Chemické složení živé hmoty

Prezentace na téma: "Chemické složení živé hmoty"— Transkript prezentace:

1 Chemické složení živé hmoty
Voda = základ všech organismů až 90% hmotnosti těla Minerální látky – osmotická hladina obvykle disociované vazba kationtů na bílkoviny Organické látky – mnoho různých sacharidy (cukry) lipidy (tuky) aminokyseliny – cca 200 bílkoviny – složeny z dvaceti druhů aminokyselin

2 Sacharidy hydroxyaldehydy a hydroxyketony
monosacharidy – základní stavební jednotky – 3-4 atomy uhlíku glukóza, fruktóza, galaktóza…… disacharidy – 2 jednotky sacharóza, maltóza, laktóza… oligosacharidy – několik jednotek polysacharidy – mnoho jednotek (tisíce) celulóza, škrob, chitin…

3 Aminokyseliny Látky obsahující kyselou karboxylovou skupinu a zásaditou aminoskupinu postranní řetězce různé popsány stovky biologických aminokyselin jen 20 tvoří základní strukturu bílkovin – kódované aminokyseliny (jejich pořadí je zakódováno v DNA) H 2 N C 3 O

4 Bílkoviny Biopolymery složené z aminokyselin a nebílkovinných součástí
Rozmanité struktury a funkce stavební, katalytická, obranná… Primární struktura většiny bílkovin je zakódována v DNA Aminokyseliny jsou spojené peptidovou vazbou – peptidy peptidy jsou základem bílkovin

5 Bílkoviny Primární struktura – pořadí aminokyselin
Sekundární struktura – uspořádání části peptidu do pravidelného motivu Terciární struktura – prostorové uspořádání peptidu Kvartérní struktura – spojení více peptidů do jednoho funkčního celku

6 Lipidy Látky obvykle málo rozpustné ve vodě
Mnoho různých chemických struktur acylglyceroly, vosky, sfingomyeliny… Acylglyceroly = glycerol + mastné kyseliny H 2 C O

7 Mikrobiální buňky Buňka = základní jednotka živé hmoty
nezávislá životaschopnost = jedna buňka může tvořit celý organismus organizovanost = buňka vykazuje a udržuje uspořádaný stav dědičnost = nese informaci o své struktuře a může ji předat potomkům rozmnožování = zachování života metabolismus = biochemické reakce k udržení životních funkcí otevřený systém = buňka si s okolím vyměňuje látky a energii

8 Obecná charakteristika buněk
Všechny živé buňky vykazují společné vlastnosti od okolí ohraničené cytoplazmatickou membránou většina buněk je navíc chráněná pevnou buněčnou stěnou genetická informace je uložena v DNA biochemické reakce jsou katalyzované enzymy (bílkovinné katalyzátory) buňka si udržuje přibližně stálé vnitřní prostředí

9 Rozdělení buněk Dosud všechny známé živé buňky lze zařadit do dvou základních skupin prokaryotické eukaryotické

10 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

11 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

12 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

13 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

14 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

15 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

16 Buňky Prokaryotické Eukaryotické Nerozdělený vnitřní prostor buňky
Bez organel Neoddělené jádro Menší (jednotky mm) Obvykle jeden chromozóm (molekula DNA) Menší genetická informace (~ bp) Časté plasmidy Eukaryotické Vnitřní prostor buňky rozdělený membránami Různé organely Jádro oddělené membránou Větší (desítky mm až mm) Obvykle několik chromozómů (až desítky) Větší genetická informace (~ bp) Obvykle bez plasmidů

17 Cytoplazmatická membrána
Zajišťuje oddělení vnitřního prostoru od vnějšího Často zprohýbaná Polopropustná Fosfolipidová dvojvrstva Fluidně mozaikový model Součástí bílkoviny (až 70%)

18

19 Fosfolipidy R1, R2 – zbytky mastných kyselin X – hydrofilní skupina O

20 Fosfolipidy Lipidy, mající jednu mastnou kyselinu nahrazenou fosfátem
Na fosfátu bývá navázána hydrofilní skupina (cholin, serin…) Fosfolipidy jsou povrchově aktivní látky (tenzidy) část molekuly je hydrofilní (fosfát) část je lipofilní (zbytky mastných kyselin) ve vodném prostředí mají tendenci sdružovat se lipofilními konci a tvořit dvojvrstvu

21 Propustnost membrán Propustnost závisí na hustotě Hustotu zvyšují
nasycené mastné kyseliny (těsnější uspořádání) steroly (cholesterol, ergosterol…) – jen u některých skupin organismů – výplň mezer Přes membránu mohou projít jen malé molekuly bez náboje, lipofilní a ploché molekuly snadněji Pro ostatní látky má buňka specializované bílkovinné přenašeče

