Opakovací lekce z biologie

Buňka

• Eukaryotická

• Prokaryotická

  • Archea

• Tkáň, pletivo

• Orgán

• Organismus

Eukaryotická buňka

• Velikost: 10-100 $µm$

• Živočišná, rostlinná, houbová buňka, prvoci

• Základní rozdíly:

  • Živočišná buňka

    • Buněčná stěna: Ne

    • Chloroplasty: Ne

    • Vakuoly: Většinou ne

    • Lyzozomy: Ano

    • Bičíky: Často

    • Řasinky: Ano

  • Rostlinná Buňka

    • Buněčná stěna: Z celulózy

    • Chloroplasty: Ano

    • Vakuoly: Ano

    • Lyzozomy: Ne

    • Bičíky: Zřídka

    • Řasinky: Ne

  • Buňka hub

    • Buněčná stěna: Z chitinu

    • Chloroplasty: Ne

    • Vakuoly: Ano

    • Lyzozomy: Ne

    • Bičíky: Zřídka

    • Řasinky: Ne

Biomembrána

• U všech buněk na povrchu – cytoplazmatická

• Obaly organel (karyolema, tonoplast, mitochondrie, chloroplasty, lyzozomy, Golgiho aparát a endoplazmatické retikulum)

• Tvořena fosfolipidovou dvojvrstvou – hydrofobní interakce

• Součástí jsou také bílkoviny, sacharidy, glykoproteiny a glykolipidy

• Části membrány jsou neustále v pohybu – tekutá mozaika

• Proteiny jsou periferní nebo integrální

• Semipermeabilní charakter

  • Prochází plyny a voda (osmóza)

  • Není propustná pro molekuly s nábojem (soli)

Pohyb látek přes cytoplazmatickou membránu

• Pasivní transport – bez spotřeby ATP, po koncentračním spádu

  • Difúze

    • Pouze malé molekuly kapalin a plynů ($H<em>2O$, $O</em>2$, $CO_2$), přes membránu

  • Usnadněná difúze – přes bílkovinné přenašeče (Na a K kanály)

    • Přenašeč po navázání změní svůj tvar a molekulu přenese

  • Osmóza

• Aktivní transport – spotřeba ATP, proti koncentračním spádu

  • Buněčné přenašeče – sodno-draselná pumpa

  • Endocytóza – dovnitř buňky

    • Pinocytóza – tekutiny, fagocytóza – potrava

  • Exocytóza – ven (odpadní látky)

Osmóza

• Molekuly vody (rozpouštědla) se pohybují přes semipermeabilní membránu

  • Z prostředí s nižší koncentrací do prostoru s vyšší koncentrací (rozpuštěné látky)

• V izotonickém prostředí neprobíhá (koncentrace jsou vyrovnané)

  • Fyziologický roztok

• V hypotonickém prostředí (nižší koncentrace rozpuštěné látky)

  • Voda proudí do buňky (destilovaná voda) – živočišné buňky mohou praskat (plazmoptýza) rostlinné a houbové se jen napnou (turgor)

• V hypertonickém prostředí (vyšší koncentrace rozpuštěné látky)

  • Voda proudí ven z buňky (mořská voda), buňka se scvrkává, povadlé květiny

  • Plazmolýza u rostlinných buněk – cytoplazmatická membrána se odtrhuje od stěny

Cytoplazma

• Základní hmota uvnitř buňky

• Tvořená vodou a dalšími rozpuštěnými organickými i anorganickými látkami

• Jsou v ní uloženy inkluze (granula)

  • Volně rozptýleny v cytoplazmě bez membránového ohraničení

  • Zásobní látky (glykogen, škrobová zrna, silice)

  • Odpadní látky

  • Pigmenty: melanin (kůže, sítnice), lipofuscin (pigment z opotřebování)

Buněčný skelet

• = buněčná kostra = síť bílkovinných vláken v cytoplazmě

• Funkce:

  • Zpevňuje vnitřek buňky

  • Podílí se i na tvorbě dělícího vřeténka

  • Vnitrobuněčný transport (kinezinový transport)

• 3 typy vláken:

  • Mikrotubuly (větší, trubicovité)

