Úvod do fyziologie, experimentFyziologie buňky
MUDr. Marián Liberko
Fyziologie◦ Studium funkce orgánů, orgánových soustav a organizmu
jako celku◦ Normální x patologická◦ Úzký vztah k anatomii a biochemii
Historie◦ J.E.Purkyně (1787-1869)◦ C. Bernard (1813-1878)◦ K. Landsteiner (1868-1943)◦ J. Janský (1873-1921)◦ A. Carrel (1873-1944)◦ J. Watson + F. Crick
Metody◦ Pozorování v přirozeném prostředí◦ Pozorování v nepřirozeném prostředí (behavioristický
princip), experiment◦ Srovnávací fyziologie
Experiment◦ In vitro◦ In vivo
Krátkodobé x dlouhodobé studie
Koncept 3R (Russel 1959)◦ Reduction◦ Replacement◦ Refinement◦ Responsibility
Vývoj buňkyprokaryotická buňka
◦ Před 3,5 mld let◦ Pouzdro +/-, buněčná stěna, plazmatická
membrána, kruhová DNA volně uložena v cytoplazmě = „prokaryotický chromosom“ - nukleoid
◦ „extrachromosomální“ DNA - plasmidy◦ Žádné membránou ohraničené organely◦ Ribosomy – 70S◦ Rozmnožování dělením◦ Dnes: bakterie G+/G-, sinice
eukaryotická buňka◦ Před 1,5 mld let◦ Zvětšování buňky◦ Formování membránou ohraničených
organel Vchlipováním plazmatické membrány Endosymbiotická teorie
◦ DNA uložena v jádru◦ Vývoj cytoskeletu
Eukaryotická buňka
Plazmatická membrána
Buněčné organely Jádro, ER, GA, mitochondrie, lyzosomy,
peroxisomy, ribosomy, inkluze
Cytoskelet Mikrotubuly, mikrofilamenta,
intermediární filamenta
Plazmatická membránaOdd. buňku od zevního prostředíStruktura
◦ Dvouvrstva fosfolipidů, cholesterol Polární x nepolární část
◦ Proteiny Integrální x periferní
Buněčné jádro Uložena genetická informace ve formě DNA Regulace, diferenciace, maturace a funkce buňky
Syntéza RNA mRNA tRNA rRNA
Části Jaderná obálka
Vnitřní x zevní membrána (laminy), perinukleární cisterna, póry Chromatin
komplex DNA a protein, složka chromosomů Euchromatin x heterochromatin
Jadérko Membránou neohraničená struktura, syntéza rRNA, asociace s proteiny za
vzniku nezralých ribosomů Nukleoární organizátor, pars fibrosa, pars granulosa
Ribosomy Ribosomy/polyribosomy
Komplex rRNA a ribosomálnich proteinů Volné x vázané Proteosyntéza
Endoplasmatické retikulum
Systém kanálků a cisteren V těsném kontaktu s buněčným jádrem Granulární x agranulární
Syntéza proteinů a posttranslační úpravy x syntéza lipidů a biotransformace xenobiotik
Golgiho aparátLamely, cisternyV úzkem vztahu k ERModifikace, třídění, distribuce – enzymy
lyzosomů, peroxisomů, sekreční granulaCis x trans část
Lyzosomy a peroxisomyLyzosomy
Buněčné trávení: heterofagie/autofagie Množství v buňce v závislosti na její
funkci Hydrolytické enzymy, H+ ATP-áza Primární x sekundární
Peroxisomy Kataláza, peroxidáza Oxidace látek buňce nebezpečných
(H2O2)
Mitochondrie Endosymbiotická teorie, semiautonomní organely
Struktury Zevní x vnitřní membrána, intermembranózní
prostor, mitochondriální matrix: enzymy dýchacího řetězce, DNA – matroklinní dědičnost, ribosomy
Energetická továrna buňky Krebsův cyklus, β-oxidace mastných kyselin,
dýchací řetězec – oxidativní fosforylace a tvorba ATP
Dýchací řetězecTvorba ATPChemiosmotická teorieATP jako zdroj energie pro práci
Mechanickou Chemickou Transportní
Cytoskelet-miktotubuly, mikrofilamenta, intermediární
filamentaMikrotubuly
Podjednotky: α a β heterodimery Mikrotubuly jako součást: centriolů, bičíků +/- konec, polymerace/depolymerace
Úloha mikrotubulů v buňce Transport látek v buňce – např.
