CYTOLOGIE – NAUKA O BUŇKÁCH

 

Materiály slouží ke studiu daného předmětu.

Jiné použití konzultujte laskavě s autorem.

 

Kontakt na učitele: ptacek@sci.muni.cz

 

 (počet přístupů od 23.2.07)

 

 

Anglicko český slovník pro případnou potřebu při studiu obrázků:

http://www.translator.cz/bin/translator        

 

Obsah tématického oddílu

 

 

1.   1.              CYTOLOGIE – I (stavba buněk)

1.1.              1.1.                  Zrod cytologie

1.2.              1.2.                  Dnešní definice buňky

1.3.              1.3.                  nebuněčné formy v živé přírodě

1.4.              1.4.                  Buněčné formy

1.4.1.   1.4.1.         Prokaryota (předjaderní buňky)

1.4.2.   1.4.2.         Eukaryotické buňky

1.4.2.1.   1.4.2.1.     Živočišné buňky

1.5.              1.5.                  Struktura živočišné buňky

 a) Podle tradičního dělení

 b) Podle výsledků elektronové mikroskopie

1.5.1.        1.5.1.            Buněčné obaly

1.5.1.1.   1.5.1.1.     Cytoplazmatická membrána

1.5.1.2.   1.5.1.2.     Průchod látek membránou

1.5.1.3.   1.5.1.3.     Morfologická membrána

1.5.1.4.   1.5.1.4.     Mezibuněčné hmoty

1.5.2.        1.5.2.            Buněčné jádro

1.5.3.        1.5.3.           Jadérko (nucleolus)

1.5.4.      Mitochondrie

1.5.5.      Endoplazmatické retikulum (ergastoplazma)

1.5.6.      Ribozómy

1.5.7.      Dělící tělísko (cytocentrum, centrozóm, periplast)

1.5.8.      Lysozómy

1.5.9.      Golgiho síť (Golgiho aparát, endopegma)

1.5.10.    Mikrotělíska

1.5.11.    Cytoskelet

1.5.12.    Buněčné inkluze (metaplazma)

1.5.13.     1.5.13.       Peroxizómy

 

2.            CYTOLOGIE – II (rozmnožování buněk)

2.1.         AMITÓZA

2.2.         Mitóza

2.2.1.      Chromozómy

2.2.2.      Průběh mitózy

2.2.2.1.   Karyokinéze

 I. Profáze

 II. Matafáze

 III. Anafáze

 IV. Telofáze

2.2.2.2.   Cytokinéze

2.2.3.      Modifikace mitózy

2.2.4.      Ovlivnění mitózy

2.3.              2.3.                  Život buňky

2.3.1.      Buněčná smrt - apoptóza

2.4.         MEIÓZA - dělení redukční (zrací)

2.4.1.      První zrací dělení

2.4.1.1.   Profáze

 a) Leptotenne

 b) Zygotenne

 c) Pachytenne

 d) Diplotenne

 e) Diakineze

2.4.1.2.   Metafáze 1. zracího dělení

2.4.1.3.   Anafáze 1. zracího dělení

2.4.1.4.   Telofáze 1. zracího dělení

2.4.2.      Druhé zrací dělení

2.4.3.        2.4.3.            Průběh meiózy

 

3.                     3.                          Struktura DNA a přepis genetické informace

3.1.               3.1.                    DNA – primární, sekundární a terciální struktura

3.2.               3.2.                    Mitochondriální DNA

3.3.               3.3.                    Replikace DNA

3.4.               3.4.                    Přehled transkripce a translace

3.5.               3.5.                    DNA - RNA  (transkripce)

3.6.               3.6.                    RNA – bílkoviny (translace)

3.7.               3.7.                    Struktura ribozómů

 

4.              Literatura, odkazy

 

 

CYTOLOGIE – I (stavba buněk)                                                                          

 

1.1. Zrod cytologie (URL 1)

 byl podmíněn objevem mikroskopu koncem 16. století.

 

Objev mikroskopu: Holanďané J.a Z. Jansenovi (1590, URL 2) vybrousili první čočky a sestrojili mikroskop. Italové připisují objev mikroskopu družině kolem Galilea Galileiho (1564 –1642, URL 3). Ital Stelluti (1630) poprvé pozoroval objekty mikroskopem, Ital Marcelo Malpighi (1628-1694) popsal struktury některých orgánů stejně jako Angličan Grew (1641-1711).

Nejvýznamnějším průkopníkem mikroskopie byl Holanďan Antony van Leeuwenhoek (1632-1723, URL 5). Prováděl rozsáhlá pozorování prvoků, hub, bakterií a jiného biologického materiálu. Za pomoci Regniera Graafa informoval Royal Society v Anglii o svých objevech ve 120 obsáhlých dopisech. V roce 1677 objevil spermie a kapiláry (odvolává se na Malpighiho), a v roce 1680 byl  zvolen členem Pařížské akademie věd. Objevil prvoky (1675) a bakterie (1683). Měl mikroskop velmi dobré kvality. Regnier Graaf (1641-1673) byl lékař (folikul ve vaječnících), člen anglické  Royal Society, introvert, který neovládal latinu. Po nocích pozoroval vlasy, kůži, vlákna, prvoky a vše zakresloval.

 

Buňku poprvé popsal Angličan Robert Hooke (1635 –1703, URL 8). Zkoumal parafinové řezy rostlinného materiálu – např. korek, ve kterém pozoroval mnoho komůrek (buňky).  V práci nazvané Micrographia (1665) zveřejnil pojednání o použití a výkonnosti jím sestrojeného drobnohledu a shrnul všechny dosavadní poznatky.