    • Duté válečky tvořené bílkovinou tubulinem, nejsilnější

    • Dělící vřeténko (centrozom i vlákna)

  • Mikrofilamenta (drobnější, vláknité)

    • Tvořena bílkovinou aktinem (někdy i myozinem – svaly)

  • Střední (intermediární) filamenta

    • Vysoká odolnost, pevnost i pružnost – brání deformaci buňky

    • Keratin ve vlasech, nehtech

Centrozom

• Pouze v živočišných buňkách

• Hlavní součást dělicího vřeténka

• Slouží k přitahování chromozomů při dělení

• Skládá se ze dvou centriol (9 trojic mikrotubulů v kruhu)

• Centrioly jsou v pravém úhlu

• Z centrioly vycházejí mikrotubulové vlákna, které se vážou na centromeru chromozomu a přitahují jej k centrozomu

Řasinky a bičík

• Umožňují pohyb buňky

• Bičík je mnohonásobně delší

• Řasinky: např. řasinkový epitel dýchacích cest

  • Fungují jako veslo – rychle dopředu, pomalu dozadu

• Bičík: prvoci, spermie

  • Vytváří vlnivý pohyb za buňkou a tlačí ji kupředu (jako vrtule vznášedla)

• Skládá se z 9 dupletů mikrotubulů v kruhu a jeden duplet uprostřed

• V membráně je zakotven bazálním tělískem (9 trojic mikrotubulů)

Jádro

• Dvě membrány = karyolema

  • Póry, kterými procházejí bílkoviny, steroidní hormony, exony mRNA, nukleony pro replikaci a transkripci

  • Mezi membránami je perinukleární prostor

  • Na jádro naléhá endoplazmatické retikulum

• Obsahuje chromatin – DNA a histony

  • Euchromatin (světlé části chromatinu s vyšší transkripční aktivitou)

  • Heterochromatin (tmavé části chromatinu s nízkou transkripční aktivitou)

• Jadérko

  • V j ádře je neohraničené

  • Tvorba ribozomálního rRNA

  • Zaniká v profázi

Endoplazmatické retikulum

• Membránové váčky = cisterny

• Naléhá na jádro → mRNA přímo na ribozomy

• Drsné

  • Na povrchu obsahuje ribozomy

  • Proteosyntéza

• Hladké

  • Nemá na povrchu ribozomy

  • Syntéza tuků a sacharidů

• Odškrcením vznikají malé váčky → transport po buňce nebo do Golgiho aparátu

Golgiho aparát

• Ploché protáhnuté váčky

• Funkce: výroba, třídění a dopravování látek

• Vzniká zde terciální struktura bílkovin (postranslační úprava)

• Při vyloučení vyrobené látky extracelulárně splývá Golgiho váček s membránou a dochází k exocytóze (hormony)

• Diferenciací některých váčků vznikají lyzozomy

• Diktyozom - rozptýlená forma Golgiho aparátu v podobě jednotlivých zrn a prstenců

Ribozomy

• Translace proteinů

• Dvě podjednotky (malá a velká)

• Podjednotky se liší u eukaryot a prokaryot (antibiotika)

  • Eukaryotický ribozom má 80 S (60 S, 40 S)

  • Prokaryotní ribozom má 70 S (50 S, 30 S)

• Podjednotky tvořené ribozomálním rRNA a ribozomálními proteiny

  • rRNA vzniká v jadérku

• Jsou volně nebo vázané na drsném ER

Mitochondrie

• Semiautonomní organela

• Funguje jako energetické centrum buňky

  • Zajišťuje buněčné dýchání

  • Vodíkové ionty se kumulují v mezimembranovém prostoru a tento gradient roztáčí ATP syntézu → vznik ATP

• 2 vrstvy biomembrány na povrchu - vnitřní membrána vytváří záhyby (kristy)

• Matrix – základní hmota - probíhá zde Krebsův cyklus a beta-oxidace

Lyzozomy

• Funguje jako „čistička odpadu a recyklárna“

• Drobné váčky obalené membránou - odštěpené z Golgiho aparátu

• Obsahují trávicí enzymy a nízké pH → denaturace proteinů

• Spojují se s váčkem z fagocytózy (fagozom)

