Cytológia- náuka o bunke

S rozvojom medicíny začali vznikať nové lekárske disciplíny, čo sa prejavilo aj v anatómii, kde vznikli jednak samostatné odbory, ako je: Cytológia – náuka o stavbe a funkcii buniek a bunkových organel Histológia – náuka o mikroskopickej stavbe tkanív Embryológia – náuka o vzniku oplodneného vajíčka a vývoji zárodku

A jednak špecializované odbory samotnej anatómie, ktorým je systematická anatómia - jej náplňou je štruktúra ľudského tela podľa stavebnej a funkčnej príbuznosti jednotlivých orgánov, ktoré spájajú do orgánových systémov. Topografická anatómia – člení ľudské telo na rad presne ohraničených oblastí – regiones. Je potrebná pri vyšetrovaní pacienta (projekcia orgánov) pri popisovaní (interpretácii) rtg obrazov, magnetickej rezonancie (MRI), computerovej tomografie (CT) a ultrazvukových (sonografických) obrazov. Základné uplatnenie má aj v najrozličnejších operačných odboroch.

Anatómia je náuka o tvare a stavbe ľudského tela, ako aj o štruktúre, polohe a vzájomnom vzťahu jeho častí. Patrí medzi morfologické biologické vedy. Jej názov pochádza z gr. slova – anatomé – rozrezávanie. Názov bol odvodený z najstaršej pracovnej metódy anatómie – pitvy, ktorá je zdrojom informácii.

Bunka je základná stavebná jednotka živej hmoty. Je najmenšia funkčná jednotka živej hmoty (morfologická a funkčná stavebná jednotka živej hmoty) – všetkého živého - (organizmu). Je zložená z častí, ktoré sú vo vzájomnej rovnováhe a spĺňajú kritériá prejavu života – metabolizmus, rozmnožovanie a dráždivosť. Medzi prejavy životaschopnosti bunky patrí schopnosť: - rozmnožovania, diferenciácie a rastu, metabolizmu, pohyblivosti, dráždivosti.

Človek patrí medzi mnohobunkové organizmy. Počet všetkých buniek u človeka je 10 na 13 – 10 na 14. Všetky bunky majú rovnaký základný i stavebný princíp eukaryotickej bunky (t.zn. sú to zákl. stavebné jednotky všetkých mnohobunkových organizmov. V takejto bunke je okrem morfologicky jasne ohraničeného jadra sa nachádzajú aj bunkové štruktúry a organely) Pre človeka je charakteristické, že medzi bunkami dochádza ku špecializácii podľa funkcie a preto aj rozmanitosti podľa ich štruktúry, čo sa nazýva diferenciácia buniek.

Bunky, ktoré sú rovnakým smerom diferencované sú zoskupené do tkanív. Tkanivo je súbor rovnako vytvorených, viac - mernej pravidelne usporiadaných a na určitú činnosť uspôsobených buniek. Napr.: Kostné tkanivo má funkciu mechanickú a tomu zodpovedá aj uloženie veľkého množstva pevných látok v medzibunkových priestoroch. Svalové tkanivo – má funkciu pohybovú a tomu zodpovedá uloženie kontrakčných komplexov bielkovín v svalových vláknach – myofibríl a pod. Každá bunka ľudského tela je uspôsobená a vybavená na svoju funkciu.

Tkanivá s rozličnou špecifickou funkciou sa navzájom zoskupujú a vytvárajú orgány. Orgán je súbor určitých tkanív, usporiadaných určitým spôsobom a plní v organizme určitú funkciu.. Napr. končatiny majú funkciu lokomočnú, dýchacie orgány vymieňajú kyslík a kysličník uhličitý medzi organizmom a okolím, pohlavné orgány majú funkciu plodivú atď.

