Bunka a bunkové štruktúry

1.

Bunka a bunkové štruktúry
Doc. MVDr. Lenka Luptáková, PhD.

2.

Bunka a bunkové štruktúry
R. Hooke (1665) – tenký rez korka (neživé tkanivo) - “prázdne boxy” – zaviedol
termín BUNKA – rastlinná bunka
Anthony van Leeuwenhoek (1678) – živé bunky - živočíšne
bunka
štruktúrna a funkčná jednotka všetkých živých organizmov
najmenšia jednotka
Základný stavebný kameň
jednobunkové organizmy
mnohobunkové organizmy

3.

Základné charakteristiky bunky
• Ohraničenie membránou
• Cytoplazma (protoplazma) – obsah bunky vo viskóznej
tekutine
• Organely
• Kontrolné centrum bunky s DNA

4.

Bunky
Rozdelenie:
• Prítomnosť „pravého jadra“ a membránových organel
• Prokaryotické bunky
• Eukaryotické bunky
• Typ metabolizmu
• Autotrofné bunky - producenti
• fotoautotrofné – zdroj energie – slnko (fotosyntéza)
• chemoautotrofné = nefotosyntetizujúce – iné molekuly ako zdroj
energie (železo, dusík)
• Heterotrofné bunky - konzumenti

5.

Základné typy buniek
• prokaryotické
• eukaryotické

6.

Prokaryotické bunky
• Prvý typ buniek prítomný na Zemi
• no membrane bound – „bez membránové bunky“
– jadro
– organely
• nukleoid = región DNA

7.

Prokaryotická bunka - baktéria

8.

Eukaryotické bunky
• Jadro a organely ohraničené membránou
• Obsahuje veľa organel
• Huby, jednobunkovce, rastliny, živočíchy

9.

Eukaryotická bunka – živočíšna bunka

10.

Eukaryotická bunka – rastlinná bunka

11.

Comparison of features of prokaryotic and eukaryotic cells
Prokaryotes
Eukaryotes
Typical size
~ 1–10 µm
~ 10–100 µm
Nucleus
nucleoid
real nucleus with double membrane
DNA
circular
chromosomes with histone proteins
RNA-/proteinsynthesis
cytoplasm
RNA-synthesis inside the nucleus
protein synthesis in cytoplasm
Ribosomes
50S+30S
60S+40S
Cytoplasmatic very few
structures
structures
highly structured by endomembranes
and a cytoskeleton
Cell movement flagella
flagella and cilia
Mitochondria
none
one to several thousand
Chloroplasts
none
in algae and plants
Cell division
binary fission
mitosis and meiosis

12.

Bunková stena
• Bunky rastlín a húb
• Na polysacharidy bohatá
vrstva
– Rastliny - celulóza
– huby - chitín
– baktérie - peptidoglykán
• Na povrchu
cytoplazmatickej
membrány
• Ochranná vrstva a
podpora štruktúry a tvaru
bunky

13.

Cytoplazmatická membrána
Ohraničuje obsah bunky
Dvojitá vrstva fosfolipidov +
proteíny
!!!semi-permeabilná
(polopriepustná) bariéra !!!
Permeabilná je iba pre špecifické
molekuly
Malé molekuly ako kyslík, oxid
uhličitý a voda môžu voľne
prechádzať membránou
obidvoma smermi
Pasáž väčších molekúl
(aminokyseliny, cukry) je
dôkladne regulovaná

14.

Cytoplazmatická membrána - štruktúra
Fosfolipidy
dve vrstvy fosfolipidov +
diseminovaný cholesterol + bielkoviny
Usporiadanie fosfolipidov
Hydrofilná hlavička – orientovaná na
stranu cytoplazmy a medzibunkového
priestoru
Hydrofóbny chvost – vnútro dvojvrstvy

15.

Membránové proteíny
• Kanály
• Transport molekúl
• receptory
• Glykoproteíny
• Enzýmy

16.

Cytoplazma
Viskózna tekutina obsahujúca
organely (z 2/3 tvorená vodou)
Elektrónový mikroskop - 3 D
mriežka – tenké na proteíny
bohaté vlákna - mikrotrabekulárna
mriežka (MTL) – slúži ako
prepojenie a podpora pre organely
bunky
Komponenty cytoplazmy
• cytoskeleton
• cytosol
• organely

17.

Cytoskeleton
• prokaryotické aj eukaryotické
bunky
• zmes filamentov a vláken
• 3 základné typy
• mikrofilamenty (aktínové
filamenty)
• mikrotubuly
• Intermediárne filamenty
• 4 funkcie:
• mechanická opora bunky
• ukotvenie organel
(intracelulárna organizácia)
• transport substancií
• separácia chromozómov v
priebehu mitózy a meiózy

18.

Cytoskeleton
A = actin, IF = intermediate filament, MT = microtubule

19.

Mikrotubuly
duté cylindrické trubice (priemer
25 nm)
bielkovinové podjednotky –
globulárny proteín – tubulín –
alfa a beta tubulín – spájajú sa
a vytvárajú protofilamenty –
väčšinou je mikrotubul zložený z
13 protofilamentov
mikrotubuly tvoria:
centrioly
cílie a bičíky
Transport vezikúl, rozloženie
organel, separovanie
chromozómov, pohyb bunky

20.