• Rozklad vlastního buněčného odpadu (autofágie)

• Nestravitelné zbytky jsou odstraněny z buňky exocytózou

• Typické pro živočišné buňky (u rostlinných chybí)

Mezibuněčný prostor Extracelulární matrix

• U živočišných buněk

• Je tvořen buňkami (bílkoviny = kolagen elastin, glykoproteiny)

  • Hlavně v pojivové tkáni

• Mezibuněčné spoje

  • Plasmodesmy buněčné stěny rostlinných buněk – kanálky mezi buňkami

  • Mezi živočišnými buňkami:

    • Těsný spoj

    • Desmozom

    • Mezerový spoj (nexy)

Vakuoly

• Hlavně u rostlinných buněk

• U živočišných omezeně (tuková tkáň)

  • Bílé adipocyty – tukové buňky – velké vakuoly vyplněné tuky

  • Buňky hnědé tukové tkáně – více menších vakuol

• Membrána se nazývá tonoplast

Vakuoly rostlin

• Obsahují vodu a v ní rozpuštěné zásobní a odpadní látky (cukry, soli, barviva…)

• Obsah vakuoly = buněčná šťáva (šťáva, která teče, při rozkrojení ovoce)

• Mladé buňky obsahují více malých vakuol, které se stářím buňky postupně splývají až v jednu obrovskou vakuolu (až 90% objemu buňky)

• Funkce: zásobárna vody a organických i anorganických látek, buněčné trávení (nahrazuje lyzozomy), zadržuje odpadní produkty, udržuje tvar buňky díky tlaku v centrální vakuole

• Antokyany = ve vodě rozpustná barviva (hydrochromy), obsažena ve vakuole

  • Zbarvení: od modré přes fialovou až do červené (mění svou barvu v závislosti na pH prostředí)

  • Způsobují barvu některých květů (pomněnka), plodů (borůvky) a dalších částí (červené zelí, červená řepa)

Buněčná stěna

• Pouze u rostlinných buněk (celulóza) a hub (chitin)

• Oproti cytoplazmatické membráně je permeabilní – snadná difuze

• Vnější kostra buňky – brání lýze kvůli turgoru

  • Turgor: napětí buněk pouze u rostlin, díky osmóze je v buňce velké množství vody, které ji napíná

• Mechanická opora před bakteriemi a viry

• Vytváří tvar buňky

• Spoustu fungicidních látek a antimykotik působí právě na tvorbu buněčné stěny hub

• Inkrustace - ukládání anorganických látek v buněčné stěně

• Impregnace - ukládání organických látek v buněčné stěně (lignin, kutin, suberin, vosky..)

Stavba buněčné stěny rostlin

• Primární stěna – u rostoucích buněk, je pružná a snadno roste do šířky

• Sekundární stěna – může se ukládat k primární stěně u buněk, které již nerostou – roste tloustnutím směrem do buňky – někdy může dojít až k odumření protoplastu (živý obsah buňky) – vznik sekundární stěny se označuje jako „tloustnutí buněčné stěny“

• Střední lamela – odděluje buněčné stěny sousedních buněk (přikládá se k ní primární buněčná stěna (obsahuje mezibuněčný tmel – soudržnost pletiv)

• Plasmodesmy

Symplast a apoplast

• Symplast = transportní dráha v rostlinných pletivech tvořena navzájem propojenými protoplasty (černá šipka)

• Apoplast = transportní dráha tvořená vzájemným propojením buněčných stěn a mezibuněčných prostor buněk v pletivech (červená šipka)

Plastidy

• Chloroplasty

  • Zelené barvivo chlorofyl

  • Funkce: fotosyntéza

  • Dvě membrány (semiautonomní organely)

  • Stroma, tylakoidy, grana
    * Při stárnutí listů, stonků, či plodů ztrácejí vlivem rozkladu chlorofylu zelenou barvu a mění se na chromoplasty

• Chromoplasty

  • Červená barviva karotenoidy a žlutá xantofyly

  • Zbarvení květů a listů na podzim

• Leukoplasty

  • Bezbarvé, zásobní funkce

  • V kořenech, oddencích, stoncích

  • Hromadění škrobu, lipidů, bílkovin

Fotosyntéza

• Vznik glukózy a kyslíku $6 CO<em>2 + 12 H</em>2O → C<em>6H</em>{12}O<em>6 + 6 O</em>2 + 6 H_2O$