Orgány, ktoré zabezpečujú príbuzné funkcie, tvoria orgánové systémy (dýchací, tráviaci, atď.). Činnosť všetkých tkanív a orgánov musí byť navzájom koordinovaná tak, aby jedinec vytváral integrovaný celok. K tomu slúžia zvláštne orgány, ktoré sú špecializované na sprostredkovanie výmeny informácii a riadenie činnosti jednotlivých orgánov. U človeka je to endokrinná a nervová sústava.

Organizmus je vysokoorganizovaný celok, v ktorom nižšie celky sú podriadené vyšším, ale súčasne sa uplatňuje aj spätná väzba – pri ktorej aj nižšie celky ovplyvňujú činnosť vyšších komplikovanejších celkov a to je podstatou homeostázy (stálosť vnútorného prostredia) organizmu.

je metabolizmus, dráždivosť, rozmnožovanie, rast, pohyblivosť. BUNKA – lat. CELLULA gr. KYTHOS Bunka je najmenšia funkčná a morfologická jednotka živej hmoty, zložená z častí, ktoré sú vo vzájomnej rovnováhe a sú schopné prejavovať kritériá života a to: je metabolizmus, dráždivosť, rozmnožovanie, rast, pohyblivosť.

Náuka o bunke – je cytológia. Má dve zložky výskumu: - morfologickú, kt. sa zaoberá tvarom, štúdiom tvaru buniek a ich organel a zložku funkčnú, zaoberajúcu sa funkčnými prejavmi buniek za normálnych aj patologických podmienok. Činnosť buniek na úrovni ultraštruktúry a na molekulovej úrovni študuje molekulová cytológia.

Počet buniek v ľudskom organizme je asi 10 na 13 – 10 na 14. Veľkosť jednotlivých typov buniek je rozdielna (4 – 130 um). U človeka je najväčšou bunkou ženské vajíčko (150 um). Životnosť buniek je tiež rozdielna, niektoré bunky žijú iba niekoľko dní (napr. biele krvinky), iné tak dlho, ako celý organizmus ( napr. nervové bunky).

Tvar buniek je určený geneticky. Základný tvar je guľovitý, odchýlky od tohto tvaru sú spôsobené: vzájomným tlakom buniek v tkanivách obsahom pevných štruktúr v cytoplazme, čo ovplyvňuje základný tvar bunky funkciou bunky – leukocyty menia svoj tvar pri fagocytóze

Kritériá života bunky sú: Metabolizmus Dráždivosť Rozmnožovanie Rast Pohyblivosť

Metabolizmus – je výmena látok bunkou. Väčšina buniek prijíma živiny pochádzajúce z krvi alebo extracelulárnej tekutiny. Tento proces je označovaný ako príjem látok bunkou. Bunka prijaté látky chemicky zmení – čo predstavuje vlastný metabolizmus bunky.

Dráždivosť – je schopnosť bunky reagovať na podnety. Podnety pochádzajú z vnútorného alebo vonkajšieho prostredia. V bunke vzniká tzv. stav podráždenia, podráždenie sa šíri v bunke vo forme vzruchu. Dráždivosť a vedenie vzruchu je mimoriadne dokonalé v zmyslových a nervových bunkách.

Rozmnožovanie je považované za nevyhnutný článok zachovania života. Každý jednotlivec, teda aj človek vzniká z jedinej bunky, ktorá vznikla splynutím pohlavných buniek po oplodnení. Nové bunky vznikajú delením už existujúcich buniek. Rozoznávame priame delenie (amitóza) a nepriame delenie (mitóza). Osobitným typom delenia pohlavných buniek je redukčné delenie (meióza).

Rast – rastom rozumieme aktívne zväčšenie veľkosti bunky pri súčasnom zmnožení jej štruktúr, na rozdiel od tzv. pasívneho zväčšenia, akým je napr. zväčšenie objemu bunky príjmom vody.

Pohyblivosť - tento základný dynamický prejav bunky môže prebiehať buď v bunke (intracelulárny pohyb), alebo sa týka celej bunky (améboidný pohyb), alebo prebieha len v časti bunky (pohyb riasiniek a bičíkov).  

