Úvod do fyziologie, experiment Fyziologie buňky MUDr. Marián Liberko

Fyziologie Historie Metody 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 Koncept 3R (Russel 1959) In vitro In vivo Reduction Krátkodobé x dlouhodobé studie Koncept 3R (Russel 1959) Reduction Replacement Refinement Responsibility

Vývoj buňky prokaryotická 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 Cytoskelet Jádro, ER, GA, mitochondrie, lyzosomy, peroxisomy, ribosomy, inkluze Cytoskelet Mikrotubuly, mikrofilamenta, intermediární filamenta

Plazmatická membrána Odd. buňku od zevního prostředí Struktura Dvouvrstva fosfolipidů, cholesterol Polární x nepolární část Proteiny Integrální x periferní

Buněčné jádro Syntéza RNA 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 aparát Lamely, cisterny V úzkem vztahu k ER Modifikace, třídění, distribuce – enzymy lyzosomů, peroxisomů, sekreční granula Cis x trans část

Lyzosomy a peroxisomy Lyzosomy Peroxisomy 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 řetězec Tvorba ATP Chemiosmotická teorie ATP jako zdroj energie pro práci Mechanickou Chemickou Transportní

Cytoskelet -miktotubuly, mikrofilamenta, intermediární filamenta Mikrotubuly 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 buňkami Adhezivní Zonulae adherentes, desmozonmy, hemidesmozomy Utěsňující Zonulae occludentes Komunikační Nexy (gap junctions)

Transport látek přes membránany Paracelulární V závislosti na typu přítomných mezibuněčných kontaktů Tenké střevo, proximální tubulus ledvin Transcelulární Prostá difuze, facilitovaná difuze, primární a sekundární aktivní transport, endocytóza, exocytóza, iontové kanály

Primárně aktivní transport Prostá difuze Hydrofóbní látky, neutrální molekuly O2, CO2 Facilitovaná difuze I hydrofilní látky Přenašeč (GLUT), saturovatelnost, specificita, kompetitivní inhibice Primárně 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

profáze interfáze prometafáze Mitoza 2n 2n metafáze telofáze anafáze

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 smrt Nekróza 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