Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence Buňka je schopna uskutečňovat základní funkce organismu: • Výměnu látek • Růst • Pohyb • Rozmnožování • Dědičnost BUŇKA ØBuňka je uzavřený systém –musí si udržet navzdory měnícímu se okolí konstantní vnitřní prostředí ØBuňka je otevřený systém – musí přijímat živiny a vylučovat zplodiny, vyměňovat teplo, dýchací plyny a informace s okolím BUŇKA BUŇKA CYTOPLAZMA buněčné organely cytosol cytoskelet buňka centriol Golgiho aparát mitochondrie jádro lysosom hrubé endoplazmatické retikulum hladké endoplazmatické retikulum cytoplazma mikrofilamenta mikrotubuly mikrotrabekuly Nečas CYTOSOL - tekutá část cytoplasmy - obsahuje rozpuštěné • bílkoviny • glukózu • elektrolyty - strukturní element mikrotrabekuly (?) JÁDRO - nucleus jádro Alberts jaderná membrána jadérko chromatin DNA RNA • mRNA • rRNA • tRNA RIBOZOMY ribozom Alberts m RNA - denzní granula skládající se z: • bílkovin • r RNA - posunují se po mRNA a podle zapsané informace syntetizují bílkovinný řetězec Volné ribozomy • syntéza cytoplazmatických bílkovin Ribozomy vázané na endoplazmatické retikulum • syntéza bílkovin pro export • syntéza bílkovin vázaných v membráně ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM cAMPBELL hrubé ER hladké ER jádro membránová organela tvořena soustavou cisteren, lamel a váčků Hrubé endoplazmatické retikulum • syntéza bílkovin pro export nebo vázaných v membránách Hladké endoplazmatické retikulum • syntéza lipidů (fosfolipidy a cholesterol) • ve svalových buňkách koncentruje VÁPNÍK GOLGIHO APARÁT Golgiho aparát schema Campbell Golgiho aparát ElMikr Alberts soubor membránou uzavřených váčků • chemická úprava bílkovin • • třídění bílkovin transport bílkovin Campbell Pohlcení bakterie Alberts LYZOSOMY A PEROXISOMY sférické membránové organely obsahující nebezpečné látky LYZOSOMY • trávicí aparát buňky – odbourávají bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy, lipidy… • obsahují baktericidní látky PEROXISOMY • odbourávají lipidy a toxické látky • probíhají zde reakce, kdy se odbourává PEROXID VODÍKU (H2O2) MITOCHONDRIE produkce energie pro buňku mitochondrie Campbell - ohraničena dvojitou membránou - vnitřní membrána zvrásněná do krist - enzymy pro aerobní fosforylaci - obsahuje mitochondriální DNA CYTOSKELET - síť proteinových vláken rozprostírající se v cytoplasmě - uspořádává součástí buněčných těl - dává schopnost buňkám zaujímat nejrůznější tvary - vykonává koordinované pohyby • mikrotubuly 23 nm • střední filamenta 10 nm • mikrofilamenta 7 nm • mikrotrabekuly 3 nm MIKROTUBULY mikrotubuly FluoroMi Campbell MikrotubulySchema buňky Alberts -organizující funkce v buňkách - transport buněčných komponent - účastní se dělení buňky - kostra buněčných struktur - zajišťují pohyb buněk nebo pohyb tekutiny nad buňkami 5asinky schema Alberts dělicí vřeténko schéma Alberts STŘEDNÍ FILAMENTA - velká pevnost v tahu - umožňují buňkám vydržet mechanický stres při natažení buněk IntermedFil Schema buňky Alberts intermedfil FluoroMi Alberts STŘEDNÍ FILAMENTA cytoplazmatická keratiny (epitely) vimentiny (pojiva, svaly, neuroglie) neurofilaminy (nervové buňky) InterFil vlákno Alberts InterFil 1 vlákno Alberts InterFil Napínání BB s vlákny Alberts InterFil Napínání BB bez vláken Alberts jaderná jaderná lamina (jaderné buňky) MIKROFILAMENTA (aktinová vlákna) mikrofilamenta FluMiCampbell mikrofilamenta funkce Alberts funkce strukturální • stabilní základ výběžků buňky • základ nestabilních senzitivních výběžků buňky funkce kinetická • svaly buňky • dělení buňky (kontraktilní prstenec) TKÁNĚ •Komplex tvarově podobných buněk specializovaných k výkonu určité funkce • •Histologie – nauka o stavbě tkání • (histos=tkáň, logia=nauka) • •Za embryonálního vývoje se tkáně diferencují ze tří zárodečných listů (ektoderm, mezoderm, endoderm) procesem histogeneze TKÁNĚ - EPITELY üPodle uspořádání: plošný, trámčitý, retikulární (retikulum=řídká síť) üPodle funkce: krycí, žlázový, resorpční (resorpce=vstřebávání),smyslový, zárodečný - POJIVO - pojivové tkáně (vazivo, chrupavka, kost) - SVAL - svalová tkáň (hladká, srdeční, kosterní) - NERV - nervová tkáň - Krev – „tekutá“ tkáň