 

Jádro s jadérkem definoval Fontana (1781) jako vejčitá tělíska se skvrnkou. Dutrochet (1824) objevil, že těla živočichů jsou také z buněk (granula, zrnéčka). Dále pak se na rozvoji cytologie podílela celá řada dalších badatelů včetně J.E. Purkyně (1787 – 1869, URL 4). Ten první poukázal na skutečnost, že všechny rostlinné i živočišné tkáně se skládají z buněk, a také jako první použil na přípravu preparátů mikrotom. Narodil se v Libochovicích, studoval na UK v Praze fyziologii smyslové a nervové činnosti. Působil jako lékař a profesor fyziologie ve Vratislavi a později v Praze, kde také založil Fyziologický ústav. Na základě dřívějších poznatků i svých vlastních pozorování vyslovil jako jeden z prvních myšlenku tzv. buněčné teorie, podle které je buňka základní stavební jednotkou všech organismů. Od Purkyněho pochází také název protoplazma (1937), označující živou hmotu obsaženou v buňkách. Popsal několik typů (URL 9) nervových buněk, které byly po něm pojmenovány. Purkyněho jev (změna poměrné světelnosti barev při adaptaci oka na tmu).

 

Vlastní zrod cytologie spadá do první poloviny 19. století. Mezi zakladatele cytologie patří především M. Schleiden (1804 –1882, URL 196) a  T. Schwann (1810 –1882, URL 197), kteří formulovali buněčnou teorii. Schwannův spis z r. 1839 vzbudil značnou pozornost, a proto je buněčná teorie označována nejčastěji jako teorie Schleiden-Schwannova. Tito autoři se však domnívali, že nové buňky vznikají novotvořením z mezibuněčných hmot, které označovali jako cytoblastém. Na rozdíl od Purkyněho nevěnovali pozornost buněčným obsahům. Louis Pasteur (1822-1895, URL 198) kromě jiného prokázal, že kvašení nemusí být vázáno na živou nepoškozenou buňku. Robert Koch (1843-1910, URL 199) založil obor bakteriologie, Ilja Mečnikov (1845-1916, URL 200) začal studovat imunitu, Paul Ehrlich (1854-1915, URL 201) položil na vědecký základ chemoterapii.

Botanik M. Schleiden  v čas. Beiträge zur Phytogenesis definuje buňku a vytváří buněčnou teorii: těla rostlin nejsou celistvá, ale skládají se z buněk. Setkává se s Theodorem Schwannem, který vydává dílo o živočišné buňce. Věřili v novotvoření z cytoblastému mezi buňkami.

Nägeli (1844) - buněčné jádro existuje nejen u rostlin, ale i hub a řas. Rovněž pozoroval, ale nepochopil mitózu. W. Hoffmeister  podrobně popsal nepřímé dělení buněk.

Němec Virchow (1821 –1902, URL 202) první poukázal na skutečnost, že každá buňka vzniká jen rozdělením již existující buňky („Omnis cellula ex cellulae“). Počátky buněčné struktury a života vůbec viděl v tvůrčím aktu Boha.

Max Schultze  objevil (1861), že buňky všech organismů jsou složeny z protoplazmy a obsahují  jádro.

 

Na tuto situaci navazuje rozvoj cytologie v souladu s technickými možnostmi - zdokonalování optiky, mikrotomů a metod studia živé hmoty. Až do objevu elektronového mikroskopu však zůstalo mnoho nejasného při pozorování detailnějších struktur.

 

Další český cytolog F. Vejdovský (1849 –1939, URL 203), profesor zoologie v Praze, první popsal centrozóm a periplast (1886). Studoval struktury chromozómů. V r. 1835 se mu podařilo pozorovat mitózu, nepochopil však její význam.

 

Mezitím se objevila teorie abiogeneze: vznik života z neživé hmoty - Oparin (1894-1980), J.B.S. Haldane (1892 –1964, URL 204).

Oparin byl ruský biochemik, který současně s Američanem Haldanem vytvořil teorii o vzniku života na základě chemických a fyzikálních procesů. Byl silně ovlivněn Darvinovou evoluční teorií. Podle jeho teorie život vznikl v podstatě náhodou, vývojem od jednoduchých až po komplexní organické sloučeniny, schopné vlastní duplikace.

 Mezi nejvýznamnější práce minulého století, zakládající možnosti rozvoje moderní biologie ve století dvacátém, patří práce Darwinovy (1809 –1882, URL 205), vysvětlující mechanismus evoluce, a práce Gregora Mendela (1822 –1884, URL 206), objasňující principy dědění vlastností. Jinak se však biologové v minulém století a ještě i v počátcích tohoto století zaměřovali především na popis organismů a buněk a na jejich systematické třídění.

Dvacáté století je ovšem všeobecně považováno za století vědy a technického pokroku. První polovině tohoto století dominovaly fyzika a chemie, ale druhá polovina je charakterizována rychlým rozvojem biologie. Ten byl zprvu založen zejména na aplikaci metod chemie na výzkum pochodů v živém organismu. Důležitý je posun od popisného přístupu k dynamické biochemii a přenesení Darwinovy evoluční teorie i Mendelových zákonů dědičnosti na molekulární úroveň.

Po objevu elektronového mikroskopu  (E. Ruska a M. Knoll, 1932, URL 207) nastal další rozvoj cytologie.

Byla objevena celá řada tzv. submikroskopických struktur, které jsou součásti komplexu zvaného buňka.

 

 

 

Optimální zvětšení

 

Maximální rozlišovací schopnost

Lidské oko

 

0,1 – 2 mm

Optický mikroskop

20 - 2000 x

do 100 nm

Elektronový mikroskop

1 000 – 250 000 x

0,5 nm

 

 

Názorná stupnice zvětšení:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Světelný mikroskop:> 0,2 μm

-                -                   konvenční

-                -                   fázový kontrast

-                -                   interferenční kontrast

-                -                   fluorescence

-                -                   konfokální laserový skenovací

 

Elektronový mikroskop: :> 0,2 nm

-                -                   transmisní

-                -                   skenovací

skenovací

 

 

 

Nelze opomenout důležité práce Otto Warburga (1883 -1970), Hanse Krebse (1900 -1981) a dalších, kteří položili základ současné biochemie. Zejména Krebsova koncepce biochemických cyklů reakcí, v nichž se tvoří a spotřebovává energie a jíž se organismy zbavují jedovatých zplodin metabolismu, vytvořila základ pro pochopení toho, jak pracuje buňka.