22 Buněčná stěna Z pevného materiálu, obvykle sacharidu Dává buňce tvar
Bakterie, Archea – peptidoglykan Rostliny – celulóza Houby – chitin Živočichové – bez stěny Dává buňce tvar Ochrana před osmotickým šokem, ale jen do určité míry Buňka s odstraněnou stěnou = protoplast

23 Osmóza Zapříčiněná polopropustností biologických membrán
Přes membránu projde voda a malé molekuly bez náboje Ostatní látky neprojdou Snaha dosáhnout rovnováhy = stejné koncentrace látek uvnitř a vně buňky Odlišná koncentrace látek se vyrovnává přesunem vody

24 Hypotonické prostředí

25 Hypotonické prostředí
H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

26 Hypotonické prostředí

27 Hypertonické prostředí

28 Hypertonické prostředí
H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

29 Hypertonické prostředí

30 Hypotonické prostředí

31 Hypotonické prostředí
H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

32 Hypotonické prostředí

33 Hypertonické prostředí

34 Hypertonické prostředí
H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

35 Hypertonické prostředí

36 Cytoplasma Polotekutá výplň buňky
Bílkoviny, lipidy, sacharidy, minerály, voda, meziprodukty metabolismu… Lokálně uspořádaná

37 Genetická informace Genetická informace buněk je uložena v DNA
1 molekula DNA = chromozóm V buňce může být více chromozómů bakterie a archea = obvykle jeden chromozóm eukarya = obvykle více chromozómů (i desítky)

38 Genetická informace Ploidie = počet kopií všech chromozómů
haploidní buňka = 1 sada chromozómů diploidní buňka = 2 sady chromozómů (eukarya) Homologní chromozómy – tvoří pár geny pro stejnou věc na stejných místech různá konkrétní forma genu (alela) např. funkční a nefunkční gen, různá barva apod.

39 Další obecné součásti buněk
Bílkoviny enzymy (katalýza biochemických reakcí) stavební funkce (cytoskelet = vnitřní podpora buňky) informační funkce (přenos signálů) obranná funkce (toxiny, protilátky…)

40 Další obecné součásti buněk
Ribozómy – kuličky složené z bílkovin a RNA průměr cca 20 nm zajišťují syntézu polypeptidových řetězců množství kolísá podle potřeby buňky tvořit bílkoviny u prokaryot

41 Další obecné součásti buněk
Inkluze – váčky obalené membránou Zásobní látky – polysacharidy, lipidy, polykyseliny… Nízkomolekulární látky meziprodukty metabolismu signální látky odpadní látky …

42 Strom života Rostliny Houby Archea Bacteria Živočichové Eukarya
Společný předek

43 Složení mikrobiálních buněk
!!! 3 základní domény života, ale jen 2 základní typy buněk !!! Doména Typ buňky Bacteria Prokaryotická Archea Eukarya Eukaryotická

44 Bakteriální buňky

45 Chemické složení bakteriálních buněk
Látka Obsah Voda 70-90% Bílkoviny 40-80% sušiny RNA 10-30% sušiny DNA 2-3% sušiny Sacharidy 5-20% sušiny Lipidy 5-10% sušiny Popel (fosfáty, sírany, Mg, K, Na, Ca…)

46 Velikost a tvar bakteriálních buněk
Tvarová variabilita není velká tyčinky koky (kulovité bakterie) vibria (zahnuté tyčinky) spirální pleomorfní (proměnlivé tvary) Časté je neúplné oddělení více bakteriálních buněk shluky vlákna (pseudomycelia) tvar shluků závisí na způsobu dělení

47 Kruhové bakterie - koky
Diplokok Tetráda Sarcina Stafylokok Streptokok

48 Staphylococcus epidermidis

49 Streptococcus sp.

50 Oválné bakterie Oválné Tyčinkovité Palisády Diplobakterie
Streptobacily

51 Vibrio

52 Spirochety Treponema pallidum

53 Caulobacter

54 Velikost bakteriálních buněk
Značná variabilita ve velikosti nejmenší bakterie nm v průměru (Mycoplasma) průměr v řádu mm (0,5-2 x 1-10 mm) největší bakterie délka až 0,5 mm

55 Pseudomonas fluorescens
2 m m 0,5 m m

56 Bičík

57 Bičíky Orgány pohybu bakterií Bičík = flagelum (mn.č. flagela)
spirálovité, otáčí se jako lodní šroub Bičík = flagelum (mn.č. flagela) Různý počet bičíků (0-1-desítky) Různá délka, až 20 mm (tj. cca 10x delší než buňka) Bílkovina flagelin – samouspořádání Ukotvené v cytoplazmatické membráně Nejsou viditelné ve světelném mikroskopu, jen v elektronovém

