FYZIOLOGIE BUŇKY

Buňka

-základní stavební a funkční jednotka těla

- je nejmenší jednotkou živého organismu schopnou nezávisléexistence (metabolismus, pohyb,růst, rozmnožování, dědičnost = schopnost buněčného dělení)

- fyziologie orgánů a systémů je založena na komplexní funkcibuněk, ze kterých je složena

- komplexní funkce je dána strukturou na subcelulární úrovni

Základem kmenová buňka – schopnost reprodukce, diferenciace

Životní cyklus buňky - cyklický charakter

Schopnost obnovy – epidermis 2 týdny x sliznice žaludku 2 – 3 dny

X

Specializované buňky (neurony, svalové buňky)

Zánik: nekróza (patologický proces)apoptóza

Buněčný cyklus: regulace cykliny

Mitóza – zdvojení chromozómů (0,5 – 2 h) X meióza- půleníchromozomů

Interfáze (6 – 36 hod)

G1 fáze: růst, difer.

S fáze: dvoj.chrom.

G2 fáze: přípravamitózy

Apoptóza – programovaná buněčná smrt:1. Eliminace přebytečných buněk v embryonálním vývoji2. Přizpůsobení tkáně při zátěži3. Odstranění škodlivých buněk (nádorové bb.)

Signální kaskáda regulována – pozitivně i negativně= aktivace Ca 2+-Mg 2+endonukleázy – rozpad DNA – fragmentace

(kondenzace chromatinu, segmentace jádra, svinutí plazmatickémembrány do vakovitých výběžků, konstrikce jejich báze a vytvoření apoptotických tělísek- organely v nich jsou intaktní a schopné funkce - fagocytovány makrofágy

Nekróza - patologický proces vyvolaný :toxickým, tepelným či mechanickým zevním vlivem, který vyvolává rozvrat iontové intracelulární homeostázy

Nedostatek ATPZvýšení i.c. koncentrace Ca2+ aktivace Ca2+-dependentnífosfolipázy

dilatace ER, alterace mitochondrií, zduření buňky, ruptura plazmatické membrány a lýza buňky

Stavba buňky – tři typické části:

1. Plazmatická membrána – selektivně permeabilní, odpovědná za tvar, odděluje vnitřní struktury od vnějšíhoprostředí, kontakt – komunikace

2. Cytoplazma a organely – tekuté prostředí buňky mezi jádrema plazmatickou membránou

organely – specifická funkce

3. Jádro – obsahuje genetickou informaci řídící činnost buňky

Plazmatická membrána

Uspořádání periferních a integrálních proteinů

Polární část – hydrofilní část –vystavena vodnímu prostředíNepolární – hydrofobní část

Vysoký obsah cholesterolu –vysoká rigidita membrány

Model struktury: „tekutá mozaika“

- stavba membrány není rigidní, jednotlivé složky stále měnípostavení

Glykoproteiny a glykolipidy

Cukerná složka – negativní náboj

Jádro: uchovává a předává genetickou informaci (DNA) nutnou k syproteinů

Replikace DNASyntéza m-, t- a i-RNAŘízení diferenciace, maturace a funkce

buňky

Komunikace jádra s prostředím:Jaderná membrána – komplex vnitřního a vnějšího listu vytvářející perinukleárníprostor Vnější list napojen na granulární ER a spolu s vnitřním listem tvoří póry (50 –70 nm) - otevírání x zavíráníProstup látek: a) póry – selektivní pro proteiny a RNA, závislý na ATP –transportér? +difúze

b) přes membránu

Endoplazmatické retikulum

Detoxikační významEnzymy- sy steroidů a MK a glykogenolýzaZásoba kalcia

Komunikace s jádremRibosomy - syntéza proteinůTvorba glykoproteinů

Golgiho aparát

Koncentruje a definitivně upravuje vytvořené proteiny před jejich sekrecí z buňky- transportní a sekreční vesikuly