Snad nejvýznamějším posunem v poválečné biologii byl vznik oboru molekulární biologie. Mnozí ztotožňují vznik molekulární biologie s objasněním struktury deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a s funkční implikací této struktury. Vskutku, až do práce Jamese D. Watsona a Francise Cricka z počátku padesátých let nebyla úloha DNA v uchovávání a přenosu dědičné informace všeobecně uznávána. Pokusy Averyho a Oswalda s bakteriemi v třicátých a čtyřicátých letech sice naznačovaly, že by DNA tuto úlohu mohla plnit, ale protože chyběl jakýkoliv náznak možného mechanismu, nebyla tato interpretace všeobecně přijímána.

V té době se za základ života považovaly proteiny (bílkoviny). Vědělo se, že enzymy, umožňující chemické reakce v buňce, jsou proteinové povahy, a proto se mnoho úsilí věnovalo, a stále ještě věnuje, studiu proteinů. Vznikl obor enzymologie. Vlastnosti enzymů jsou natolik různorodé a jejich funkce natolik udivující, že se jaksi bez důkazu a bližšího vysvětlení předpokládalo, že to jsou proteiny, které zprostředkovávají, zatím neznámým mechanismem, dědění vlastností.

Strukturní biologie, založená v Cambridgi, však tvoří jen jednu větev molekulární biologie. Za druhé světové války a hned po válce studovali někteří fyzici v USA pomnožování bakteriálních virů (bakteriofágů). Byli to zejména Max Delbrück (URL 208) a Salvador Luria, kteří si uvědomili výhody experimentálního modelu bakteriálních virů. Tyto výhody spočívají v tom, že v krátkém čase (řádově desítky minut) lze získat početné populace virů, tedy nové generace organismů (či alespoň biologických objektů, které mají mnohé vlastnosti organismů). Na tomto modelu pak konečně bylo nade vší pochybnost prokázáno, že nositelem dědičné informace je nukleová kyselina. A nejen to. Studiem těchto poměrně jednoduchých systémů se podařilo definovat a prostudovat do značných podrobností molekulární podstatu mnoha základních pochodů při uchovávání a přenosu dědičné informace. Vznikl obor molekulární genetiky. Současná molekulární biologie je syntézou těchto dvou směrů, tedy strukturní biologie a molekulární genetiky. A mimořádně plodná je další syntéza, a sice výsledků molekulární biologie a studia buněk a celých organismů: daří se porozumět funkcím buněk a organismů v termínech molekul.

V šedesátých letech se biochemickými a molekulárně biologickými metodami podařilo nahromadit významné množství informací o molekulární podstatě života, o přenosu genetické informace z rodičů na potomstvo, o mechanismech regulujících látkovou výměnu a o chemických reakcích tvořících podstatu životních pochodů v buňkách.

V roce 1966 byl rozluštěn genetický kód, na němž je založen překlad dědičné informace uložené v DNA do funkčních molekul proteinů. K velmi důležitým objevům došlo ve Francii v laboratořích Francoise Jacoba, Jacquese Monoda a André Lwoffa. Zejména Monod (URL 209) ovlivnil celou generaci biologů svou knihou Náhoda a nutnost (i když dnes nejsou Monodovy myšlenky všeobecně přijímány). Tito vědci položili základ k řešení snad nejdůležitějšího problému současné biologie, kterým je podstata diferenciace buněk do orgánů a tkání a vývoj organismů. Studovali molekulární mechanismy regulací a jejich práce, provedené na bakteriích a bakteriofágách, tvoří pevný základ dnešního pohledu na podstatu diferenciace.

Velmi účinné metody pro studium mechanismů řídících životní pochody vznikly na základě Watsonem, Crickem a Franklinovou  (URL 157) objevené vlastnosti DNA, a sice na tom, že se molekuly DNA skládají ze dvou vláken obtočených kolem sebe do známé dvoušroubovice. Spojení obou vláken DNA je velmi specifické a přesné a na základě této přesnosti je možné zjišťovat a analyzovat přítomnost i malých specifických úseků DNA ve velmi heterogenních směsích molekul DNA. Při studiu DNA vyšších organismů těmito metodami se v sedmdesátých letech ukázalo, že genetická informace je v buňkách těchto vyšších organismů uspořádána principiálně jinak než genetická informace bakterií a virů. Následovala řada objevů, které dokazovaly, že i mechanismy, jimiž je dědičnost uchovávána a využívána u vyšších organismů, jsou daleko složitější než jak ukazovala zjednodušená představa získaná studiem bakterií a bakteriofágů.

 

1.2. Dnešní definice buňky:                                                                

Buňka (URL 120) je okrsek protoplazmy ohraničený na povrchu jemnou cytoplazmatickou membránou a od vnějších vlivů chráněný zpravidla silnější morfologickou blánou buněčnou (buněčnou stěnou). Vlastní protoplazma je rozlišena na jaderný obsah (karyoplazmu) a ostatní živou hmotu (základní cytoplazma). V cytoplazmě nacházíme různé struktury.

Jako celek je buňka  základní a současně minimální morfologickou a funkční jednotkou živé hmoty, která je schopná samostatné existence. Pojem minimální zde znamená, že není dělitelná na jednodušší složky, které by vykazovaly všechny základní znaky živé soustavy, a současně i to, že všechny složitější živé soustavy obsahují buňku jako strukturální a funkční subsystém.

