2.Fyziologie buňky a obecné fyziologické principy KPK/FYO Filip Neuls & Michal Botek

Fyziologie biologický vědní obor, studující funkci živých organismů na úrovni buněk, tkání, orgánů, orgánových soustav i organismu jako celku fyziologie člověka patří k základním oborům medicíny „spřízněné“ obory: anatomie, cytologie, histologie, biochemie, molekulární biologie, patofyziologie... aplikace: zátěžová fyziologie

Vlastnosti živé hmoty buněčná organizace jako základ jednotné chemické složení komunikace s vnějším prostředím metabolismus homeostáza rozmnožování dědičnost růst a vývoj pohyb dráždivost adaptace

Buňka základní stavební a funkční jednotka živého organismu (lidské tělo obsahuje cca buněk) ve své cytoplazmě (cytosol, intracelulární tekutina) obsahuje různé buněčné organely specializace buněk dle funkce a tkání život buňky: dělení – růst/proliferace – diferenciace – funkční fáze – stárnutí – smrt) vznik buňky: dělením (mateřské buňky na dvě dceřiné), popř. splynutím (zygota), buňky nevznikají de novo buněčná smrt: ▫apoptóza – aktivace specifického buněčného programu („řízená smrt“) ▫nekróza – v důsledku narušení integrity cytoplazmatické membrány, porušení vnitřní rovnováhy buňky, enzymatické poškození, rozpad J.E. Purkyně ( )

Typy buněk v lidském těle přes 200 různých druhů buněk z funkčního hlediska 5 základních typů: ▫nervové – získávání, přenos, zpracování a ukládání informace ▫svalové – kontrakce, pohyb ▫epitelové – tvorba bariér mezi prostředími, žlázy ▫buňky pojivových tkání – opěrné a zpevňující struktury, spojování orgánů a tkání, tepelná a mechanická izolace ▫krevní elementy – transport O 2, imunita, srážlivost krve

jádro jadérko ribozomy endoplazmatické retikulum mitochondrie Golgiho aparát lysozomy peroxizomy cytoplazmatická membrána cytoskelet cytoplazma aj.

Buněčné organely: jádro, jadérko, ribozom, ER jádro – ohraničeno membránou, obsahuje chromatin (chromozomy, genetická informace buňky), jaderné póry; jádro chybí např. ve zralých erytrocytech jadérko – účast při tvorbě ribozomů ribozomy – složeny z rRNA a proteinů, účastní se v proteo- syntéze endoplazmatické retikulum (ER) – systém membrán a cisteren ▫granulární (s ribozomy), úprava molekul proteinů vznikajících na ribozomech ▫agranulární (bez ribozomů), syntetizuje fosfolipidy, triglyceridy a cholesterol, ukládání Ca 2+ (např. svalové ER, tj. sarkoplazmatické retikulum)

energetické centrum buňky semiautonomní organela 2 membrány, kristy + matrix spřažený systém biologických oxidací Krebsův cyklus, oxidace H + v dýchacím řetězci, oxidativní fosforylace (tvorba ATP), beta-oxidace mastných kyselin endosymbiotická teorie: ▫mitochondrie jako aerobní bakterie pohlcená složitějším organismem v období nárůstu O 2 (pro složitější organismus toxického) v atmosféře ▫vzájemně prospěšný vztah (příjem potravy vs. odevzdání ATP) ▫vlastní DNA (cirkulární), podobná bakteriální ▫množí se dělením (nevzniká de novo) Buněčné organely: mitochondrie

Golgiho aparát – lamely a cisterny úzce navazující na ER, odštěpuje transportní vezikuly (váčky) s různým obsahem, který je dále využit v buňce nebo i mimo buňku lysozomy – vznikají v Golgiho aparátu; intracelulární trávicí aparát, rozkládají prakticky všechny makromolekuly peroxizomy – vznikají v ER; degradace AK, MK a toxických cizorodých látek Buněčné organely: Golgiho aparát, lysozom, peroxizom

cytoskelet – síť mikrofilament, mikrotubulů aj. struktur: ▫dynamická organizace cytoplazmy ▫mechanická opora organel ▫fixace tvaru buňky ▫vytváření spojů se sousedními buňkami ▫nitrobuněčný transport látek cytoplazmatická membrána – struktura zajišťující integritu buňky a jejího vnitřního prostředí, komunikace s vnějším prostředím; stavba („tekutá mozaika“ lipidů a globulárních proteinů): ▫hydrofilní (vně) a hydrofobní (dovnitř) část ▫lipidová dvojvrstva – fosfolipidy, glykolipidy, cholesterol ▫proteiny – integrální a periferní; iontové kanály, akvaporiny, přenašeče (facilitovaná difúze, aktivní transport...), buněčné receptory Buněčné organely: cytoskelet, cytoplazmatická membrána

Transport látek přes membránu Difúze Osmóza Prostup iontovými kanály Spřažený transport Aktivní transport Endocytóza a exocytóza

