mezi koncentracemi na obou stranách membrány - čím vyšší, tím snáze látka proniká Difuze • transport USN DIF Usnadněná difuze • osmosa Osmóza = pohyb vody přes jakoukoliv semipermeabilní (polopropustnou) membránu. V buňce se pohybuje voda přes cytopl. membránu. Molekuly vody se pohybují z prostředí s nižší koncentrací látek do prostředí s vyšší koncentrací látek. Dialýza – filtrování krve přes polopropustnou membránu ponořenou do dialyzačního roztoku. Osmóza – živočišná buňka • osmoza 2 Hypertonický roztok – má vyšší koncentrace než je v buňce Izotonický roztok – má stejnou koncentraci jako je v buňce Hypotonický roztok – má nižší koncentraci než je v buňce Osmóza – rostlinnáná buňka (RB) • osmoza A R Buněčná stěna chrání buňku – RB je odolnější než ŽB osmotickému tlaku, ale jen do určité míry (praskání zralých třešní v dešti). Povadlé rostliny – buňky jsou ochablé – nutno dodat vodu – zvýšit obsah vody – zvýšit osmotický tlak. Plazmolýza – poškození RB v hypertonickém prostředí – solení kolem silnic. Aktivní přenos látek přes cytoplazmatickou membránu •Vyžaduje energii – nejčastěji ATP •Základní způsoby aktivního transportu: •a) pomocí transportních (přenašečových) bílkovin •b) cytóza – fagocytóza, pinocytóza • Koncentrační gradient Energie Prostá difuze Usnadněná difuze Pasivní transport Aktivní transport Fosfolipidová dvouvrstva Transportovaná molekula Transportní bílkoviny Membránový kanál Přenos přes cytoplasmatickou membránu Spustit animaci > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit animaci“. Chemicky regulovaný membránový kanál (pór) Liganda Uzavřený kanál Otevřený kanál Po navázání ligandy k proteinu dochází ke konformačním změnám ve struktuře membránového proteinu. Spustit Spustit Transportovaná látka Transportovaná látka > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit“. Červená kulička znázorňuje transportovanou látku. V prvním případě je membránový kanál (znázorněný oranžově) uzavřený, transportovaná látka nemůže projít. Ve druhém případě dochází k navázání ligandy, která způsobí otevření membránového kanálu. Ligandou může být např. ion, nukleotid či neurotransmiter. Otevírání a uzavírání membránových kanálů může být taktéž regulováno specifickým signálem (např. změnou membránového potenciálu). Přenašečový protein pro usnadněnou difuzi Přenašečový protein Po navázání transportovaného proteinu dochází ke konformačním změnám ve struktuře přenašečového proteinu. Koncentrační gradient Spustit Transportovaná látka > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit“. Červený šestiúhelník znázorňuje transportovanou látku (např. glukosu). ATPasa Mezi důležité přenašečové proteiny patří ATPasa, která využívá jako zdroj energie ATP. K+ Na+ Vazebné místo pro 2K+ Vazebné místo pro 3Na+ Na+, K+ ATPasa (sodíková pumpa) Spustit (1. část) Cytoplasma Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit (1. část)“. ATPasa K+ Na+ ATP ADP + Pi Přenos tří sodných iontů z buňky je spřažen s přenosem dvou draselných iontů do buňky, jedná se o tzv. antiport (viz následující snímek). Během tohoto transportu dochází k hydrolýze ATP, čímž se uvolní energie nutná pro přenos iontů proti koncentračnímu gradientu. Spustit (2. část) Cytoplasma > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit (2. část)“. NaKpumpa AKTIVNI TRANSP Adenosintrifosfát (ATP) Eukaryotní buňky získávají energii štěpením živin v buněčných mitochondriích. Energie uvolněná při štěpení živin není okamžitě využívána k dalším biochemickým procesům. Ukládá se do struktury tzv. makroergických sloučenin. Typickým příkladem je tzv. adenosintrifosfát (ATP). atp Cytóza Přeprava látek pomocí cytotického váčku. Ten vzniká obalením látky cytoplasmatickou membránou pocházející z endoplazmatického retikula nebo Golgiho aparátu. Cytotický váček Jestliže je váček transportován z vnitřku buňky do jejího okolí, jedná se o exocytózu. Sekreční váček Plasmatická membrána Sekreční produkt Cytoplasma Jestliže je váček transportován z okolí buňky do cytoplasmy jedná o tzv. endocytózu. Cytóza Jsou-li