58 Bičíky Atricha = bez bičíků

59 Monotricha = jeden bičík
Bičíky Monotricha = jeden bičík

60 Lofotricha = více bičíků na pólech
Bičíky Lofotricha = více bičíků na pólech

61 Peritricha = mnoho bičíků po celé buňce
Bičíky Peritricha = mnoho bičíků po celé buňce

62 Slizový obal

63 Slizovitý obal Jen u některých bakterií
Obvykle z polysacharidů nebo polypeptidů Dodatečná ochrana buňky proti vysušení proti chemickým látkám pojivo s prostředím popř. ostatními buňkami Pomáhá přijímat živiny

64 Fimbrie

65 Fimbrie Též pili (j.č. pilus, mn.č. pili) Jen u některých bakterií
Dlouhá dutá úzká vlákenka složená z bílkoviny pilinu průměr 3-10 nm délka až několik mm Různá funkce „sexuální“ – výměna genetické informace (konjugace) – jen u některých G- bakterií přilnavá (přichycení k povrchu)

66 Nukleoid

67 Nukleoid Nepravé bakteriální „jádro“ Obvykle kruhová DNA
malé množství bílkovin obal z polyaminů sperminu a spermidinu Vazba na cytoplasmatickou membránu Bakteriální DNA bývá cca 1000x delší než délka buňky – nutné efektivní smotání

68 Plazmidy Malé kruhové DNA Obvykle nezávislé na hlavním chromozómu
Nejsou pro bakterii nezbytné Nesou geny pro doplňkové metabolické dráhy, rezistenci k antibiotikům apod.

69 Buněčné inkluze Malé kapénky látek obvykle viditelné ve viditelném mikroskopu po různém obarvení Některé volně v cytoplazmě, jiné obalené membránou Zásobní poly-b-hydroxymáselná kyselina (PHB) granulóza (polysacharid) glykogen zrníčka síry Barviva

70 Mesozómy Vchlípeniny cytoplasmatické membrány Neznámá funkce
někdy blízko septa, místa dělení bakterie někdy blízko nukleoidu možná transportní procesy možná jen vedlejší produkt barvení při mikroskopování

71 Mesozóm

72 Buněčná stěna

73 Gramovo barvení 1884 Christian Gram
Barvení mrtvých bakteriálních buněk krystalovou violetí a odbarvení ethanolem Grampozitivní (G+) – violeť se neodbarví (fialové) Gramnegativní (G-) – violeť se odbarví – dobarvení např. safraninem (červené) Rozdíly způsobeny stavbou buněčné stěny Mnohé bakterie nezařaditelné nebo tzv. gram-labilní

74 Escherichia coli (G-) 1000x zvětšeno

75 Staphylococcus aureus (G+)
1000x zvětšeno

76 Buněčná stěna bakterií
Základem tzv. peptidoglykan = murein Dvě základní součásti Polysacharid (N-acetylglukosamin, N-acetylmuramová kyselina) Peptidy – tri- až pentapeptidy - prokřižují sacharidy – pevnější struktura

77 Grampozitivní bakterie
Silný peptidoglykan (20-80 nm) Vyztužen teichoovou kyselinou polyglycerolfosfát, polyribitolfosfát navázané aminokyseliny a sacharidy až 50% sušiny buněčné stěny Na povrchu další polysacharidy složené hlavně z glukózy, manózy, galaktózy specifické pro taxonomické skupiny antigeny (vyvolávají imunitní reakce)

78 Grampozitivní bakterie
Cytoplasma

79 Grampozitivní bakterie
Cytoplazmatická membrána

80 Grampozitivní bakterie
Peptidoglykan

81 Grampozitivní bakterie
Polysacharidy

82 Gramnegativní bakterie
Slabší peptidoglykan 1-3 nm Tzv. vnější membrána fosfolipidy proteiny lipopolysacharidy póry Periplazmatický prostor mezi stěnou a vnější membránou

83 Gramnegativní bakterie
Cytoplasma

84 Gramnegativní bakterie
Cytoplazmatická membrána

85 Gramnegativní bakterie
Peptidoglykan

86 Gramnegativní bakterie
Vnější membrána

87 Gramnegativní bakterie
Periplazmatický prostor

88 Periplasmatický prostor
Shrnutí G+ a G- Vlastnost G+ G- Peptidoglykan 20-80 nm 1-3 nm Vnější membrána ne ano Periplasmatický prostor Teichoová kyselina Odolnost k tenzidům nižší vyšší Imunitní reakce na… polysa-charidy lipopoly-sacharidy

89 Organely eukaryotické buňky
Jádro – nese genetickou informaci Mitochondrie – buněčná energetika Endoplazmatické retikulum – syntéza polymerů Golgiho aparát (komplex) – kompletace a transport bílkovin Chloroplasty – fotosyntéza Vakuoly – zásobní a odpadní látky