G:\Svaly, kosti\Obr20.bmp G:\Svaly, kosti\Obr21_Typy chrupavek.bmp G:\Svaly, kosti\Kost_1.bmp G:\Svaly, kosti\Kost_2.bmp G:\Svaly, kosti\Obr22_Typy svalové tkáně.bmp mso682B5 msoD5741 msoC1219 msoC5065 myozinová molekula myozinová hlavice sarkomera sarkomera linie Z pruh H pruh A pruh I proužek A 1,6 μm proužek I proužek H mso90BB msoAC9F1 msoE982F mso1CABD msoA051B spojení aktin-myozin klouzavý pohyb odpojení hlavic narovnání hlavic BIOMEMBRÁNY lipidy cukry bílkoviny (fosfatidylcholin, cholesterol) (glykoproteiny, glykolipidy) mso94A5C mso30C78 Hlavní funkce buňečných membrán: 1)Ohraničují buňky a buňečné organely 2)Udržují koncentrační a elektrochemické gradienty 3)Zajišťují transport živin a produktů metabolizmu 4)Jsou nositeli antigenů buněk 5)Izolují v ohraničených vezikulách biologicky silně účinné látky 6)Umožňují vznik vzruchu a jeho vedení (svalová a nervová buňka) BIOMEMBRÁNY DIFUZE • Proces, při kterém se částice v důsledku svého stálého neuspořádaného pohybu snaží vyplnit celý dostupný prostor. • Pohybují se z oblasti o vysoké koncentraci do míst s nízkou koncentraci částic. • Rychlost difúze závisí na transportní vzdálenosti, na výměnné ploše, na povaze difúzní látky a prostředí MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT Plazmatická membrána - odděluje dvě kapalné fáze, které obsahují různé složky - není pro všechny složky stejně propustná, je polopropustná SEMIPERMEABILNÍ MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT OSMÓZA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . H2O NaCl osmóza § Difúze molekul rozpouštědla přes semipermeabilní membránu z oblasti o nízké koncentraci rozpuštěné látky do oblasti s vyšší koncentraci rozpuštěné látky. OSMOTICKÝ TLAK – tlak vyvinutý na koncentrovanější roztok potřebný k tomu, aby se zamezilo pohybu rozpouštědla ONKOTICKÝ TLAK – osmotický tlak vytvářený bílkovinami krevní plazmy TONICITA – osmotický tlak v relaci ke krevní plazmě • Izotonický (0.9% roztok NaCl, 5% glukóza) • Hypertonický • Hypotonický OSMOLALITA – koncentrace osmoticky aktivních látek; plasma = 290 mosm/kg H2O MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT-pasivní Prostá difuze § látky rozpustné v tucích - endogenní: prostaglandiny, steroidy, steroidní hormony - exogenní: aspirin, lokální anestetika, alkohol § malé neutrální molekuly – O2, CO2, částečně H2O § Usnadněná (facilitovaná) difuze Transport zprostředkovaný proteiny plazmatické membrány Nevyžaduje energii Probíhá ve směru koncentračního gradientu MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT -aktivní Primárně aktivní transport Transport látek proti jejich elektrickému nebo chemickému gradientu, což vyžaduje přísun energie (ATP ADP + P) vně uvnitř 3 Na+ 2 K+ ØNa+-K+-ATPáza – v každé membráně - elektrogenní účinek - důležitá pro stabilní klidové napětí ØCa2+-ATPáza – ve svalových a střevních buňkách (vápník se transportuje ven z buňky, ve které je jeho koncentrace volné frakce 10 000krát nižší než v intersticiální tekutině) ØH+-ATPáza – v buňkách žaludku MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT- aktivní Sekundárně aktivní transport Vazebná afinita proteinu na vnitřní a vnější straně membrány se nemění fosforylací ale navázáním iontů (nejčastěji sodíkových). Transportní proteiny mají 2 vazebná místa – jedno pro transportovanou látku, jedno pro iont. Protože sodík má vysokou koncentraci extracelulárně, váže se dobře na vnější straně membrány a na vnitřní straně se dobře uvolňuje MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT-aktivní Sekundárně aktivní transport Symport (ko-transport) –transport látek stejným směrem jako směr iontů Na+ •Např. Transport aminokyselin (AMK) do buňky, kde je jejich koncentrace 2-20krát vyšší než v extracelulární tekutině vně uvnitř AMK Na+ Antiport (kontra-transport) – spřažený transport látek opačným směrem • přenos Ca2+ ven z buňky Na+/Ca2+ výměníkem (Antiport iontu Ca2+ a 3 iontů Na+ •, transport glukózy ven z buňky při současném transportu Na+ do buňky vně uvnitř Na+ Ca2+ MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT-další mechanismy Přestup iontovými kanály V lipidové dvojvrstvě plazmatické membráně plavou transportní