BUŇKA

BUŇKA
Emil Rudolf
[email protected]
Buněčná teorie
• Buňka = základní jednotka života
• Všechny živé organismy se skládají z
buněk
• Definice života a smrti
Typy buněk
• Prokaryotické
bakterie, archaea
• Eukaryotické
rostliny, houby, živočichové
(eu = dobrý, opravdový, karyon = jádro)
PROKARYONTA
•Dominují biosféře (biomasa předčí váhu eukaryot
10-násobně)
•Známo asi 5 000 druhů
•Výskyt téměř ve všech prostředích
•Menšina způsobuje závažná onemocnění; většina
je benigní či prospěšná (recyklace látek v
ekosystémech; symbióza)
•Většina jednobuněčná, některé tvoří kolonie či se
dočasně seskupuje
PROKARYONTA
• velikost 0,3 - 2,0 m, délka 1 - 7 m
• nukleoid - jedna kruhová molekula DNA
(bakteriální chromozom)
• plazmidy
• z ostatních organel jen ribozomy 70S
• mezosomy
• pili, fimbrie, bičíky
• spory
ARCHEBAKTERIE
• buněčná stěna obsahuje pseudomurein
(peptidoglykan obsahující L-aminokyseliny)
• u některých obal z vrstvy bílkovin
• metabolismus aerobní i anaerobní
• podobají se eukaryontním buňkám:
– geny složeny z exonů a intronů
– proteosyntéza začíná methioninem
• metanové archebaktérie - žijí v
anaerobním prostředí, produkují metan
(horké prameny, na dně moří, sedimenty
odpadních a stojatých vod)
• extrémně halofilní - v prostředí s vysokým
obsahem solí až 15 % NaCl (slaná jezera,
mořská voda)
• termofilní - horké sirné prameny při
teplotách až 100 °C, produkují sirovodík
EUBAKTERIE
• buněčná stěna tvořená mureinem =
peptidoglykan z kyseliny muramové a Daminokyselin
• dělí se na 2 podříše:
– sinice (fotoautotrofní, chlorofyl a)
– bakterie (heterotrofní, autotrofní bakteriochlorofyl)
http://129.109.136.65/microbook/ch002.htm
EUBAKTERIE
MORFOLOGIE
tyčinky (bacily)
sféroidy (koky)
spirály (spirily)
GRAMPOZITIVNÍ BAKTÉRIE
•
•
•
•
buněčná stěna silná asi 20 nm
je tvořena mohutnou vrstvou mureinu
obvykle neobsahuje lipidy a bílkoviny
při barvení podle Grama jsou tmavě fialové
až modročerné
GRAMNEGATIVNÍ BAKTÉRIE
• buněčná stěna je tenčí - asi 10 nm
• je méně hmotná, ale složitější stavby: tvořena
tenkou vrstvou peptidoglykanu a nad ní je tzv.
vnější membrána; k peptido-glykanu je
kotvena molekulami lipopro-teinu, zevní stranu
tvoří lipopolysacharidy
SAPROFYTICKÉ BAKTÉRIE
• kůže ve vlhkých místech
• ústa dýchací cesty
• tlusté střevo
PATOGENNÍ BAKTÉRIE
•
•
•
•
•
vzdušná cesta
alimentární cesta
přímý kontakt
pohlavním stykem
nepřímý kontakt
CHOROBY ČLOVĚKA – G•
•
•
•
•
•
•
černý (dávivý) kašel
tularemie
kapavka
syfilis
cholera
tyfus, paratyfus
salmonelózy
G- BAKTÉRIE
•
•
•
•
•
•
•
•
•
úplavice
mor
Stapyhlococcus aureus
Streptococcus pyogenes
S. pneumoniae
antrax
botulismus
tetanus
tuberkulóza
Chlamydie
• psitakóza, ornitóza - prachem kontaminovaným
výkaly nemocných ptáků, přímý kontakt s
ptákem, jeví se jako vleklá chřipka, atypická
pneumonie, hepatitida, myokarditida, někdy
nausea, zvracení, průjem, inkubace 7 - 14 dní
• trachom - endemická oblast (tropy, subtropy),
zde nejčastější příčina slepoty za 25-30 let od
infekce (chronický zánět spojivek, kontrakcí jizev
dojde k otočení víčka, při mrkání se řasami
poškozuje rohovka), rezervoárem děti, přenos
přímým kontaktem, mouchami
Rickettsie
• skvrnitý tyfus (R. prowazeki) - rezervoárem
člověk, přenašečem veš šatní, horečky, bolesti
hlavy, svalů, kloubů, nechutenství, vyrážka,
komplikacemi jsou myokarditida či krvácení
do mozku
Eukaryotická buňka
• Pravé jádro, ohraničené jadernou
membránou
• Více molekul DNA – chromozómy
• Složité buněčné dělení
• Rozčlenění vnitřního prostoru
• Systém membránových organel,
specializované funkce
• Cytoskelet
EUKARYA vs. PROKARYA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Velikost: 10-100 µm; 1mm (sépie, žáby)
Vyšší organizovanost (specializace a diferenciace)
Komunikace a hierarchie (tkáně …..)