Základné – obligátne časti bunky sú: Cytoplazma a cytoplazmatická membrána Bunkové jadro (lat. nucleus, gr.karyon) Bunkové organely

Cytoplazma a cytoplazmatická membrána. Cytoplazma je priesvitná bezfarebná hmota, ktorá tvorí prostredie pre život bunkových organel. Skladá sa zo základnej cytoplazmy a z tzv. kostry bunky – cytoskeletu.

Základná cytoplazma sa skladá z bielkovín ( sú to najmä globulíny a albumíny), potom zo 60 – 85 %  vody, ďalej z organických a anorganických látok (ako sú mastné kyseliny, aminokyseliny, lipidy) a enzýmov.

Cytoskelet spevňuje základnú cytoplazmu a tvoria ju mikrotubuly a mikrofilamenty, čo sú rúry a vlákna zložené z bielkovín. Cytosklet sa zúčastňuje na zmenách tvaru bunky, transporte látok v bunke a zabezpečuje prevod podráždenia pri vzniku bioelektrických potenciálov.  

Bunková membrána (stena) – má viaceré funkcie: a) riadi prechod látok do bunky a von z bunka – má vlastnosti polopriepustnej semipermeabilnej blany - tzn. prepúšťa iba niektoré látky. Vstup látok do bunky prebieha buď pasívne – difúziou, osmózou alebo aktívne – pomocou bielkovín, tukov, pinocytózou alebo fagocytózou.

b) niektoré bielkoviny bunkovej membrány majú funkciu receptorov, ktoré sú dôležité pri prenose informácii do bunky a zabezpečení odpovede bunky (dráždenie buniek, rozlíšenie vlastných a cudzích buniek).

Bunková membrána je tvarovo prispôsobená na plnenie rozličných funkcií. Napr. bunky črevnej sliznice – majú na povrchu drobné výbežky – mikroklky, a tým slúžia zlepšenému vstrebávaniu obsahu čreva.

V dýchacích cestách sú na povrchu buniek riasinky, ktoré umožňujú posun hlienu, vo vajíčkovode posúvajú vajíčko. Bičíky spermii zabezpečujú ich pohyb.

Na bočných plochách sú bunky navzájom spojené spojovacími komplexami, ktoré zabezpečujú mechanickú odolnosť tkanív a prechod látok medzi bunkami – desmosomy. Dolnou plochou epitelové bunky nasadajú na bazálnu membránu – lamina basalis.  

Jadro – Nucleus, gr. Karyon. Bunkové jadro je základná bunková organela. Je koordinačným a riadiacim centrom bunky. Jadro každej bunky obsahuje úplnú výbavu genetických informácií celého organizmu. Väčšina buniek má jadro. Obyčajne býva v bunke iba jedno jadro, no sú aj dvojjadrové bunky (pečeň, chrupavka) a bunky bez jadier (erytrocyty).

Základné zložky jadra sú: jadrový obal – karyolemma karyoplazma a jadrový skelet jadierko – nukleolus Chromatín

Jadrový obal – karyolemma ohraničuje jadro od cytoplazmy. V čase bunkového delenia sa rozpadá. Skladá sa z dvoch membrán – vnútornej a vonkajšej, medzi ktorými je voľný perinukleárny priestor. Na niektorých miestach sa vnútorná a vonkajšia membrána spája a tým vznikajú v jadrovom obale jadrové póry, preklenuté tenkou membránou – diafragmou. Cez póry prechádzajú látky z jadra do cytoplazmy a naopak. Jadrový obal je derivátom endoplazmatického retikula, ktorý na konci mitózy cirkulárne ohraničuje novovznikajúce jadro.

Karyoplazma a jadrový skelet: karyoplazma vypĺňa interchromatínové priestory a má rovnaké zloženie ako základná cytoplazma. Jadrový skelet tvorí sieť vláken z bielkovín, ktoré pomáhajú udržiavať tvar jadra a usporiadanie jeho štruktúr.