Sy polysacharidů a dokončení sy glykoproteinů

Mitochondrie

Produkce ATP, místo utilizace kyslíku a produkce oxidu uhličitéhoEnzymy Krebsova cyklu a oxidativní fosforylaceDNA – od matky – sy ribosomální a transferové RNA

Cytoskelet

Systém mikrofilament, mikrotubulů, intermediárních filament a mikrotrabekul

Transport informací buňkouZměna tvaru buňky

Mimobuněčná hmota (extracelulární matrix)Struktura- organizovaná síť makromolekul vznikajících přímo na místě:1. Proteoglykany2. Vláknité proteiny: a) strukturní: kolagen, elastin

b) adhezivní: fibronektin, laminin3. VodaVznik: činností fibroblastů (chondroblastů, osteoblastů)Funkce:Vodní fáze polysacharidového gelu- difúze živin, metabolitů mezi krví a buňkami Kolagen- zpevnění, elastin- pružnost, fibronektin- podporuje propojení fibroblastův matrix, laminin- připojení buněk k epiteluNejvíce: chrupavka, kost, kůže, nejméně: CNS

Homeostáza

= stálost vnitřního prostředí (+ mechanismy zajišťující homeostázu)- funkční dynamická rovnováha

Podmínkou: a) přísun živin, O2, a regulačních signálů (hormony)b) odsun katabolitů a CO2c) normální funkce regulačních orgánů (plíce, ledviny..)

STÁLOST pH, IONTOVÉHO SLOŽENÍ, OSMOLALITY, KONCENTRACE VÝZNAMNÝCH LÁTEK (O2, ŽIVIN, KATABOLITŮ, REGULAČNÍCH LÁTEK)

novorozenec:CTV – 77% ECT - 50%

ICT - 27%

Poměr ECT k příjmu a výdeji vody

ECT1400 ml

Příjem700 ml

Výdej700 ml 50 %

kojenec

ECT14 000 ml

Příjem 2 500 ml

Výdej2 500 ml

14 %dospělý

Vliv změny osmotického prostředí na buňku

Celulární transportní mechanismy

1) Paracelulární transport- gap junction, tigh junction

2) Transcelulární transport- transmembránový mechanismus

Prostá difúze- volný prostup lipidovou membránou- látky rozpustné v lipidech, malé neutrální molekuly (O2, CO2, voda)- zrychluje se při zvýšené teplotě

Prostup iontovými kanály (proteinové kanály)- malé molekuly, ionty, voda – akvaporiny

Sekundární aktivní transport (spřažený transport)- sám o sobě pasivní, spřažen s jiným systémem, který spotřebovává

jinou energii - symport ( Glu/Na+ (Na+-K+ ATPáza) X antiport

Primární aktivní trasnport- Na+-K+ pumpa, proti elektrochemickému gradientu, přísun energie

Endocytóza a exocytóza (prostřednictvím váčků do buňky a z buňky)

Na+-K+ pumpa

Iontové kanály

- ionty procházejí otevřeným kanálem:a) po směru koncentračního gradientub) po směru elektrického gradientu

= proteinové kanály- proteiny mají tendenci měnit svou konformaci- podle toho, která energie je nutná k tomu, aby bílkovina změnila

svou konformaci, dělí se iontové kanály na:

1. stále otevřené2. řízené napětím3. řízené chemicky4. řízené mechanicky

1. Iontové kanály stále otevřené- konformace nestabilní, neustále mění tvar- po koncentračním gradientu: ionty (Na+, K+), aminokyseliny

2. Iontové kanály řízené napětím (napěťově řízené)- spouštěcím mechanismem je změna propustnosti membrány

pro ionty v důsledku změny konformace molekuly proteinu - Na+ kanál – 3 stavový (klidový aktivovaný inaktivovaný)- K+ kanál – 2 stavový kanál (klidový aktivovaný)- Ca2+ kanál (3 typy: L, N, T)