axoplazmatický transport (kinesin, dynein)
Součást dělícího vřeténka Pohyb buňky – flagellum
Mikrofilamenta◦ Podjednoty: monomer G-aktin◦ Polymerací: aktinové filamentum – provazce, 2D, 3D
sítě◦ Význam
Tvar , pohyb buňky, endocytóza, exocytóza
Intermediární filamenta◦ Skutečný cytoskelet
Mechanicky stabilizují buňky Typy: cytokeratin, desmin, vimentin,
lamin
Typy spojení mezi buňkamiAdhezivní
Zonulae adherentes, desmozonmy, hemidesmozomy
Utěsňující Zonulae occludentes
Komunikační Nexy (gap junctions)
Transport látek přes membránanyParacelulární
V závislosti na typu přítomných mezibuněčných kontaktů
Tenké střevo, proximální tubulus ledvinTranscelulární
◦ Prostá difuze, facilitovaná difuze, primární a sekundární aktivní transport, endocytóza, exocytóza, iontové kanály
Prostá difuze◦ Hydrofóbní látky, neutrální molekuly O2,
CO2
Facilitovaná difuze◦ I hydrofilní látky◦ Přenašeč (GLUT), saturovatelnost,
specificita, kompetitivní inhibicePrimárně aktivní transport
◦ Spotřeba ATP Na+/K+ATP-áza, Ca2+ATP-áza, Na+/H+ATP-
áza
Sekundárně aktivní transport◦ Kotransport
Symport – SGLT 1 Antiport – Na+/H+
Endocytóza a exocytóza◦ Transport makromolekul do/z buňky
Endocytóza Pinocytóza x fagocytóza př. LDL cholesterol
Exocytóza Př. Hormony pankreatu, neurohypofýzy,
neurotransmitery!!!
Iontové kanály◦ Stále otevřené
Gap junctions◦ Napěťově řízené
Na+, K+ kanály membrány neuronů při vzniku AP◦ Chemicky řízené
a) receptor je přímo součástí iontového kanálu Př. AchR postsynaptické membrány
b) receptor není součástí iontového kanálu Př. G-proteiny
Gs, Gq, Gi – tvorba „second messengers“ → kaskáda dějů fosforylace/defosforylace a aktivace iont. kanálu
◦ Napěťově a chemicky řízené◦ Mechanicky řízené
Buněčný cyklus
interfáze
profáze
anafáze
telofáze
Mitoza
2n2n
2n
metafáze
prometafáze
Regulace buněčného cyklu Cykliny
◦ Cyklicky syntetizovány v průbehu buněčného cyklu Cyklin dependentni proteinkinazy (Cdk)
◦ Trvale přítomny v buňkách◦ Aktivace vazbou s cykliny → fosforylace řady proteinů
účastnících se řízení buněčného cyklu – přechod G1/S, G2/M
p21◦ Inhibitor komplexu cyklin/Cdk◦ Aktivován p53
Poškození DNA →p53→p21→cyklin/Cdk→zástava cyklu (replikace)
Reparace Ano? – pokračování cyklu Ne? – apoptóza x nádor!!!
Buněčná smrtNekróza
◦ Nefyziologická smrt buňky vlivem fyz., chem., biolog. faktorů
Apoptóza◦ Fyziologická smrt buňky◦ Význam
Eliminace buněk s poškozenou DNA V průběhu ontogeneze Činnost imunitného systému
Nekróza x apoptóza◦Spotřeba ATP◦DNA◦Chromatin◦Velikost buňky◦Plazmatická membrána◦Zánětlivá reakce