 

1.3. NEBUNĚČNÉ FORMY V ŽIVÉ PŘÍRODĚ

Přechod mezi makromolekulami a buňkou tvoří nebuněčné organismy: priony, viroidy a viry.  Konají jen některé ze základních funkcí živých organismů. Rozmnožují se s využitím biochemie hostitele. Jsou to parazité, jejichž základ tvoří bílkoviny (priony) nebo nukleové kyseliny (ostatní). Nebuněčné formy života jsou považovány za degenerované organismy. Musely vzniknout později než buňky hostitele, protože  jsou vázány na jejich metabolismus.

 

Priony (URL 210,  URL 211) jsou bílkovinné částice parazitující na nervových buňkách savců (Jacobova nemoc u člověka). Je to v podstatě složitý specifický protein, který je netypicky zformován - a právě toto zvláštní zformování dělá z prionů to, čím jsou. Když se prion dostane do kontaktu s normálním proteinem v mozku, nezničí ho, ale zatím z neznámých důvodů protein začne napodobovat prion a formovat se podle něj. Stane se vlastně prionem. Postupně se většina proteinů v mozku změní na priony, a mozek se tak mění v houbovitou hmotu. Není dosud známo, proč tělo nemůže priony na rozdíl o běžných proteinů štěpit. Mimo to jsou priony těžko zničitelné. Nepodaří se je všechny zlikvidovat ani při teplotě vyšší než 135 °C. Dokonce se některé priony udržely i v mase, které bylo po celou hodinu vystaveno teplotě 360 °C. Stejně je tomu s pohřbíváním krav. Po třech letech sice těla krav zetlela, ale priony jsou stále na místě. Do lidského těla se priony dostanou pravděpodobně nakaženou potravou, tedy trávicím ústrojím. Po síti nervových buněk pak putují do mozku.

Obrázek: Srovnání normálního proteinu s patogenním prionem. Normální protein (vlevo) obsahuje aminokyseliny uspořádané v α-šroubovici. Infekční prion (vpravo) vzniká, když se oblasti aminokyselinového řetězce se strukturou α-šroubovice rozvinou a vytvoří v proteinu β-konformaci. Převzato z www.

Gen pro syntézu těchto bílkovin je asi běžně v genomu savčích buněk. Aktivita nastává jen za určitých podmínek. Podařilo se izolovat prionový gen, jehož produkt byl schopen vyvolat onemocnění u pokusných zvířat. Při bližším zkoumání zjistilo, že existují dva druhy prionů. První druh bývá označován jako PrPc (celulární), který se běžně vyskytuje ve všech organismech a nevykazuje žádné známky infekčnosti. Jeho funkce v organismu je dosud neznámá. Naproti tomu PrPsc (scrapie) se vyznačuje bodovou mutací na jedné z aminokyselin. Tento druh se ještě dále dělí na 3 poddruhy dle bodové mutace, se kterou souvisejí i druhy chorob, které způsobuje. K přeměně PrPc na PrPsc dochází pravděpodobně mutací v jedné z buněk, kdy vzniká PrPsc, tento se následně naváže na PrPc a dosud neznámým způsobem jej přemění na PrPsc. Dochází tak k řetězovité reakci ("dominový účinek"). Priony se nahromadí v mimobuněčném prostoru, kde se shlukují v masu (vytvoří tzv. amyloidní plak). Krátký průběh nemoci s dlouhou inkubační dobou svědčí o tom, že se priony tvoří exponenciální řadou.

 

    

Vlevo prion způsobující onemocnění mozku, vpravo normální protein, běžně se v mozku vyskytující. Největší rozdíl je v oblasti hlavní α-šroubovice, znázorněné žlutočerveně. U patogenního prionu šroubovice po 5 otáčkách končí, zatímco v normálním proteinu má 7 otáček. Srovnání sekvencí ukazuje jejich podobnost, což podporuje teorii o tom, že tyto choroby způsobuje špatná prostorová struktura molekuly proteinu. Převzato z www.

  

Viroidy  (URL 212) jsou nejmenší známé patogeny. Tvoří je jednovláknová kruhová molekula RNA (kolem 300 nukleotidů) v hostitelské buňce. Tato molekula se v určitých místech stáčí do dvouřetězcových oblastí. Toto vnitřní párování bazí jim dává v nativním stavu jejich charakteristický tvar tyčinky.Viroidy nemají bílkovinný obal. Podle obecně přijímaného modelu struktury se částice viroidu skládá z několika oblastí:

1   Centrální část, která vykazuje vysokou hladinu homologie mezi viroidy téže taxonomické skupiny.

2       2        Patogenní oblast, vykazující homologii mezi viroidy s podobným rozsahem hostitelů. Mutace v této oblasti mohou ovlivnit  infekčnost viroidu a symptomy napadení.

3       3        Proměnná oblast s vysokou sekvenční variabilitou,

4       4        Dvě koncové oblasti.

  

(URL 24)

 

 Pomocí RNA polymerázy se syntetizuje mnoho kopií. Infikované buňky vykazují změny v cytoplazmatické membráně, jadércích a chloroplastech. Organismy vykazují defekty v morfogenezi, případně dochází ke smrti hostitele. RNA viroidů kóduje jediný protein, tzv. delta antigen. Jsou patogenní pro rostliny (brambory, okurky, citrony). Šíří se mechanickou cestou mezi rostlinami téže populace. Jejich přenos hmyzem nebyl dosud prokázán.  V poslední době byly však popsány i u onemocněné lidí hepatitidou D (v tomto případě je viroid uzavřen v kapsuli viru hepatitidy B)

 

 

 

Viry a bakteriofágy (URL 213)