proteiny – iontové kanály • kanál je uvnitř naplněný vodou • mohou jím difundovat jen molekuly o určitých rozměrech - především malé anorganické ionty: Na+, K+, Cl- a voda • • Iontové kanály rozdělujeme na 2 základní typy: stále otevřené versus vrátkovací K+ vně uvnitř ¨ řízené napětím ¨ řízené chemicky ¨ řízené fyzikálními impulzy ¨ stále otevřené 5. Endocytóza a exocytóza Mnoho látek (proteiny, cholesterol) nemůže pronikat ani lipidovou dvojvrstvou, ani procházet transportními kanály. Mohou však prostupovat plazmatickou membránou uzavřeny do transportních váčků: Endocytóza membrána se vchlípí dovnitř (invaginuje) a přitom uzavře obsah mimobuněčné tekutiny (proteiny) do nitra buňky Exocytóza – při kontaktu buněčné transportní vezikuly s plazmatickou membránou obě membrány vzájemně splynou a plazmatická membrána se otevře do extracelulárního prostoru MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT msoD10E4 msoFAC2A KLIDOVÝ MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL Je výsledkem: ünerovnoměrného rozložení iontů intracelulární a extracelulární tekutiny, které je dáno přítomností sodíko-draslíkové pumpy v buněčných membránách ü ürozdílné propustnosti buněčné membrány pro ionty sodíku (Na +) a draslíku (K+) Fenomény uplatňující se při klidovém membránovém potenciálu üAktivní transport Na+ ven z buňky a K+ do buňky (dáno přítomností Na+-K+ ATPázy) üMalá propustnost (permeabilita) membrány pro Na+ üVysoká permeabilita membrány pro K+ üUvnitř buňky zůstávají anionty bílkovin a fosfátů •Vzniká: ELEKTROCHEMICKÝ GRADIENT •(měříme elektrické napětí mezi vnějškem a vnitřkem buňky) •ROVNOVÁŽNÝ potenciál • •V této souvislosti se nejvíce mluví o draslíku, protože jeho rovnovážný potenciál se nejvíce blíží hodnotě klidového membránového potenciálu • (-88mV) •Ek – rovnovážný potenciál draslíku znamená, že síla pohánějící difuzi K+ ven (chemický gradient) je právě tak velká jako síla potenciálu působícího v opačném směru (elektrický gradient) • •Rovnovážné potenciály pro jednotlivé ionty se počítají podle NERNSTOVY ROVNICE uzavíráme, že : Buněčná membrána je v klidu POLARIZOVÁNA Fyziologický význam klidového membránového napětí •Buňky jej užívají k regulaci svých fyziologických funkcí k nimž patří: üpropustnost membrán svalových a nervových buněk pro ionty üintracelulární uvolňování vápníku pro svalovou kontrakci üuvolňování nervových přenašečů v nervovém systému AKČNÍ POTENCIÁL (AP) •Podrážděním vzrušivých buněk (svalových nebo nervových) se klidové membránové napětí může změnit v AKČNÍ napětí •AP vzniká podle zákona: „vše nebo nic“ • - k jeho vzniku je potřeba dostatečně silného podnětu (tzv. nadprahový podnět) • - jeho další šíření probíhá bez ztráty jeho velikosti • Adobe Systems Klidové napětí: •na membráně buňky za klidových podmínek • •uvnitř buňky je záporný náboj, na povrchu buňky je kladný náboj 0 1 2 0 + - +20 až 30 mV 0 mV -55 mV práh -90 až -70 mV klidový potenciál akční potenciál klidový potenciál překmit do kladného napětí čas (ms) •buňka je nepropustná pro Na+ • •uvnitř buňky je větší koncentrace K+, mimo buňku je větší koncentrace Na+ • •koncentrace K+ uvnitř je menší než koncentrace Na+ vně ® záporný náboj uvnitř buňky akční potenciál Adobe Systems Akční potenciál (AP) •Pokud je překročena prahová hodnota napětí (-55 mV), vzniká na membráně akční potenciál • •Fáze depolarizace •otevírají se napěťově řízené kanály pro Na+ •Na+ velmi rychle vstupuje do buňky •Zákon vše nebo nic – nepřekročí-li se práh, žádný AP, překročí-li se práh – vzniká AP 0 1 2 0 + - +20 až 30 mV 0 mV -55 mV práh -90 až -70 mV klidový potenciál akční potenciál klidový potenciál překmit do kladného napětí čas (ms) •Fáze repolarizace • •kanály pro Na+ jsou znovu zavřeny (velmi rychle se inaktivují) • •Otevírají se K+ kanály, K+ vystupuje z buňky • •Na+/K+ pumpou je Na+ pumpován ven, K+ dovnitř • •Napětí se dostává zpět ke klidovým hodnotám Adobe Systems Marie Nováková, Fyziologický ústav LF MU 44 Fyziologický význam akčního potenciálu •změnou klidového membránového potenciálu v akční potenciál se: ükódují a přenášejí informace v živých systémech (nervová soustava) üspouští se svalová kontrakce (svalstvo)