Jadierko – nukleolus je jadrová organela guľovitého tvaru. Nie je ohraničené membránou. V čase bunkového delenia mizne. Jadierko obsahuje gény pre prepis ribozómovej nukleovej kyseliny (RNA), ktorá sa spája s bielkovinymi, čím vznikajjú ribozómy. Ribozómy sú nevyhnutné pre tvorbu bielkovín. V bunkách s vysokou proteosyntézou sú jadierka väčšie a ich počet sa zvyšuje (žľazové a nervové bunky).

Chromatín predstavuje v interfázovom jadre (medzi dvoma deleniami) hruboznité granuly heterochromatín, alebo jemne zrnité – euchromatín oblasti v karyoplazme. Zodpovedajú častiam chromozómov. Na chromozómoch sa nachádzajú gény, ktoré sú nositeľmi genetických informácii.

Genetická informácia je súbor inštrukcií pre všetky štrukturálne znaky, životné procesy a prejavy organizmu. Dedičnosť je schopnosť odovzdať genetickú informáciu z rodičovského organizmu na potomstvo. Látkovým nositeľom genetických informácii v bunke je dezoxyribonukleinová kyselina (DNA). Gén je úsek molekuly DNA, ktorý obsahuje genetickú informáciu pre syntézu polypeptidového reťazca alebo RNA. Gén vlastne kóduje záznam pre biosyntézu špecifického proteínu. Bez tohto mechanizmu prenosu genetických informácii až na miesto, kde sa tieto informácie môžu funkčne prejaviť, by sama genetická informácia nemala pre bunku nijaký význam.

DNA – RNA - protein Os DNA - RNA - protein tvorí podstatu molekulovej genetiky – ktorá študuje štruktúru génov, ich vlastnosti, spôsob rozmnožovania (replikácie), prepis (transkripciu) a preklad (transláciu) do príslušných proteínov. Genóm je súbor všetkých génov bunky. Z pohľadu jedinca sa ako genotyp označuje súbor všetkých jeho génov. Ako fenotyp sa označuje súbor všetkých znakov a vlôh, ktoré sa u jedinca funkčne prejavujú (určuje ich genotyp).

DNA - Kyselina deoxyribonukleová alebo DNA sa nachádza predovšetkým v bunkovom jadre. Je nositeľkou genetickej informácie bunky, riadi rast a regeneráciu bunky, potrebnú pre vznik a existenciu každého jedinca. DNA je vlastne dlhé vlákno, ktoré sa nachádza v jadre každej bunky ľudského tela (krv, vlasy, sliny, koža atď.) zvinuté do tzv. chromozómov. V chromozómoch je uložená ako špirála – dvojzávitnica. Každá ľudská bunka obsahuje 23 chromozómových párov, spolu teda 46 chromozómov, ktoré pochádzajú spolovice od matky (vajíčko) a spolovice od otca (spermia).

DNA

Prenos genetickej informácie z rodičovských buniek na dcérske bunky sa uskutočňuje pri zdvojovaní – replikácii molekuly DNA, kým fenotypový prejav génov, ktoré sa na nej nachádzajú, sa realizuje pri transkripcii a translácii. Pokroky pri analýze štruktúry a funkcie génov vyústili do vzniku novej vednej oblasti – genómová biológia.

Chromozómy sú stálou súčasťou jadra Chromozómy sú stálou súčasťou jadra. Sú dobre viditeľné počas delenia, kedy sa dehydratujú a nadobúdajú stužkovitý tvar. Chromozómy sú tvorené DNA a bielkovinami. Je v nich uložená väčšina genetickej informácie bunky – sú nositeľom dedičných vlôh. DNA sa prepisuje do mediátorovej RNA, ktorá putuje do cytoplazmy a nesie informáciu o zložení bielkoviny, ktoré majú ribozómy vytvoriť.