Jsou to nebuněčné organismy, schopné rozmnožování pouze v hostitelských buňkách (tzv. nitrobuněční molekulární parazité). Nemají vlastní aparát pro syntézu bílkovin, ribozómy a t-RNA, ani vlastní metabolický aparát. Je to vlastně infekční nukleová kyselina, jejíž životní projevy jsou úzce spjaty s hostitelskou buňkou. Viry bakterií se nazývají bakteriofágy. Jednotlivá částice viru, schopná infikovat buňku, se nazývá virion. Jeho velikost se pohybuje v rozmezí 15-390 nm. Vnější vrstvu tvoří bílkovinný obal (kapsid), s geometricky pravidelnou strukturou (složený z 42-252 kapsomer). Uvnitř se nachází nukleová kyselina - RNA nebo DNA. Podle toho rozlišujeme RNA viry (většina rostlinných virů) a DNA viry (většina živočišných virů). Na rozdíl od vyšších organismů se v organismu viru nikdy nevyskytují obě tyto kyseliny současně. DNA viry i RNA viry vytvářejí v napadené buňce kopie svých nukleových kyselin i bílkovin. Receptorem je specifická bílkovina buňky v membráně. Specifické virové receptory se kromě membrány hostitelské buňky nacházejí i ve stěně viru. Virus napadne jen takovou buňku, která má na svém povrchu bílkovinu sloužící jako receptor. Některé viry nejsou příliš specifické, každopádně ale není známo, že by některý dokázal současně napadat prokaryotické i eukaryotické buňky.

 Některé viriony mají uvnitř kapsidů kromě nukleové kyseliny ještě jeden nebo více enzymů, potřebných k zahájení své reprodukce uvnitř hostitelské buňky. Někdy se kolem kapsidu nachází ještě membránový obal tvořený bílkovinami a fosfolipidy (pokud má virus kolem kapsidy ještě další ochranný obal, zpravidla ho získal z biomembrány hostitelské buňky, kterou se obalil, když buňku opouštěl.). Virové bílkoviny jsou vždy specifické a udělují viru antigenitu.

 


Základní životní cyklus viru:

l) Jako klidová forma mimo hostitelskou buňku v neživém prostředí.

2) Infikuje hostitelskou buňku a rozmnožuje se v ní.

3) Jako virion je po rozpadu buňky uvolňován do prostředí.

 


 Průběh virové infekce:

1)       1)        Přilnutí viru na povrchu buňky: Aby se virus mohl přichytit, musí mít hostitelská buňka na svém povrchu specifické receptory (buňka je citlivá na virus). Nositelem specifity je membránový obal (u virů bez obalu kapsid). Některé viry, převážně rostlinné, pronikají do buňky i nespecificky, mechanicky. Kromě citlivosti k viru rozlišujeme ještě permisivitu buňky, tj. schopnost buňky uskutečnit genetický program nukleové kyseliny viru poté, kdy vnikla do buňky.

2)       2)        Vniknutí viru do buňky - buď vniká jen nukleová kyselina (u bakterií), nebo celý virus (u živočišných buněk). V tomto případě je membránový obal a kapsid  rozložen hydrolytickými enzymy buňky.

3)       3)        Podle genetických informací obsažených v nukleové kyselině viru se v hostitelské buňce začnou syntetizovat enzymy, z nichž jeden způsobí rozpad chromozomů hostitelské buňky. Virová nukleová kyselina se replikuje 100x až 1000x. Okolo každé nukleové kyseliny se vytvoří ochranný kapsid. Hostitelská buňka praskne (lyzuje) a viriony se uvolní do prostředí.

Nukleové kyseliny viru se někdy včleňují do nukleové kyseliny (chromozomu) hostitelské buňky a stanou se její součástí.Tento tzv. virový chromozom je předáván dceřinným buňkám jako tzv. provirus. Za určitých podmínek (chemických, fyzikálních) může provirus udělit hostitelské buňce nové vlastnosti - nejčastěji se buňka stává buňkou nádorovou.

Bakteriofág se váže na buněčnou stěnu bakterie.

Bakteriofág injikuje svůj genetický materiál do bakterie

Replikace genomu bakteriofága.

Pokračuje produkce komponent bakteriofága a enzymů.

Z komponent se vytváří fágové částice

Enzymy bakteriofága rozruší bakteriální stěnu a obsah se uvolní

Copyright Dr. Gary Kaiser. S laskavým svolením.

 


    Příklady virových onemocnění

U rostlin: mozaiková onemocnění tabáku, brambor, rajčat.

U zvířat: kulhavka a slintavka hovězího dobytka, vzteklina, myxomatoza králíků, mor u drůbeže.

U člověka: dětská obrna, rýma, chřipka, spalničky, klíšťová encefalitida, opar, infekční žloutenka.

                                                                                                                                                                                 

Klasifikace virů  (URL 176)                                                                     

V současné době je známo několik desítek tisíc druhů viru. Spektrum jejich hostitelů je velmi široké. Jejich morfologická stavba je však celkem stejnorodá. Proto se jejich základní klasifikace opírá o jejich hostitelské spektrum. V takto pojatém systému rozlišujeme čtyři základní skupiny virů: prokaryotické viry, rostlinné viry, mykoviry a živočišné viry.


 Prokaryotické viry

Jsou to viry baktérií (bakteriofágy) a sinic (cyanofágy).
Bakteriofág se na rozdíl od virů skládá ze tří složek: hlavičky, bičíku a bičíkových vláken. Rozeznáváme vnitřní hlavovou část s nukleovou kyselinou (RNA-fágy, DNA-fágy), a obal tvořený bílkovinami. Bakteriofágy jsou schopny se vázat pouze na specifické receptory bakteriálnich buněk a pouze v nich realizovat svůj reprodukční cyklus. Jsou důležitým činitelem v udržování ekologické rovnováhy bakteriálnich společenstev. Určité uplatnění nalézají bakteriofágy v medicíně, kde slouží    k prevenci i léčbě některých bakteriálních onemocnění.
Cyanofágy jsou velmi podobné bakteriofágům. Jejich viriony mají ikosahedrickou hlavičku a krátký helikálni bičík. V hlavičce je uložena vždy DNA.