• Potřebné barviva:

  • chlorofyl a, b, fykocyan, fykoerytrin, xantofyly a karotenoidy

• Světelná fáze

  • Sluneční světlo předává barvivům foton, který štěpí molekulu vody a vzniká elektron a vodíkové ionty

• Tmavá fáze – Calvinův cyklus

  • Redukce $CO_2$ vodíkovými ionty pomoci několika enzymů na cukr

• Funkce: tvorba cukrů pro rostliny a uvolňování kyslíku do atmosféry

  • Je to jediný děj, při kterém vzniká kyslík

• Pokud nemá rostlina světlo, převahuje katabolismus (dýchání)

Semiautonomní organely

• Patří zde plastidy a mitochondrie

• Předpokládá se, že vznikly díky symbióze eukaryotické a prokaryotické buňky a jejich vzájemnou fúzí

• Mají vlastní genetickou informaci, podobnou prokaryotické kruhové DNA a plazmidy (mimojaderná dědičnost)

• Mají vlastní ribozomy pro syntézu proteinů

• Mají dvojitou membránu

  • Jedna od eukaryotické buňky, druhá od pohlcené prokaryotické

• Rozmnožují se v buňce dělením (jako bakterie)

Buněčný cyklus

• Začíná vznikem buňky a zaniká rozdělením na 2 dceřiné buňky

• Fáze:

  • Interfáze – buňka roste a připravuje se na dělení (proteosyntéza, replikace)

    • G1 fáze – příprava na replikaci DNA

    • S fáze – replikace DNA

    • G2 fáze – příprava na dělení, dokončení růstu

    • G0 fáze – klidová fáze, buňka se už nedělí (neurony)

  • Buněčné dělení – M fáze (mitóza nebo meióza)

    • Dělení jádra

    • Dělení buňky

Chromozomy

• Sesterské chromatidy

  • Vznikají replikací v S fázi, jsou identické

• Homologní (nesesterské) chromatidy

  • Obsahují stejné geny, jednu alelu od matky, druhou od otce

• Lidské buňky: 23 páru homologních chromozomů

• Části:

  • Dlouhé a krátké raménko

  • Centromera – místo spojení sesterských chromozomů

  • Telomera – konec chromozomu

Mitóza

• Klasický způsob rozdělení mateřské buňky na dvě dceřiné buňky

• Obě dceřiné buňky mají stejný počet chromosomů jako měla mateřská buňka = diploidní

• Všechny buňky v těle jsou tedy identické (kromě pohlavních buněk)

• Profáze

  • Kondenzace chromozomů – viditelné

  • Vzniká dělicí vřeténko z mikrotubulů (živ. buňka - centrozom)

• Metafáze

  • Dělící vřeténko je dokončeno: tubuly jsou navázané na centromery

  • Některé tubuly se vzájemně spojují → tvar vřetena

  • Chromozomy se přesouvají do ekvatoriální roviny → metafazalní destička

• Anafáze

  • Tah tubulů vřeténka rozdělí sesterské chromatidy

  • Tubuly vřeténka se zkracují a tím táhnou chromatidy k centromerám

  • Chromatidy se stávají samotnými chromozomy

• Telofáze

  • Kolem chromozomů se vytváří nová karyolema

  • Vzniká jádro a chromozomy se rozvolňují

  • Obě jádra mají stejný počet jako mateřská buňka

  • Po dokončení rozdělení jádra přechází v cytokinezi

Cytokineze

• Probíhá po proběhlé karyokinezi

• Probíhá odlišně u rostlinných a živočišných buněk

  • U živočišných se vytváří rýha z membrány po celém obvodu buňky dokud se odškrcením neoddělí dvě dceřiné buňky

  • Uvnitř rostlinných buněk se od středu začíná vytvářet destička buněčné stěny z Golgiho aparátu (uvnitř materiál pro stěnu, z membrány Golgiho váčku vzniká cytoplazmatická membrána) → rozdělení buněk