Difúze volný průnik látek podle koncentračního gradientu, tj. z místa vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace – prostá difúze příklad: přenos dýchacích plynů na základě jejich parciálního tlaku ▫přestup O 2 a CO 2 přes alveolokapilární membránu (O 2 z plic do krve a CO 2 z krve do plic) ▫podobně přestup O 2 z krve do svalu a CO 2 ze svalu do krve usnadněná (facilitovaná) difúze – za pomoci transportního proteinu, který naváže difundující látku na jedné straně membrány a přenese ji na druhou (bez energetických nároků) ▫např. difúze glukózy do buňky usnadněná inzulínem

Osmóza přestup tekutiny (rozpouštědla, obvykle vody) přes semipermeabilní (polopropustnou) membránu směrem vyšší koncentrace iontů, dán tzv. osmotickým tlakem při ztrátě vody se vnitřní prostředí „zahušťuje“, roste koncentrace osmoticky aktivních látek (iontů) ▫isotonický roztok = stejná koncentrace iontů ▫hypertonický roztok = vyšší koncentrace ▫hypotonický roztok = nižší koncentrace příklad: hormonální regulace vstřebávání vody v ledvinách (aldosteron), utonutí ve sladké vs. mořské vodě aj. onkotický tlak = osmotický tlak způsobený bílkovinami (koloidně-osmotický tlak bílkovin)

Iontové kanály přestup membrány pomocí „pórů“ uvnitř transportních proteinů, takto obvykle přecházejí některé ionty a voda různé typy, např.: ▫stále otevřené (přestup látky na základě gradientu) ▫napěťově řízené (mění svou propustnost na základě změny elektrického potenciálu na membráně, typicky u neuronů) ▫chemicky řízené (vzájemná reakce mezi receptorem a iontovým kanálem, např. ve smyslu excitace či inhibice) ▫mechanicky řízené (mechanické podráždění membrány vyvolá změnu propustnosti pro ionty, typicky u mechanoreceptorů) ▫akvaporiny – kanály specializované na propustnost vody

Spřažený transport opět jde o pasivní transport transport jedné látky je spřažen s transportem látky jiné, který však již energii vyžaduje ▫symport – obě látky přecházejí jedním směrem ▫antiport – látky přecházejí membránu proti sobě

Aktivní transport transport proti elektrochemickému gradientu (proti koncentračnímu spádu) vyžaduje energii typický příklad Na + -K + pumpa, která přispívá ke stabilizaci klidového rozložení iontů na membráně transportuje vždy 3 ionty Na + ven z buňky a 2 ionty K + do buňky za spotřeby ATP ▫K + – hlavní intracelulární (vnitrobuněčný) kationt ▫Na + – hlavní extracelulární (mimobuněčný) kationt

Endocytóza a exocytóza přenos velkých molekul, a částic (které nemohou pronikat membránou ani kanály) pomocí transportních vezikul cholesterol, proteiny... ale i bakterie, odumřelé buňky (fagocytóza) přenos tekutých kapének - pinocytóza

Od jednoduchého ke složitému... U jednobuněčného organismu jsou všechny funkce vykonávány jedinou buňkou, transportní a komunikační vzdálenosti jsou minimální U mnohobuněčného dochází ke specializaci buněk ve tkáních a orgánech Vyvstává potřeba komunikace a transportu látek nejen mezi sousedními buňkami, ale i mezi buňkami v organismu dosti vzdálenými Jeden ze způsobů mezibuněčné komunikace: signální molekuly (např. hormony)

Příklad: jak funguje inzulín (aneb jak β-buňka pankreatu ovlivní buňku svalovou)

Typy buněčné sekrece autokrinní – signální látka ovlivňuje buňku, která ji secernuje parakrinní - signální látka ovlivňuje okolí buňky exokrinní – (signální) látka je secernována do zevního prostředí endokrinní – signální látka je secernována do krevního oběhu, kudy se dostává do vzdálených cílových buněk

Shrnutí, klíčová slova buňka a buněčné organely základní typy buněk jádro mitochondrie cytoplazmatická membrána apoptóza/nekróza buňky membránový transport difúze osmóza iontové kanály spřažený transport aktivní transport endocytóza a exocytóza typy buněčné sekrece

Děkuji za pozornost!

Doporučená literatura Ganong, W. F. (2005). Přehled lékařské fyziologie. Praha: Galén. Kittnar, O. et al. (2011). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. Koolman, J., & Röhm, K.-H. (2012). Barevný atlas biochemie. Praha: Grada. Langmeier, M. et al. (2009). Základy lékařské fyziologie. Praha: Grada. Máček, M., Radvanský, J. et al. (2011). Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity. Praha: Galén. Rokyta, R. et al. (2000). Fyziologie pro bakalářská studia v medicíně, přírodovědných a tělovýchovných oborech. Praha: ISV. Silbernagl, S., & Despopoulos, A. (2004). Atlas fyziologie člověka. Praha: Grada. Trojan, S. et al. (2003). Lékařská fyziologie. Praha: Grada. e-kniha Lehnert, M. et al. (2014). Kondiční trénink. Olomouc: Univerzita Palackého. (kapitoly 1-6: fyziologické aspekty kondičního tréninku)