 

Převzato z URL 112, viz též URL 190 a URL 191 (čb.).



Rostlinné viry


Mají většinou helikální strukturu virionu, což je dáno tím, že jsou to převážně RNA-viry. Jednotlivé druhy virů způsobují různé choroby rostlin. Příznaky napadení rostliny bývají velmi podobné: zpomalení růstu, svíjení a deformace listů, odbarvování a projasňování cév a často chlorotické až nekrotické skvrny, dobře patrné na pozadí zdravého pletiva. Rostlinné viry jsou nejčastěji přenášeny hmyzem, parazitickými hlísty a houbami.

 


Mykoviry


Jsou to viry napadající buňky hub. Nejznámější jsou mykoviry plísní a kvasinek. Vyskytují se jak ve formě RNA-mykovirů, tak i DNA mykovirů. Je pro ně typický spíše latentní než lytický průběh infekce.


Živočišné viry

Jsou nejlépe prostudovanou skupinou virů, protože mnohé z nich jsou původci vážných onemocnění člověka. Přenášejí se vzduchem (kapénková infekce), hmyzem, potravinami, vodou, přímým kontaktem s kůží infikovaného, tělními sekrety (moč, sperma, sliny) a krví.  Dělíme je do čtyř hlavních skupin:


1. Neobalené DNA-viry. Mají ikosahedrickou strukturu kapsidu, ve kterém je jednořetězcová DNA. Napadají hmyz, ptáky i savce včetně člověka. Patří mezi ně následující čeledi virů:

a)    a)     Papovaviry (Papovaviridae) jsou onkogenní viry savců. U člověka je z této skupiny znám virus bradavic.

b)    b)     Adenoviry (Adenoviridae) jsou viry infikující dýchací soustavu ptáků a savců. Některé z nich mohou být onkogenní.

c)    c)     Iridoviry (Iridoviridae) jsou typické hmyzí viry, které nejsou přenosné na člověka.

 

2. Obalené DNA-viry. Jsou to viry, které mají na povrchu bílkovinného kapsidu fosfolipidovou membránu.

a)    a)     Herpesviry (Herpesviridae) jsou velmi pestou a početnou čeledí virů. Působí infekční opary různých druhů ptáků a savců včetně člověka. Některé z nich jsou onkogenní. 

b)    b)     Bakuloviry (Baculoviridae) jsou výhradně hmyzí viry.

c)    c)     Poxviry (Poxviridae) tvoří velmi početnou čeleď virů. Patří mezi ně mnoho virů patogenních pro hmyz, ptáky a savce (viry kravských neštovic, myxomatózy a fibromatózy králíků).


3. Neobalené RNA-viry mají na svém povrchu pouze bílkovinný kapsid, obsahují jednořetězcovou RNA. Patří k nim

a)    a)     Reoviry (Reoviridae). Jde o skupinu virů známých i u rostlin, které infikují široké spektrum živočišných hostitelů. Většina infekcí probihá bez příznaků. Některé druhy však mohou způsobovat střevní průjmovitá onemocnění


4. Obalené RNA-viry mají na povrchu kapsidu kromě bílkovinných molekul ještě i fosfolipidovou membránu hostitelské buňky.

a)    a)     Paramyxoviry (Paramyxoviridae). Do této čeledi patří celá řada původců onemocnění člověka (viry spalniček, zarděnek a příušnic) a řady savčích a ptačích druhů.

b)    b)     Rabdoviry (Rhabdoviridae) zahrnují řadu savčích, hmyzích, ale i rostlinných virů. Z virů nebezpečných pro člověka k nim patří virus vztekliny.

c)    c)     Bunyaviry (Bunyaviridae) jsou viry přenášené členovci na savce, u kterých vyvolávají záněty mozku (encefalitidu).

d)    d)     Togaviry (Togaviridae). Zástupci této čeledi jsou původci některých závažných onemocnění člověka, např. žluté zimnice nebo klíšťové encefalitidy. Jsou to virózy přenášené členovci.

e)    e)     Retroviry (Retroviridae) tvoří rozsáhlou čeleď virů, které mohou způsobovat vznik zhoubných nádorů (sarkomy, lymfomy či leukémie). Jsou to viry ptáků a savců. Jejich nositelem genetické informace je jednořetězcová RNA; zvláštní enzym - reversní transkriptáza - podle ní syntetizuje komplementární DNA, která se vřazuje do DNA hostitelské (infikované) buňky. Do této čeledi pak patří v poslední době často diskutovaný virus HIV (URL 213)

 

 

 

 

 

 

              

virus HIV
 



1.4. BUNĚČNÉ FORMY

Organismy: Podle složitosti je dělíme na

a)  jednobuněčné

b) jednobuněčné v koloniích (stejné buňky)         

c) mnohobuněčné (diferenciace buněk)

 

Rozlišujeme dva základní typy (URL 214) strukturálně odlišných buněk, buňky prokaryotní (prokaryotické) a eukaryotní (eukaryotické). Základem tohoto dělení je odlišná struktura jádra. Eukaryotická buňka se vyznačuje tím, že je poměrně veliká, složitá, má dobře rozlišené jádro oddělené membránou a v cytoplazmě řadu organel nejrůznějších tvarů a funkcí. Prokaryotická buňka je malá, jednoduchá, bez ohraničeného jádra a rozlišených organel. Do říše prokaryot byly zařazeny bakterie a sinice, eukaryota pak zahrnují vše ostatní a jsou rozdělena na čtyři říše.