Cílie & Bičíky
• Deväť párov umiestnených
okolo dvoch centrálnych
mikrotubulov – základný vzorec
9+2
• Tieto páry sú spojené proteínov
dyneín
• Motilita bunky
• cílie
• krátke
• Pohyb substancií v bunke a von
z bunky, pohyb bunky
(jednobunkovce)
• bičík
• Spermie
• Bazálne teliesko ich spája s
membránou

21.

Intermediárne filamenty
10 nm v priemere
hustá sieť okolo jadrovej membrány
spájajú jadro s cytoplazmatickou
membránou
umiestnenie jadra
Proteíny – keratín, vimentín, lamín
Types of intermediate filaments:
keratins – epitelové bunky – vlasy,
nechty
jadrový lamin – stabilizácia jadrovej
membrány
neurofilament – axóny nervových
buniek
Dezmín – svalové bunky

22.

Mikrofilamenty
Najtenšie – 7 nm
Proteín – aktín polymerizácia
Dve aktínové vlákna –
obtočené okolo seba
Najkoncentrovanejšie sú pod
jadrovou membránou
Funkcie:
• Tvar bunky
• Pripojenie transmembránových
proteínov
• Ukotvenie centrozómov počas
mitózy

23.

Organely
• 2 typy
• odvodené z membrán
• bacteria-like organely – odvodené z
bakteriálnej bunky

24.

Membránové organely
• Ohraničené membránou

25.

Jadro
• Kontrolné centrum bunky – hlavné bunkové aktivity
• lokalizácia
• v strede bunky (živočíšna bunka)
• blízko cytoplazmatickej membrány (rastlinná bunka)
• Jadrová membrána
• dvojitá
• Oddelenie jadra od ostatných organel
• Obsahuje póry
• obsahuje
• Chromozómy (DNA)
• jadierko
• bunky
• Bezjadrové (enucleate) – cicavčie červené krvinky
• Viacjadrové (multinucleate) - paramecium (2), slime
mold (millions)
• funkcie:
sklad hereditárnych informácií (DNA)
RNA – syntéza proteínov
koordinácia bunkových aktivít - metabolizmus, rast,
bunkové delenie

26.

Jadro

27.

Chromozómy (DNA)
• Dedičný materiál
• Chromatín
• Chromozómy
– DNA
– Histónové a nehistónové
bielkoviny

28.

Jadierko
Ne-membránová organela
Tvorené proteínmi a ribonukleovou
kyselinou
Väčšina buniek má dve a viac jadierok
funkcie:
Transkripcia ribozomálnej RNA a jej
spojenie s proteínmi – nekompletný ribozóm
V cytoplazme vytvára ribozómovú
podjednotku

29.

Endoplazmatické retikulum
Prepojený membranózny systém
Dvojitá membrána – vzniká pokračovaním
vonkajšej jadrovej membrány
2 typy
• Drsné ER
• Na povrchu sú naviazané ribozómy
• Produkcia proteínov
(exported or secreted from the cell)
• Hladké ER
• bez ribozómov
• metabolizmus vápnika
• Obsahuje enzýmy zapojené do metabolizmus:
• cukrov
• lipidov, fosfolipidov
• detoxikácia – jedovatých chemikálií – pridávanie
OH skupín
• Svalové bunky – špecifický typ sarkoplazmatické retikulum

30.

Golgiho aparát (komplex)
Modifikačné, baliace a transportné
stredisko bunky
Modifikácia proteínov a lipidov tvorených
v ER – pre vnútorné použitie alebo export
von z bunky
Syntéza bunkovej steny rastlinných buniek
2 konce GA
CIS koniec - koniec, kde substancie vytvorené a
uvoľnené z endoplazmatického retikula vo
vezikulách vstupujú do GA pre ich ďalšie
spracovanie
TRANS koniec – koniec, kde molekuly po konečnej
úprave v GA, opúšťajú GA vo vezikulách
Ako pracuje:
Z ER vezikuly
Fúzia vezikúl s ER
modifikácia
Odštiepenie vezikuly s modifikovanou látkou z GA

31.

Lyzozómy
Obsahuje približne 60 rozličných tráviacich
enzýmov patriacich do skupiny hydroláz –
rozklad biomolekúl
Enzýmy sú syntetizované v drsnom ER a
modifikované v GA – odkiaľ sú uvoľnené vo
forme vezikúl, ktoré sa spájajú s kyslými
vezikulami – endozómy
Fagocytóza
Najpočetnejšie v bielych krvinkách
Funkcia :
Odpadové miesto bunky – smetisko – ale
zároveň recyklačné centrum
Rozklad na najjednoduchšie molekuly, ktoré
bunka potom môže nanovo využiť pre stavbu
nových bunkových častí)
Obnova buniek a rozklad opotrebovaných
organel
Oprava cytoplazmatickej membrány

32.

Ribozómy
Funkcia:
• Primárne miesto syntézy proteínov – translácia
• Syntetizované proteíny – vnútorné použitie alebo transport von z bunky

33.

