Spermie Ledviny Vajíčko Pankreas Sval Srdce Krev Mozek Kost Buňka První část prezentace Buňka se zabývá hlavními rozdíly mezi eukaryotní a prokaryotní buňkou, dále jsou v prezentaci popsány jednotlivé organely a jejich význam pro metabolismus. Poslední část prezentace se zabývá transportem látek přes membránu. -Prokaryotní (z řeckých slov pro = před a karyon = jádro) -Eukaryotní (eu = opravdu) Rozlišujeme dva typy buněk: Buňka je nejmenším známým útvarem, jenž je schopný samostatného života a rozmnožování. Prokaryotní buňka Rychlost metabolických dějů je mnohem vyšší než u eukaryotních buněk, což je umožněno tím, že vnitřní prostor není dělen membránami. Tyto organismy mají místo pravého jádra stočenou dvoušroubovici DNA na bílkovinném nosiči. Tato stočená dvoušroubovice se nazývá jaderná hmota (nukleoid), jež je jediným chromosomem. Prokaryotní bakterie prokaryotní buňka 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 Eukaryotní živočišná buňka Eukaryotní buňky jsou mnohem větší než prokaryotní a mají také dokonaleji vyvinuté a komplikovanější vnitřní uspořádání. Jsou to typické buňky, které se nacházejí v lidském těle. Na rozdíl od prokaryotních buněk mají pravé jádro, jež je ohraničeno jadernou membránou. Eukaryotní živočišná buňka 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) Genetickou funkcí rozumíme např. tvorbu vlastních složek nebo replikaci, kdy dochází k přenosu genetických informací z mateřské buňky na dceřinou. Jadérko (nucleolus) Jadérko se nachází uvnitř jádra v karyoplasmě. Jeho funkce souvisí s metabolickými funkcemi jádra, podílí se také na syntéze některých bílkovin. Jadérko Jaderná membrána Jedná se o dvouvrstevnou blánu oddělující jaderný obsah od cytoplasmy. Součástí této membrány jsou submikroskopické otvůrky – tzv. jaderné póry, které zajišťují prostupnost jaderné membrány. Těmito póry jsou mezi karyoplasmou a cytoplasmou aktivně přenášeny nízkomolekulární i makromolekulární látky. V jadérku vznikají ribosomy, což jsou kulovité útvary potřebné pro syntézu bílkovin. Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Mitochondrie Mitochondrie Vnější kompartmenty Vnější membrána Vnitřní membrána Vnitřní kompartmenty Krista Krista Vnější membrána Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Mitochondrie Membrána mitochondrií je tvořena ze dvou vrstev. Na vnitřní membráně mitochondrií probíhá dýchací řetězec. Jedná se o řetězec chemických dějů, při kterých dochází k přenosu vodíku z redukovaných koenzymů (NADH, FADH2) na elementární kyslík za vzniku vody a energie ve formě ATP. Mitochondrie mitochondrie Vnější kompartmenty Vnější membrána Vnitřní membrána Vnitřní kompartmenty Krista Vnitřek mitochondrie se nazývá matrix. Mitochondrie Membrána mitochondrií je tvořena ze dvou vrstev. Na rozdíl od ostatních organel se mitochondrie mohou reprodukovat, neboť obsahují svou vlastní DNA. Obr.9. Dýchací řetězec Na vnitřní membráně mitochondrií probíhá dýchací řetězec. Jedná se o řetězec chemických dějů, při kterých dochází k přenosu vodíku z redukovaných koenzymů (NADH, FADH2) na elementární kyslík za vzniku vody a energie ve formě ATP. Ribosomy Jedná se o malé, nepatrné kulovité útvary uvnitř buňky. Buď jsou vázané na endoplasmatickém retikulu, nebo se vyskytují volně v cytoplasmě. Hlavní funkcí ribosomů je tvorba bílkovin, které vznikají z aminokyselinových řetězců. Model ribosomu 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. Endoplasmatické retikulum (ER) Endoplasmatické retikulum je systém měchýřků a kanálků. ER1 Obr. 11. Endoplasmatické retikulum [1] Ribosomy Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Endoplasmatické retikulum (ER) Drsné endoplasmatické retikulum má drsný povrch, k němuž zvnějšku přiléhají ribosomy. Na povrchu drsného endoplasmatického retikula jsou syntetizované bílkoviny. Hladké endoplasmatické retikulum se skládá především z jemných dutých trubiček a nemá ribosomy. Hlavní činností hladkého endoplasmatického retikula je syntéza lipidů a sacharidů. Drsné endoplasmatické retikulum Hladké endoplasmatické retikulum Rozlišujeme dvě formy ER: Endoplasmatické retikulum je systém měchýřků a kanálků. GA Golgiho aparát (GA) V Golgiho aparátu dochází k úpravě produktů z endoplasmatického retikula, které jsou přenášeny pomocí měchýřků. Upravené produkty jsou uvolňovány v podobě membránových váčků do cytoplasmy. Golgiho aparát zajišťuje taktéž vylučování odpadních látek – tzv. exocytosu. Opak exocytosy je tzv. endocytosa, během níž dochází k transportu živin z vnějšku do cytoplasmy. Golgiho aparát Lyzosomy a peroxisomy Peroxisomy jsou malé membránou ohraničené váčky, které zajišťují detoxikaci či odbourávání alkoholu a ostatních toxických látek ohrožujících buněčnou existenci (např. peroxid vodíku). Lyzosomy a peroxisomy vznikají odškrcováním