V 60. letech se začal prosazovat názor, že chloroplasty a mitochondrie jsou původně prokaryotické buňky, které byly kdysi dávno v minulosti pozřeny a ve svém hostiteli tak zdomácněly, že si dnes život jeden bez druhého nedovedou představit. Tato endosymbiotická hypotéza je dnes dobře doložena a všeobecně uznávána. Mitochondrie a chloroplasty mají vlastní, byť degenerovanou DNA a proteosyntetický aparát, jsou nápadně příbuzné některým současným bakteriálním druhům a jsou obaleny dvěma cytoplazmatickými mebránami rozdílného charakteru: vnitřní membrána je spíše bakteriální, vnější membrána je hostitelova.

                                                                                                                                                                                                          

 

 

1.4.1. Prokaryota (předjaderní buňky) (URL 215 )

Vznikly před 3-3.5 miliardami  let, jak dokazují africké usazeniny. Mají drobnou velikost (1-2 μm) a rozmanitý tvar. Jejich stavba je jednoduchá. Mají jen jeden systém buněčných membrán (plazmolema). Jaderný materiál není oddělen od základní cytoplazmy.

 

 

 

Bakterie na epitelové buňce v lidských ústech. Bakterie jsou malé tmavé body a čárky. Oválná tmavá oblast uprostřed je jádro epitelové buňky.

Copyright Dr. Bary Kaiser. S laskavým svolením.

 

 

 

Cytoplazmatická membrána vytváří vchlípením enzymatické systémy (výběžky), mesozómy pro dýchání buňky, oxidativní fosforylaci(složité membránové struktury) s tvorbou ATP.

Na membránu zevnitř nasedají ribozómy. Oblast jádra je bez membrány a obsahuje vlákna DNA - bakteriální chromozóm haploidní. Za nepříznivých podmínek vznikají spory. Velikost buněk o řád jednodušší i menší, o řád rychlejší metabolismus (30 min. buň. čas.)

Bylo zjištěno, že všechny prokaryotické organizmy lze zařadit do dvou zásadně odlišných skupin: archebakterie (URL 216) a eubakterie. V dnešní době dělíme veškeré organizmy do tří skupin: Eukarya (označované i jako eukaryota), Bacteria (eubakterie), mezi které patří kromě bakterií i sinice (URL 217) neboli modré řasy, a Archaea (archebakterie). Archebakterie žijí často v extrémních podmínkách (např. v horkých pramenech Yellowstonského parku, nebo v hlubokomořských vývěrech horké vody při teplotách značně vyšších než 100oC). Mají geny zcela nepodobné běžným bakteriím, dokonce se u nich dost často nacházejí geny, které jsou spíše podobné genům vyšších organismů, například i genům lidským.

Jak archebakterie, tak i eubakterie jsou prokaryotické organismy: mají uzavřenou kruhovou molekulu DNA, spojenou transkripci a translaci a obvykle se množí dělením. Jsou však mezi nimi některé rozdíly. Jeden z nich je ten, že využívají různé metabolické cesty. Také se liší v počtu ribozomálních proteinů a ve velikosti a tvaru ribozomální S jednotky. Genom eubakterií je skoro dvojnásobný, a také obsahují více plazmidů než archebakterie.

Archebakterie také nemají ve svých buněčných stěnách kyselinu muramovou, obsahují introny a jsou rezistentní k antibiotikům která působí na eubakterie.

Archebakterie se podobají eukaryotům tím, že mají několik druhů RNA polymerázy, mají větší počet histonům podobných proteinů, jejich DNA tvoří nukleozomy a obsahují introny. U obou zahajuje translaci methionin a mají homologní transkripční systém. Tyto podobnosti řadí archebakterie blíže k eukaryotům než k eubakteriím.

 

Characteristika

Bacteria

Archaea

Eukarya

Obal jádra

nemá

nemá

přítomen

Organely ohraničené membránou

nemá

nemá

přítomen

Peptidoglykan v buněčné stěně

přítomen

nemá

nemá

Membránové lipidy

Nerozvětvené uhlovodíky

Některé rozvětvené uhlovodíky

Nerozvětvené uhlovodíky

RNA polymeráza

Jeden druh

Několik druhů

Několik druhů

Aminokyselina startující syntézu proteinů

formyl-methionin

methionin

methionin

introny

nemá

přítomen

v některých genech

přítomen

Citlivost

k antibiotikům

Streptomycin a chloramfenikol inhibuje růst

 

Tato antibiotika neinhibují růst

Tato antibiotika neinhibují růst

 

 

 

Součásti protocytu (URL 218)

    Prokaryotická buňka (Bacillus megaterium)

 

Copyright Dr. Gary Kaiser. S laskavým svolením.

 

Buněčný obal (cell envelope, URL 219) se skládá ze dvou nebo tří vrstev: vnitřní cytoplazmatické membrány, buněčné stěny, a u některých druhů bakterií vnější mikropouzdro – kapsula.

Pouzdro, kapsula (capsule, URL 220) je třetí ochranný obal složený z různých sloučenin, většinou bílkovin a polysacharidů. Označuje se také jako glykokalyx , vnější viskózní vrstva obklopující buňku.  Kromě jiného je jeho nejdůležitější funkcí ochrana bakterie před vyschnutím a před fagocytózou většími mikroorganismy. Kapsula je také hlavní virulentní faktor u většiny nemocí způsobených bakteriemi (např. Escherichia coli a Streptococcus pneumoniae). Mutanty těchto organismů, které nemají kapsulu, nejsou virulentní a proto nezpůsobují nemoci.

 

Bezbarvé kapsule obklopující purpurově zbarvené bakterie

Copyright Dr. Gary Kaiser. S laskavým svolením.