Ribozómy
Komplexy tvorené ribozomálnou RNA (60 %) a proteínmi (40 %)
Nie sú ohraničené membránou sa sú menšie ako ostatné bunkové organely
Lokalizácia: drsné ER, chloroplasty, mitochondrie a voľne v cytoplazme
Prokaryotické bunky - 70S ribozómy - malá (30S) a veľká (50S) podjednotka
(S= Svedberg unit)
Eukaryotické bunky - 80S ribozómy - malá (40S) a veľká (60S) podjednotka

34.

„Bacteria-like? organely
• Odvodené od symbiotických baktérií
• Endosymbiotická teória (Lynn Margulis, 1981)

35.

Bacteria-like organely
• Na začiatku sa na našej planéte vyskytovali iba
anaeróbne prokaryotické organizmy
– Zmena atmosféry
– Náhle výrazné zvýšenie hladiny atmosferického kyslíka – toxický
pre organizmy – hromadné vyhynutie
– Prítomnosť kyslíka stimuloval evolúciu aeróbnych organizmov
– Niektoré prokaryotické organizmy mali snahu prežiť – nutnosť
adaptácie na zmenené zloženie atmosféry – museli nájsť spôsob
ako vedieť zúžitkovať kyslík
• Proces bunkového dýchania
– ENDOSYMBIOTICKÁ TEÓRIA

36.

Peshawa Yasin Endosymbiosis & cyanobacteria

37.

38.

39.

40.

Bacteria-like organely
• Energetický metabolizmus –
uvoľnenie alebo ukladanie
energie
• 2 organely
– mitochondrie – uvoľnenie energie
– chloroplasty – ukladanie energie

41.

Mitochondrie
majú vlastnú DNA
dvojitá membrána
veľkosť 0.1 to 10 mikrometrov
štruktúra – vonkajšia membrána,
medzimembránový priestor, vnútorná membrána
- kristy a matrix
funkcie:
– Energetické centrum bunky – tvorba energie
v bunke vo forme ATP
• Rozklad energetických molekúl
– glukóza
– mastné kyseliny
• Tvorba energetických molekúl
– ATP
– Zapojená do rastu buniek, bunkovej
diferenciácie, smrti bunky, kontrola
bunkového cyklu

42.

Mitochondria – vonkajšia membrána
oddeľuje mitochondriu of cytoplazmy
pomer proteínov a lipidov je 50:50
obsahuje veľké množstvo molekúl
integrálneho proteínu – porín –
zodpovedný za tvorbu kanálov –
prechod
molekúl
s
molekulovou
hmotnosťou menšou 5000 Dalton –
voľný prechod týchto molekúl
väčšie
molekuly
vstupujú
do
mitochondrie vďaka pripojeniu k proteínu
- translokáza
obsahuje aj enzýmy
lipidového metabolizmu
Vonkajšia membrána
(permeabilná)
zahrnuté
je
do
priepustná

43.

Mitochondria – vnútorná membrána
Zloženie je podobné zloženiu cytoplazmatickej
membrány u baktérií
Dôležitý je fosfolipid kardiolipín
Voľne priepustná iba pre kyslík, oxid uhličitý a
vodu
nepriepustná pre ostatné ióny a molekuly
(prestup možný len cez transportné proteíny)
vytvára záhyby – kristy – zvýšenie povrchu
membrány pre vyššiu produkciu ATP
Funkcia:
oddelenie matrixu od medzimembránového
priestoru
tvorba ATP – zabudovaný enzým ATP syntáza
Špecifické transportné proteíny – regulovanie
metabolickej pasáže do matrix a von z matrix

44.

Mitochondria – medzimembránový priestor
priestor
medzi
vonkajšou
a
vnútornou membránou – dôležitý v
procese
bunkovej
respirácie–
cytochróm c
hlavná funkcia v procese bunkovej
respirácie – krok nazývaný ako
oxidačná fosforylácia

45.

Mitochondria – mitochondriálna matrix
matrix
–
ohraničená
vnútornou
mitochondriálnou membránou
dôležitá pri produkcii ATP
obsahuje:
vysoko koncentrovanú zmes enzýmov
(enzýmy potrebné pre oxidácii pyruátu,
mastných kyselín a v Krebsovom cykle)
špeciálne mitochondriálne ribozómy
22 molekúl t-RNA
mitochondriálna DNA – semiautonómna
organela – replikácia prebieha nezávisle
od replikácie jadra – má vlastný genetický
materiál – kóduje 13 molekúl proteínov
maternálna dedičnosť

46.

Chloroplasty
rastlinné bunky a riasy
vlastná DNA (skratka cp DNA alebo ct
DNA)
trojmembránový systém – vonkajšia
membrána, vnútorná membrána a
membrána tylakoidov
zachytávanie slnečnej energie a jej
premena na energiu chemickú
Funkcia:
• proces fotosyntézy
• Fotosyntetický pigment chlorofyl
zachytávanie slnečnej energie –
tvorba molekúl glukózy – energetické
organické molekuly – v priebehu
procesu dochádza k uvoľneniu
kyslíka