90

91 Cytoplasma

92 Jádro

93 Jádro Nucleus Ochrana genetické informace
Obalené dvěma membránami s póry pro průchod RNA chromatin = komplex sbalené DNA se specializovanými bílkovinami (histony) v klidovém stavu je chromatin rozptýlený při mitóze kondenzuje do viditelných spiralizovaných chromozómů

94 Spiralizované chromozómy
chromatidy centromera

95 Lidské chromozómy (páry)

96 Mitochondrie

97 Mitochondrie „Buněčná elektrárna“
buněčné dýchání, citrátový cyklus, oxidace mastných kyselin, produkce ATP V buňce až několik tisíc mitochondrií Vlastní DNA s neúplnou genetickou informací Rozmnožování dělením Obalená dvěma membránami vnější dost propustná vnitřní velmi nepropustná a hodně zprohýbaná (kristy) Matrix = vnitřní část mitochondrie velmi hustá, mnoho bílkovin (enzymů)

98

99 Vnější membrána

100 Vnitřní membrána

101 Kristy

102 Matrix

103 Endoplasmatické retikulum

104 Endoplasmatické retikulum
Soustava membrán a bílkovin Často propojuje jádro a cytoplazmatickou membránu Produkce látek Drsné ER nese vázané ribozómy syntéza membránových bílkovin Hladké ER nenese ribozómy syntéza lipidů a glykogenu

105 Golgiho komplex

106 Golgiho komplex = Golgiho aparát Soustava membrán a membránových váčků
Kompletace bílkovin Transport bílkovin na místo určení Výměna látek s ER pomocí membránových váčků

107 Ribozómy

108 Vakuoly Velké membránové vaky Zásobní funkce
U prvoků i trávení, vylučování atd.

109 Cytoskelet Bílkovinná kostra buňky
Soustava vláken (filament) a trubiček (tubulů) Různé funkce opěrná transportní dělení jádra

110 Další organely Chloroplasty – rostlinná fotosyntéza
mají také vlastní DNA a syntézu bílkovin rozmnožují se dělením Lysozómy – rozklad bílkovin a fagocytovaných částic

111 Vznik eukaryotických buněk
Eukaryotické buňky jsou nejpokročilejší známé buňky Jen u domény Eukarya Základní znaky stejné jako u prokaryotických buněk  společný původ Společné i odlišné znaky s archeálními buňkami  společný vývoj, později oddělení Endosymbiotická teorie vzniku mitochondrií a chloroplastů

112 Endosymbiotická teorie
Argumenty pro 2 membrány Vlastní DNA podobná prokaryotické Podobná proteosyntéza Porovnání sekvencí rRNA Argumenty proti Součástí organel jsou i bílkoviny kódované v jádře

113 Endosymbiotická teorie
Mitochondrie a chloroplasty se vyvinuly pravděpodobně z bakterií po jejich pohlcení větší buňkou Možná několikrát nezávisle sinice  chloroplast proteobakterie  mitochondrie Druhotný přenos „hotových“ organel v pozdější fázi evoluce mezi eukaryotickými buňkami

114 Strom života Rostliny Houby Archea Bacteria Živočichové Eukarya
Společný předek

115 Strom života Chloroplast Rostliny Houby Mitochondrie Archea Bacteria
Živočichové Eukarya Společný předek

116 Těla mikroskopických hub
Většina hub mnohobuněčných výjimka – kvasinky Houbové tělo = stélka (thalus) Základem stélky jsou vlákna = hyfy Spleť hyf = mycelium (podhoubí) Někdy se hyfy nahustí těsně k sobě = sklerocium Plodnice = útvary vzniklé z mycelia specializované na pohlavní rozmnožování

117

118 Mycelium Dva typy mycelia
přehrádkované (septované) – jednotlivé buňky jsou výrazně odděleny nepřehrádkované – jednotlivé buňky nejsou odděleny – mycelium je prakticky jedna mnohojaderná buňka I v přihrádkovaných myceliích jsou buňky spojeny pomocí pórů výměna látek mezi buňkami – možné čerpání živin na dlouhé vzdálenosti výměna buněčných organel výměna jader

119

120 Kvasinky a plísně Technologické skupiny MO vymezené tradičně
Kvasinky – převážně jednobuněčné houby obvykle s kvasnými schopnostmi někdy tvorba pseudomycelia (falešného mycelia), kdy se buňky po pučení neoddělí, chybí ale propojení buněk některé houby tvoří za určitých podmínek jednobuněčná kvasinková stádia Plísně – mikroskopické vláknité houby, obvykle s negativním technologickým dopadem