Meióza

• Vznik pohlavních buněk (gamet), které mají poloviční sadu chromozomů = haploidní buňky

• Zahrnuje dvě dělení

  • Meióza I – do každé dceřiné buňky přejde jedna sada chromozomů (vždy jeden z homologních chromozomů)

  • Meióza II – probíhá stejně jako mitóza – vznikají 2x2 identické buňky

    • Profáze II, metafáze II, anafáze II a telofáze II

• Výsledkem meiózy jsou 4 buňky, které mají haploidní genotyp

• Splynutím dvou gamet vzniká zygota (fertilizace)

Meiotické dělení

• Buňka vstupuje do meiózy jako diploidní buňka (jedna sada od matky, druhá od otce)

• Profáze I:

  • Chromozomy se částečně spiralizují

  • Homologní páry chromozomů se spojí do dvojic = bivalenty (v centromeře i v jiných místech – chiasmata)

  • Může dojít k rekombinaci, crossing-overu (výměna odpovídajících částí homologních chromatid a zajišťuje vysokou variabilitu potomků)

  • Podfáze:

    • Leptoten – kondenzace a párování chromosomů

    • Zygoten – formování synaptonemálního komplexu

    • Pachyten – crossing over

    • Diploten – rozvolnění synaptonemál

• Metafáze I:

  • Zaniká jaderná membrána, vzniká dělicí vřeténko, bivalenty nasednou na vlákna vřeténka

• Anafáze I:

  • Dvojice se oddělí, každý z dvojice homologických chromozomů putuje k opačnému pólu

  • Vřeténka se vážou zcela náhodné (pravděpodobnost 50%), který z dvojice putuje k jednomu pólu a který ke druhému = princip náhodné segregace

• Telofáze I:

  • Obnovuje se jaderné membrány, zaniká dělicí vřeténko, chromozomy se mohou despiralizovat a obě buňky (každá s haploidním jádrem) se oddělí

Spermatogeneze

• Probíhá ve varlatech na Sertoliho buňkách (výživa)

• Z každé zárodečné buňky vzniknou čtyři plnohodnotné gamety = spermie

• Zárodeční buňka spermatogonie (je schopná se dělit mitoticky)

• Spermatocyt I. řádu – diploidní, ale dělí se již mitoticky

• Spermatocyt II. řádu – haploidní, vzniká 1. meiotickým dělením

• Spermatida – vzniká 2. meiotickým dělením

• Spermie – vzniká úplným dozráním (získání bičíku a dalších organel)

Oogeneze

• Vzniká vajíčko (0,1 mm – největší liská buňka)

• Z jedné oogonie vzniká 1 vajíčko a 3 pólové tělíska

• Oogonie (asi 2 mil.) vznikají mitózou již prenatálně, dále se nedělí

• Do 3. měsíce po narození dochází k mitotickému dělení oogonií na primární oocyty (oocyty I. řádu)

• Primární oocyty vstupují do meiózy I, ve které se zastaví v diplotenu anafáze

• Dokončení meiózy I vždy jednoho vajíčka za 28 dní nastává až v pubertě

• Z oocytu I. řádu vzniká oocyt II. řádu a pólové tělísko (pouze haploidní genotyp, všechny organely má oocyt)

• Pólové tělísko dokončí meiózu II a oocyt II. řádu až po ovulaci a po proniknutí spermie do vajíčka, kdy vzniká druhé pólové tělísko a vajíčko

• Pólové tělíska zanikají, pokud nedojde k proniknutí spermie, oocyt II. řádu nedokončí miózu a je odplaven v menstruační fázi děložního cyklu

Prokaryotická buňka

• Velikost 1 -10 $µm$

• Bakterie, sinice, archea

• Velmi nedokonalé jádro – nemá membránu

• Biomembrána pouze na povrchu (uvnitř neobsahuje žádné membránou ohraničené částice - organely)

• Buněčná stěna (peptidoglykan - murein)

  • Pevná ochranná vrstva na povrchu (nad cytoplazmatickou membránou)