Počet chromozómov v jadre bunky je stály a typický pre každý živočíšny druh.Je teda druhovo konštantný a ich morfológia je daná polohou centroméry (obr. 34) Somatické bunky človeka (všetky bunky okrem pohlavných) majú 46 chromozómov (23 párov – dve chromozómové sady). Tento počet sa označuje diploidný. Zrelé pohlavné bunky – gaméty majú polovicu,teda 23 chromozómov, čo sa označuje ako haploidný počet.  

Chromozómy Chromozómy somatickej bunky sa môžu zostaviť do dvojíc, ktoré sú čo do tvaru a veľkosti zhodné – homológne. Takého homológne chromozómy sa označujú ako autochromozómy. Podľa medzinárodnej nomenklatúry (Denverskej) z roku 1960 je 22 dvojíc autochromozómov. Zvyšné dva chromozómy sa líšia veľkosťou a tvarom a označujú sa ako heterochromozómy. Väčší označujeme písmenom X, menší Y. Určujú genotyp pohlavia a preto sa volajú aj pohlavné chromozómy.

V mužských somatických bunkách je jeden X a jeden Y chromozóm. V ženských somatických bunkách sú dva X chromozómy. Jeden z dvojice X chromozómov u ženy zostáva špiralizovaný a vytvára v jadre somatických buniek chromatínovú hrudku, ktorá sa označuje ako sexchromatín – Barrovo teliesko. Zistenie sexchromatínu (v steroch epitelových buniek sliznice dutiny ústnej ) má význam pre diagnostiku vývojových chýb. Karyotyp – je chromozómová mapa.  

Delenie buniek: Väčšina buniek prechádza vývinovými cyklami, kedy dochádza k deleniu buniek. Je to nevyhnutné pre zmnoženie počtu buniek. Poznáme tri formy delenia jadra bunky:

Priame delenie - amitóza (t.j. delenie bez vzniku chromozómov). Ide o veľmi vzácny spôsob bunkového delenia. Pri priamom amitotickom delení dochádza k rozdeleniu jadra bez zmeny chromatínovej štruktúry a bez zániku jadrového obalu. Jadro sa piškótovite pretiahne a zaškrtením vznikajú dve jadrá, pričom nie je zaručené symetrické rozdelenie obsahu DNA pôvodného jadra do dcérskych jadier. (obrázok 1). Niekedy môže jadro vzniknúť aj pučaním alebo fragmentáciou. Toto delenie je typické pre prokaryotické bunky(jednoduchá štruktúra, mnoihobunkové organizmy ich nemajú), kvasinky, baktérie. U človeka sa amitóza vyskytuje veľmi zriedkavo.

Nepriame delenie – mitóza. Najčastejšou formou delenia somatických (telových) buniek je mitóza. Je nepriame delenie. Patrí medzi najčastejšie typy delenia u eukaryotických buniek. Je charakterizovaná zánikom jadra, vznikom ľahko viditeľných chromozómov a deliaceho vretienka, rozdelením a presunom chromozómov pomocou deliaceho vretienka do novovznikajúcich buniek, vznikom nových jadier a zánikom deliaceho vretienka.

Pri mitóze vznikajú tzv Pri mitóze vznikajú tzv. mitotické chromozómy, ktoré zaisťujú presné rozdelenie DNA do novovznikajúcich buniek, ktoré majú rovnaký počet chromozómov ako bunka materská. Podľa morfologických zmien, pozorovaných svetelným mikroskopom je mitóza rozdeľovaná do štyroch hlavných fáz:

Meióza - redukčné delenie. Je zvláštny typ delenia dozrievajúcich pohlavnýchbuniek organizmu – ktorými sú vajíčko a spermia. Meióza sa skladá z dvoch po sebe nasledujúcich mitotických delení, počas ktorých sa počet chromozómov zdvojnásobí len jedenkrát, čo má za následok vznik buniek s polovičným – haploidným počtom chromozómov. K redukcii počtu chromozómov potom dochádza počas prvej mitózy, ktorá je označovaná ako redukčná. Po krátkej interfáze nasleduje druhá mitóza, ktorá prebieha už normálne a haploidný počet chromozómov zostáva zachovaný.