3. Iontové kanály řízené chemicky- změna propustnosti iontového kanálu řízeného chemicky je

vyvolána vzájemnou reakcí mezi receptorem a iontovým kanálem

a) receptor je bezprostřední součástí kanálub) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené

reakce, které vedou k fosforylaci kanáluc) aktivace receptoru vyvolává prostřednictvím G proteinu vmezeřené

reakce, které změní buněčnou koncentraci látkových faktorů, alenevedou k fosforylaci kanálu

d) aktivace receptoru prostřednictvím G proteinu přímo přenesena na iontová kanál

ad a) postsynaptické receptory: nikotinové receptory pro acetylcholinna nervové buňce a nervosvalové ploténce, NMDA a AMPA receptory pro glutamát (Na+, K+, Ca2+ kanály) excitacereceptory pro GABAA a glycin (Cl- kanál) inhibice

ad b) G proteiny = GTP vázající regulační proteiny, kterézprostředkují přenos z celé řady receptorů na efektorovémolekuly; jsou složené z alfa, beta a gama podjednotek

1. G protein – aktivace adenylátcyklázy tvorba cAMPaktivace proteinkinázyA fosforylace kanálu

2. G protein – aktivace fosfolipázy C tvorba diacylglyceroluaktivace proteinkinázy C fosforylace kanálu

4. Iontové kanály řízené mechanicky (kanály citlivé na „napnutí“cytoskeletu)natažení buněčné membrány přímo mechanicky otevírá iontový kanál (Na+, K+ kanály)(ohnutí stereocilií receptorových buněk vestibulárního aparátu –otevření K+ kanálů)

Buněčná komunikace

Komunikace mezi buňkami je základem pro řízení a koordinaci činnosti buněk, tkání a orgánů těla a pro udržení homeostázy

1. Přímé spojení mezi buňkami – gap junction – specializovanými proteinovými kanály složenými ze dvou konexonů (každý konexon– tvoří 6 konexinů – 6 molekul proteinů)- pohyb iontů – předávání elektrických signálů mezi buňkami (buňky srdeční svaloviny, hladké svaloviny, nervové buňky, epitel)- pohyb malých molekul

Gap junction

2. Prostřednictvím lokálních chemických působků – hlavníforma u primitivních organismů - nezávislá na oběhovém systému

- parakrinní (pankreas)Intersticiální tekutina

R

- autokrinní (ovarium)

R

3. Komunikace umožňující rychlé spojení mezi jednotlivými částmi těla a v rámci jednotlivých oddílů těla – nervový syst.

- rychlost – v ms- prostřednictvím nervových vláken - formou akčních potenciálů- specializovaným kontaktem – synapse- přenos informace na synapsi – specializované působky –

neurotransmitery, modulátory- receptory

Cílová buňka

R

Synapse

4. Prostřednictvím chemických působků – hormonů - uvolněných na určitý podnět - endokrinní systém

- odpověď na hormon – pomalejší (s až hod)- často dlouhotrvající- je zprostředkovaná oběhovým systémem- receptory- odpověď velmi lokalizovaná (ADH) nebo ovlivňující všechny

buňky (T3-4)- zásadní pro řízení růstu, metabolismu, reprodukci

e

Endokrinní systémEndokrinní buňka

Oběhový systém

Cílová buňka

R

–

Speciální chemické látky – neprodukované klasickými endokrinními buňkami

- tkáňové růstové faktory:buněčné dělenídiferenciace

- mechanismus působení: auto, para i endokrinní(nervový, epidermální, destičkový, insulinu podobný růstový faktor)

Uplatnění: vývoj mnohobuněčných organismregenerace poškozených tkání

5. Vzájemná komunikace mezi nervovým a endokrinním systémem

- nervový systém řídí tvorbu hormonů (hypotalamus - hypofýza)- hormony tvoří specializované nervové bb. – neuroendokrinní bb.

(RH – řízení adenohypofýzy, ADH + oxytocin – krevní oběh –cílová tkáň)