  • Zpevňuje buňku a chrání před poškozením

  • Dobře propustná (= permeabilní) pro většinu látek

  • Podle stavby se dělí na gram+ (hlavně peptidoglykan) a gram-

Prokaryotická buňka

• Cytoplazmatická membrána

  • Stejná jako u prokaryot

    • U sinic se z ní odškrucují drobné váčky které na ni naléhají a obsahují fotosyntetická barviva

• Nukleoid

  • Nositel genetické informace (jediný chromozom)

  • Jedna (kruhová) molekula DNA – od okolí není ohraničena žádnou membránou (někdy je nazývána „nepravé jádro“)

  • Pevně připojen k membráně v jednom bodě (šipka) = mesozom

• Ribozomy

  • Volně cytoplazmě – několik set až tisíc

  • 2 podjednotky: 70 S (50 S, 30 S)

Přídatné struktury prokaryotické buňky

• Plazmid

  • Malá kruhovitá molekula DNA - obsahuje přídatnou genetickou informaci (geny pro rezistenci vůči antibiotikům)

  • Volně v cytoplazmě nebo se mohou reverzibilně včlenit do nukleoidu (genové inženýrství)

  • Mohou pronikat z buňky do buňky (konjugace)

• Slizové pouzdro (kapsula)

  • Vně buněčné stěny – zvyšuje odolnost

  • Tvoří biofilm – zubní plak

• Glykokalyx

  • Další vnější obal

  • Umožňuje ulpívání na různé povrchy

• Fimbrie = pilusy

  • Krátká křehká vlákna (1-400)

  • Funkce není přesně známá – zřejmě konjugace , přilnutí k povrchu

• Bičík - flagellum (1 i více)

  • Vlákno delší než buňka – umožňuje pohyb

  • V cytoplazmě zakotven bazálním tělískem

Parasexuální děje u bakterií

• Výměna genetické informace mimo dělení

  • Selekčně výhodné informace (odolnost vůči virům, rezistenci vůči antibiotikům)

• Konjugace

  • Spojení cytoplazem můstkem a předání plazmidu

  • Z bakterie s faktorem F+ do F-, která se tím stává také F+

• Transformace

  • Bakterie je schopna pohltit extracelulární DNA a použít ho

  • Z lyzované bakterie nebo laboratorně přidané DNA

• Transdukce

  • Přenesení DNA pomoci viru (bakteriofág)

Rozmnožování

• Přímým dělením

  • Nejprve dochází ke zdvojení DNA (replikaci)

  • Oba chromozomy jsou připevněny k membráně

  • Bakterie se prodlužuje do délky, až je skoro dvakrát větší, začne se cytoplazmatická membrána a buněčná stěna vychlipovat dovnitř, až se spojí, dochází k úplnému rozdělení na dvě dceřiné bakterie

Bakterie

• Koky

  • Streptokoky – řetízky

  • Diplokoky - dvojice

  • Stafylokoky – hrozny

• Tyčinky

  • Bacily – tyčinky ale obsahují navíc spory

    • Velice odolné částice, přežívají v půdě desítky až stovky let

• Vibria – rohlíček

• Spirily – delší zvlněné tyčinky

• Spirochety – dlouhé spirálovité bakterie

• Rozvětvené bakterie

Dělení podle metabolismu

• Fotoautotrofní

  • Využívají světelnou energii k tvorbě sacharidů z $CO_2$

  • Sinice, některé nepatogenní bakterie (také zelené rostliny)

• Chemoautotrofní

  • Zdroj uhlíku využívají také $CO_2$ místo světla získávají ale energii z oxidace anorganických látek (např sirné bakterie a sirovodík)

• Fotoheterotrofní

  • Využívají světlo jako zdroj energie, uhlík ale přijímají v podobě sacharidů

• Chemoheterotrofní

  • Jako zdroj uhlíku i zdroj energie používají organické látky

  • Všechny patologické bakterie a saprofytické bakterie

Bakteriální onemocnění

• Botulismus

  • Clostridium botulinum – toxin

  • Paralytické ochabnutí svalů

• Tetanus

  • Clostridium tetani – toxin

  • Silné křeče

• Břišní tyfus

  • Salmonela typhi

  • Sepse

• Salmonelóza

  • Salmonela enteritidis

  • Nekrvavé průjmy

• Kapavka

  • Neisseria gonorrhoeae

  • Genitální vý