Výsledkom je zrelá pohlavná bunka s haploidným počtom chromozómov Meióza zabezpečuje genetickú variabilitu potomstva. Jej účelom je zaistiť pri oplodnení – pri spojení vajíčka a spermie - normálny počet chromozómov (t.j. 46 chromozómov) v zárodku – zygote.

Bunkové organely Organely sú štruktúry v cytoplazme, ktoré majú charakteristickú skladbu a špecifickú funkciu. Patria k ním: Mitochondrie Endoplazmatické retikulum Ribozómy Golgiho komplex Lyzozómy Centriol

Mitochondrie Sú malé zrniečka, tyčinky alebo vlákna. Ich hlavnou funkciou je získavanie energie. Počet mitochondrii závisí od metabolickej aktivity bunky. Napr. v bunkách myokardu a vo vláknach kostrového svalstva

Endoplazmatické retikulum ER Tvorí sieť navzájom prepojených kanálikov a váčkov. Ich steny sú tvorené membrány. Spája medzi sebou rozličné organely, povrch bunky s vnútrom i membránami jadra. Dá sa prirovnať k cievnemu systému mnohobunkových organizmov. ER slúži na tvorbu a transport látok v bunke. Vyskytuje sa v dvojakej forme: Granulárne – drsné ER, kde na vonkajšiu stenu kanálikov nasadajú ribozómy. Bielkoviny vytvorené ribozómami sa dopravujú vo vnútri ER na dotvorenie do Golgiho komplexu. (Väčšie množstvo je v žľazových bunkách, ktoré produkujú protilatky.) Agranulárne – hladké ER na jeho membránach nie sú ribozómy. Zučastnuje sa na tvorbe cukrov a tukov v bunke.

Ribozómy Sú hrudkovité častice, viažu sa na ER alebo sú voľne rozptýlené v cytoplazme. Vznikajú v jadierku a tvorí ich ribozómova RNA a bielkoviny. Sú miestom tvorby bielkovín v bunke. Ich množstvo závisí od proteosyntetickej aktivity bunky.

Golgiho komplex Tvorí zhluk vzájomne prepojených polmesiačikovitých vačkov, ktoré sú uložené nad sebou a na koncoch sa rozširujú. GK má sekrečnú funkciu a je dobre vyvinutý v žľazových a nervových bunkách. Jeho stavba je rovnaká ako u ER, s ktorým aj komunikuje. V GK sa dotvárajú bielkoviny vytvorené v drsnom ER.

Lyzozómy Sú malé vačky ohraničené membránou. Obsahujú enzýmy rozkladajúce biologický materiál- opotrebované časti bunky . Opotrebované súčasti bunky alebo látky, ktoré sa do bunky dostali fagocytózou (pohlcovanie pevných teliesok bunkami) alebo pinocytózou (pohlcovanie kvapkovitých útvarov). Nestrávené zvyšky ostávajú vo vnútri lyzozómu a vytvárajú tzv. reziduálne telieska. Lyzozómy sú teda akýmsi tráviacim systémom bunky. Je ich veľa napr. v bielych krvinkách. Ak sa enzýmy dostanú porušením steny lyzozómu do cytoplazmy, natrávia celú bunku – autolýza.

Centriol Je valcovitý útvar, ktorý sa skladá z 9 trojíc rúrok. Je prítomný v nedeliacej sa bunke. Centriol je mikrocentrum delenia bunky. Počas mitózy sa zdvojí a potom vytvorí dve deliace vretienka, ktorého vlákna odťahujú od seba rozdelené chromozómy a tým zabezpečujú rovnomerné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek.

Nervové bunky

Parazitická rakovinová bunka