endocytózou přijímány látky rozpuštěné (kapaliny), mluvíme o pinocytóze („buněčné pití“). Jsou-li přijímány pevné částečky, poté hovoříme o fagocytóze („buněčné pojídání“). V těle savců fagocytují např. některé bílé krvinky (makrofágy), které „požírají“ bakterie. Endocytotický váček Plasmatická membrána Cytoplasma Fagocytóza • Fagocytoza Pinocytóza – buněčné pití • Pinocytoza Přehled organel Jádro (nucleus) Jádro, jaderná membrána a jaderné póry Jádro Jádro Jaderné póry Jaderná membrána Na obrázku jsou znázorněny snímky z elektronového mikroskopu. Vnitřek jádra je vyplněn sítí bílkovinných vláken – tzv. jadernou plasmou (karyoplasma, někdy též jaderná šťáva). Jádro má dvě funkce: Genetickou (Replikace DNA) Metabolickou (Řízení některých metabolických procesů buňky) Metabolickou funkcí rozumíme např. syntézu RNA, některých enzymů, ATP aj. Jádro (nucleus) Téměř všechna genetická informace buňky je v jádře. Molekuly DNA jsou napojeny na molekuly bílkovin = chromatin. Před dělením se vlákna DNA začnou stáčet a spiralizovat, až vytvoří útvary nazývané chromozómy. Jejich počet je pro každý biologický druh specifický. Jadérko (nucleolus) Jadérko se nachází uvnitř jádra v karyoplasmě. Tvoří se zde určitý typ RNA (ribozomální RNA) – ta proniká jadernými póry do cytosolu a spolu s molekulami bílkovin tvoří ribozómy Jaderná membrána (obal) Jedná se o dvouvrstevnou blánu oddělující jaderný obsah od cytoplasmy. Jsou v ní otvory = jaderné póry, které zajišťují spojení jádra s cytoplazmou – výměna látek. Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Endoplasmatické retikulum (ER)- endoplazmatické = uvnitř plazmy + retikulum - síť ER1 Ribosomy Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Má na svém povrchu navázána ribozómy – ty vytvářejí bílkoviny, které prostupují do cisteren a jsou zde dále upravovány. Nemá ribosomy, skládá se především z jemných dutých trubiček. Hlavní činností je syntéza lipidů a sacharidů, upravují se zde hormony a enzymy. Drsné ER Hladké ER Rozlišujeme dvě formy ER: Endoplasmatické retikulum (ER) = systém kanálků a váčků (cisteren), tvoří nové membrány, které využívají membránové organely, přepravuje látky vzniklé v ER v malých váčcích- odškrcují se z konců retikula. GA Golgiho aparát (GA) Tvořeno plochými prohnutými váčky (cisternami) uspořádanými do stohů. GA je „manufaktura“ na výrobu, třídění a dopravování látek. Zde dochází k úpravě produktů z ER, které jsou sem přenášeny pomocí váčků. Upravené produkty jsou uvolňovány v podobě membránových váčků do cytoplasmy. GA zajišťuje taktéž vylučování odpadních látek – tzv. exocytózu. V cisternách GA jsou upravovány zejména bílkoviny dopravené z ER. Když je látka upravena (enzym hormon…) oddělí se ve formě váčku do cytoplazmy a je dopraven na místo. Pak se uvolní např. exocytózou vně buňky – např. inzulin lysosom Lyzosomy Peroxisomy jsou malé membránou ohraničené váčky, které zajišťují detoxikaci či odbourávání alkoholu a ostatních toxických látek ohrožujících buněčnou existenci (např. peroxid vodíku). Jsou drobné váčky, které se vyskytují pouze v ŽB, vznikají odškrcováním váčků z GA, obsahují trávicí (hydrolytické) enzymy, které umožňují tzv. buněčné trávení = splynou s váčky obsahujícími částice, které mají být stráveny (bílá krvinka – bakterie). Podílejí se také na „recyklaci“ vlastního buněčného materiálu – stráví staré nebo poškozené organely. Po smrti buňky se podílejí na jejím rozkladu – buňka stráví sama sebe Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Vakuoly Mají v různých buňkách různé funkce, obsahují kapalinu, která se nazývá buněčná šťáva. Jsou obklopeny jednou membránou = tonoplast. Rostlinné vakuoly - u starých buněk tvoří až 90% vnitřku buňky, v buněčné šťávě bývají rozpuštěny cukry (sacharóza – cukrová řepa) zásobní bílkoviny (semena), enzymy, barviva (barva květů), některé obsahují trávicí enzymy (plní funkci lysozomů). Prvoci mají potravní vakuoly, stažitelnou (pulsující) vakuolu. Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Vakuola Rhoeo_Discolor_-_Plasmolysis.jpg Obarvené vakuoly v pletivu podeňky různobarvé (Rhoeo discolor) • vakuola Po plazmolýze (10 minut v 21% sacharóze, hypertonické prostředí) Mitochondrie mitochondrie Na povrchu jsou dvě membrány oddělené mezimembránovým prostorem. Vnější membrána je hladká, vnitřní je zprohýbaná a vytváří výběžky = kristy. Prostor mezi nimi je vyplněn hmotou = matrix, která obsahuje malé ribozomy a DNA. Mitochondrie Je to „elektrárna buňky“ – zdroj energie - vznikají zde molekuly ATP. Probíhá zde buněčné dýchání, Krebsův cyklus. Jsou schopny pohybu, mění tvar, dělí se na dvě nové (vlastní DNA). Endosymbiotická teorie – názor vědců, že před 1-2 tisíci milionů let pradávná buňka vytvořila symbiotický vztah s mitochondriemi a chloroplasty. mitochondrie Vnější kompartmenty Vnější membrána Vnitřní membrána Vnitřní kompartmenty Krista Vnitřek mitochondrie se nazývá matrix. Plastidy •Vyskytují se v rostlinných buňkách •Podle obsahu barviv je dělíme na : a)chloroplasty – obsahují chlorofyl b)chromoplasty – obsahují červenožlutá barviva (karotenoidy) c)leukoplasty – bezbarvé, ale jsou v nich uloženy různé produkty ( amyloplasty – škrob) d) Chloroplasty chloroplast chloroplast1 Na povrchu jsou 2 membrány oddělené úzkým mezimembránovým prostorem. Uvnitř je ještě třetí membránový systém – ploché váčky = tylakoidy. Ty jsou naskládány na sebe a vznikají „věžičky“ = grana. Prostor kolem tylakoidů vyplňuje polotekutá hmota = stroma. Chloroplasty •Typické pro rostlinné buňky. • Místo kde probíhá fotosyntéza. •Přeměňují energii slunečního světla na energii chemickou (vázanou ve sloučeninách – např. ATP). •Obsahují zelené barvivo chlorofyl. • Ribozomy Jsou to malé kulovité útvary uvnitř buňky (velikost kolem 30 nm). Hlavní funkcí ribozomů je tvorba bílkovin, které vznikají z aminokyselinových řetězců = „továrna na bílkoviny“. Buď jsou vázané na ER, nebo se vyskytují volně v cytoplasmě. E-místo P-místo A-místo Velká ribosomální jednotka Malá ribosomální jednotka P A E Vazebné místo pro mRNA Ribosomy jsou tvořeny z velké a malé podjednotky, které se skládají z RNA a bílkovin. Každá buňka si vytváří vlastní bílkoviny, které fungují jako stavební látky, enzymy, hormony, přenašeče… Cytoskelet Obrázek31 Aktinová filamenta (mikrofilamenta) Mikrotubuly Intermediální filamenta (střední filamenta) Zajišťuje oporu buňky a její pohyblivost (bičíky, řasinky) Vlákna jsou označena různými fluorescenčními barvivy. Cytoskelet Cytoskelet je soustava vláknitých bílkovinných útvarů, která má opěrnou a pohybovou funkci. Mikrotubuly Intermediální filamenta Aktinová filamenta Intermediální filamenta (střední filamenta) jsou tvořena vláknitými molekulami bílkovin. Jejich hlavní funkcí je zajištění pevnosti buněk. Jedná se o dlouhé duté trubice, které jsou tvořené proteinem tubulinem. Hlavní funkcí mikrotubulů je určování pozice membránových buněčných organel a řízení transportu uvnitř buňky. Aktinová filamenta (mikrofilamenta) jsou šroubovité polymery proteinu aktinu. Mikrofilamenta jsou důležitá pro buněčný pohyb uskutečňovaný prostřednictvím buněčného povrchu např. při fagocytose. [USEMAP] Obsah Cytoplasma Je to vnitřek buňky mezi jádrem a cytoplazmatickou membránou. Čirá cytoplasma mezi organelami se nazývá cytosol. Cytoplasma je místem mnoha životně důležitých buněčných aktivit ( např. glykolýza ). Mitochondrie Golgiho aparát Endoplasmatické retikulum lyzosom Jaderný obal Cytosol Cytoplasma Stavba rostlinné a živočišné buňky připravte si tabulku U/10 Organely (části) Buňka rostlinná živočišná cytoplazmatická membrána buněčná stěna jádro mitochondrie vakuoly chloroplasty Stavba rostlinné a živočišné buňky Organely (části buňky) Buňka rostlinná živočišná cytoplazmatická membrána ano ano buněčná stěna ano ne jádro ano ano mitochondrie ano ano vakuoly ano ne chloroplasty ano ne Snímky a – vakuola c – plazmatická membrána h – jádro i – jadérko k – ribozomy l – mitochondrie m – cytoplazma n – buňečná stěna Rostlinná buňka animal-cell-500 cytoplazma mitochondrie plazmatická membrána jádro Živočišná buňka A už umíte všechno J s17