váčků z Golgiho aparátu. Lyzosomy jsou malé nepravidelné organely odpovědné za odbourávání látek (trávicí procesy) uvnitř buňky. Lyzosom Na obrázku je znázorněn snímek z elektronového mikroskopu. Cytoskelet Obrázek31 Aktinová filamenta (mikrofilamenta) Mikrotubuly Intermediální filamenta (střední filamenta) Cytoskelet 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. Aktinová filamenta Intermediální filamenta Cytoskelet 25 μm 25 nm Mikrotubuly Cytoskelet Cytoskelet je soustava vláknitých bílkovinných útvarů, která má opěrnou a pohybovou funkci. Mikrotubuly Intermediální filamenta Aktinová filamenta Centrioly Jedná se o krátké válcovité útvary tvořené devíti trojicemi mikrotubulů. V živočišných buňkách se nacházejí v blízkosti jádra v oblasti centrozomu. Centrioly jsou nezbytné v procesu buněčného dělení. Cytoplasma Cytoplasma je průhledná látka nacházející se okolo jádra, která vyplňuje zbytek buňky. Cytoplasma je místem mnoha životně důležitých buněčných aktivit. Čirá cytoplasma mezi organely se nazývá cytosol. Cytoplasma a cytosol Mitochondrie Golgiho aparát Endoplasmatické retikulum lyzosom Jaderný obal Cytosol Cytoplasma Každá centriola je tvořena dvěma na sebe kolmými válečky. Centrioly bunka barevná hrubá Plasmatická membrána Všechny buňky lidského těla jsou ohraničeny plasmatickými membránami. Základ plasmatické membrány tvoří 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. Mezi fosfolipidy jsou vmezeřeny bílkoviny. Biomembrány eukaryotních buněk obvykle obsahují steroid cholesterol. Cholesterol Hydrofilní část Hydrofóbní část Vmezeřené bílkoviny Stavba buněčné membrány 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. Přenos přes plasmatickou membránu Pasivní Aktivní Látky prochází přes plasmatickou membránou po koncentračním gradientu bez spotřeby energie. Látky prochází přes plasmatickou membránou proti koncentračnímu gradientu za spotřeby energie. Elektrochemický gradient Energie Prostá difuze Usnadněná difuze Pasivní transport Aktivní transport Lipidová dvouvrstva Transportovaná molekula Přenašečové proteiny Membránový kanál Přenos přes plasmatickou membránu Mechanismy průchodu přes plasmatickou membránu Spustit animaci > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit animaci“. Volná difuze Volnou difuzí procházejí biomembránami látky o malé hmotnosti. Jsou to např. plyny, molekuly hydrofobního charakteru a malé hydrofilní molekuly. Hydrofobní molekuly (O2, N2, benzen) Malé nenabité polární molekuly (H2O, močovina, glycerol, CO2) Velké nenabité polární molekuly (glukosa, sacharosa) Ionty (H+, Na+, HCO3- , K+, Ca2+, Cl-,Mg2+) Volná difuze Membránové proteiny Membránový kanál (pór) Přenašečový protein Přenašečové proteiny váží přenášené látky, kdy pomocí konformačních změn přesunou látku na druhou stranu. Přenašečový transport Prostá difuze Tok částic kanálem může být regulovaný otevřením či uzavřením kanálu (konformační změny). Kanál je otevírán či zavírán např. specifickými signály (u nervových buněk) či nějakou ligandou (např. neurotransmitery). Membránové proteiny Koncentrační gradient Energie Prostá difuze Pasivní transport Aktivní transport Přenašečové proteiny Membránový kanál Přenašečový transport Transport pomocí membránových proteinů 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. Transport pomocí membránového kanálu 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 Transport pomocí přenašečového proteinu Spustit Transportovaná látka > Animaci spustíte po kliknutí na animační tlačítko „Spustit“. Červený šestiúhelník znázorňuje transportovanou látku (např. glukosu). Uniport, Symport a Antiport Uniport, symport a antiport Přenašečový transport se dělí na uniport (přenos jedné molekuly), symport (přenos je spojen s jinou molekulou procházející týmž směrem) a antiport (spojeno s jinou molekulou procházející opačným směrem). Uniport Symport Antiport Spřažený transport Lipidová dvouvrstva Transportovaná molekula Antiportovaný ion Symportovaný ion Cytosa Během cytosy je transportovaná látka obalena plasmatickou membránou pocházející z ER nebo GA za vzniku cytotického váčku. Cytotický váček Jestliže je váček transportován z vnitřku buňky do jejího okolí, jedná se o exocytosu. Exocytosa Sekreční váček Plasmatická membrána Sekreční produkt Cytoplasma Jestliže je váček transportován z okolí buňky do cytoplasmy jedná de o tzv. endocytosu. Cytosa Jsou-li endocytosou přijímány látky rozpuštěné, mluvíme o pinocytose („buněčné pití“). Jsou-li přijímány pevné částečky, poté hovoříme o fagocytose („buněčné pojídání“). V těle savců fagocytují např. některé bílé krvinky (makrofágy), které „požírají“ bakterie. Endocytotický váček Plasmatická membrána Cytoplasma Endocytosa 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). Vzorec a model molekuly ATP atp