Specifická buněčná smrt
Pravé jádro + exprese genetické informace
Membránové struktury (organely)
Cytoskelet
Dělení mitózou
Sexuální dělení (meióza) – specializované buňky
PRINCIPY EUKARYOT
1. MEMBRÁNOVÝ
2. CYTOSKELETÁLNÍ
3. GENETICKÝ (INFORMAČNÍ)
„Jednoduchá“ eukaryotická buňka kvasinka
Jádro
Buněčná
stěna
mitochondrie
Eukaryotická buňka
mikrotubulus
Centrosom s
párem centriol
Chromatin (DNA)
Jaderný pór
Extracelulární matrix
Jaderná membrána
Váčky
lysosom
Mikrofilamentum
peroxizóm
Ribozómy v
cytoplazmě
jadérko
Golgiho
aparát
mitochondrie
Střední
filamenta
Plazmatická
membrána
jádro
Endoplazmatické
retikulum
Poměr velikostí různých buněk a struktur
Rostlinná buňka
Živočišná buňka
Baktérie
Virus
Ribozóm
Globulární
protein
Malá molekula
atom
http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/cells/scale/
DIFERENCIACE BUNĚK
Totipotence
buňka obsahuje kompletní genetickou výbavu a je
schopna ji realizovat (rostlinná b. či zygota, embryonální
b. ???)
http://www.erin.utoronto.ca/~w3bio380/Lectsked/Lect12/Cleavage.htm
Pluripotence
buňka obsahuje kompletní genetickou výbavu a je
schopna ji do určité míry realizovat (embryonální či tzv.
kmenová b.)
Diferenciace (terminální diferenciace) – proces
získání strukturní i funkční specializace (v lidském těle – 200
různých typů buněk)
diferencované buňky mají stejnou genetickou výbavu
ALE liší se v expresi genetické informace !!!!!
(různé regulační mechanismy spouštějí nebo inhibují
expresi určitých genů)
Rozdíly mezi diferencovanými buňkami
• stavba a složení membrány - zastoupení různých
lipidů a membránových proteinů (receptory,
přenašeče)
• enzymatická výbava - speciální enzymy podle
funkce specializovaných buněk
• morfologie buňky - velikost a tvar buněk,
- kvantitativní zastoupení různých organel,
- speciální struktury (kolagenní fibrily fibroblastů,
bičíky u spermií)
• eliminace některých organel - u savců
bezjadernost erytrocytů a trombocytů
Diferenciace a dediferenciace
• diferenciace je trvalá a nevratná
• někdy částečná dediferenciace
- při regeneraci tkání po poranění
- při nádorovém zvratu (malignizace)
- u buněk pěstovaných in vitro
• trvalá dediferenciace
- nádorový zvrat
STÁRNUTÍ BUNĚK
1) na úrovni mnohobuněčných organismů
smrt chápána jako opak života, smrt je
nevyhnutelná
2) na úrovni jednotlivé buňky je smrt
mnohdy fyziologicky žádoucí
STÁRNUTÍ BUNĚK
• stárnoucí buňky
- obsah vody
až o 15%
- viskozita cytosolu
- zpomalení buněčných pochod
(transport, intenzita metabolismu)
- hromadění odpadních látek
(lipofuscin, melanin)
- hromadění chyb v DNA a signálních
drahách
• nervové buňky - stejně staré jako
organismus
• epiteliální buňky, erytrocyty - velmi
mladé i ve starém organismu
• buňky se nemohou množit neomezeně dlouho
• každá buňka má geneticky naprogramovaný počet cyklů (lidské asi 50 - 60 generací)
- tzv. HAYFLICKŮV LIMIT
• některé buňky jsou tzv. nesmrtelné:
- jednobuněčné organismy
- pohlavní buňky (gamety)
- buňky transformované (nádorové)
FYZIOLOGICKÁ SMRT BUNĚK
• proces geneticky naprogramovaný, přesně
regulovaný, zákonitý
• v embryogenezi - nadprodukce bb.
- eliminace chybně zapojených buněk
- tvorba dutin a přepážek (vývoj prstů ruky)
• eliminace nebezpečných buněk (nádorové b.,
viry infikované b., autoreaktivní lymfocyty)
• zánik starých a opotřebovaných buněk
(obnova kůže, střevního epitelu)
• zánik již dále nepotřebných buněk (pro organismus je energeticky výhodnější likvidace
buněk než jejich výživa)
APOPTÓZA
• charakteristické morfologické změny
– kondenzace chromatinu
– fragmentace jádra
– svraštění buňky (apoptotická tělíska)
– membrána je zachována
nevzniká zánět
– okolními buňkami je fagocytována
APOPTÓZA
• biochemické změny
– spuštění proteolytické kaskády (štěpení proteinů
změna je
nevratná)
– poškození mitochondrií
porucha koordinace energetického
metabolismu
aktivace endonukleáz - štěpí DNA na fragmenty
180 - 200 bp
LYSOZOMÁLNÍ SMRT
• je typická pro buňky epiteliální tkáně
(např. mléčná žláza)
• zvětšování počtu lysozomů v buňce
• tvorba autofagických vakuol
• později kondenzace chromatinu,
fragmentace jádra a štěpení DNA
• proteosyntéza a syntéza ATP probíhá
téměř do konce smrti buňky
NEKRÓZA - nefyziologická smrt
• není geneticky naprogramována
• je důsledkem působení nepříznivých vnějších
vlivů (teplota, záření, toxiny)
• základem je poškození membrán
–
–
–
–
porucha distribuce iontů, energetic. metabolismu
bobtnání bb., dilatace organel (ER, mitochondrie)
tvorba vakuol, tvorba hernií
rozpad organel
denaturace proteinů
autolýza
• zánětlivá reakce okolních buněk
• rozpad DNA na libovolně dlouhé fragmenty
(nevzniká „DNA žebříček“)