  

Všechny bakterie vylučují nějaký druh glykokalyxu. Ten se skládá z transmembránových proteinů a na ně vázaných glycidů. Tvoří jej velké množství vzájemně propletených polysacharidových vláken vystupujících z bakterie, mezi nimiž působí elektrostatické a jiné síly. Pokud tvoří rozsáhlý, pevně propojený a k buněčné stěně přiléhající želatinový obal, označuje se jako kapsula. Pokud tvoří glykokalyx neorganizovanou a k buněčné stěně jen slaběji vázanou vrstvu, nazývá se slizová vrstva. Produkce glykokalyxu často závisí na podmínkách okolního prostředí. Z mnoha funkcí glykokalyxu jsou dvě zvláště důležité: způsobuje rezistenci bakterií vůči fagocytóze a umožňuje jim přilnout na různé povrchy (kameny, zuby).

 

Buněčná stěna (cell wall) se skládá z peptidoglykanu (mureinu), což je molekula mukopolysacharidu. Obklopuje cytoplazmatickou membránu, dává buňce její tvar a chrání ji před okolním prostředím. Pomáhá také zakotvení bičíku a fimbrií, které vycházejí z cytoplazmatické membrány a pronikají buněčnou stěnou ven. Síla buněčné stěny také chrání buňku před roztržením v případě velkých rozdílů osmotického tlaku mezi cytoplazmou a okolím.

Složení buněčné stěny je u bakterií velmi proměnné a je také důležitým faktorem umožňujícím rozdělit bakterie na dva základní druhy, gram-pozitivní a gram-negativní (URL 221). Tuto techniku, spočívající v barvení a následném vymývání preparátu, objevil dánský lékař Hans Christian Gram v roce 1884. Gram-pozitivní bakterie si zachovají nachovou barvu barviva, protože struktura jejich mohutné buněčné stěny je zachycuje na rozdíl od buněčné stěny gram-negativních bakterií, která barvivo při promytí v alkoholu či acetonu uvolňuje. Gram-negativní bakterie mají tenkou peptidoglykanovou vrstvu, nad níž je ještě membrána jiné konstrukce, ale s póry, které dovolují volný přístup molekul (vnější membrána)

 

Struktura gram-pozitivní a gram-negativní buněčné stěny

 

         

         

Struktura gram-pozitivní buněčné stěny: jeví se jako hustá vrstva složená z mnoha vrstev peptidoglykanu a molekul lipoteikoové kyseliny, na jejímž povrchu se nachází teikoová kyselina a povrchové proteiny

Struktura gram-negativní buněčné stěny: skládá se z tenké vnitřní vrstvy peptidoglykanu a z vnější membrány složené z molekul fosfolipidů, liposacharidů (LPS), lipoproteinů a povrchových proteinů.

Copyright Dr. Gary Kaiser. S laskavým svolením.

 

 

 

Cytoplazmatická membrána (cytoplasmic membrane) je dvojvrstva fosfolipidů obsahující proteiny. Reguluje tok látek mezi buňkou a jejím okolím. Jedná se o dynamický, vysoce organizovaný útvar, který se stále přizpůsobuje různým podmínkám vnějšího nebo vnitřního prostředí buňky.

Diagram cytoplazmatické membrány

Copyright Dr. Gary Kaiser (URL 222). S laskavým svolením.

 

 

Cytoplazma (cytoplasm) tvoří vlastní obsah buňky. Jedná s o matrici gelovitého charakteru složenou z vody, enzymů, živin, odpadních látek a plynů. Obsahuje buněčné struktury jako např. ribozomy a plastidy. V oblasti zvané nukleoid je lokalizován chromozom.

Jádro (nucleoid) nemá typickou podobu jako u eukaryontů. Je to oblast cytoplazmy, ve které se nachází chromozomální DNA, neohraničená membránou. Většina bakterií obsahuje jeden kruhový chromozom zodpovědný za replikaci, ačkoliv několik druhů obsahuje dva nebo i více chromozomů. V cytoplazmě se také nachází menší kruhové řetězce DNA zvané plazmidy. Jedná se o malé, mimochromozomální genetické struktury, které se nachází v mnoha druzích bakterií. Na rozdíl od chromozomů se neúčastní na reprodukci. Genetické instrukce pro zahájení a průběh buněčného dělení, nebo binárního rozdělení (binary fission), které je nejčastějším způsobem rozmnožování bakterií, nesou pouze chromozomy. Replikace plazmidů probíhá nezávisle na chromozomu. Pokud nejsou přímo nezbytné pro přežití, zdá se, že dávají bakteriím selektivní výhody.

Jsou přenášeny do jiných bakterií dvěma způsoby. U mnoha typů plazmidů se kopie přenášejí do dceřinných buněk během rozdělování buňky. Ostatní plazmidy však tvoří na buněčném povrchu struktury podobné rourkám (druh fimbrií), které při konjugaci bakterií (proces, při kterém si bakterie vyměňují genetické informace) přenášejí kopie plazmidů do jiných bakterií. Ukázalo se, že plazmidy slouží jako nástroje pro přenos určitých vlastností, jako je rezistence vůči antibiotikům a těžkým kovům, a faktory pro virulenci nezbytné pro infikování živočišných či rostlinných hostitelů. Možnost vložit do plazmidů specifické geny z nich tvoří účinný nástroj pro molekulární biologii a genetiku, zvláště v oblasti genetického inženýrství.

Bičíky (flagella, sing. flagellum) jsou vlasům podobné struktury. Nacházejí se na jednom nebo obou koncích bakterie, případně na celém povrchu. Pohybují se jako vrtule pomocí „motoru“ umístěného těsně pod cytoplazmatickou membránou, a tím pomáhají bakteriím, které je vlastní, v pohybu směrem k živinám, pryč od toxických chemikálií nebo v případě fotosyntetizujících sinic směrem ke světlu.

Struktura ukotvení bakteriálního bičíku

Copyright Dr. Gary Kaiser (URL 222). S laskavým svolením.

 

 

Fimbrie (pili, sing. pilus) jsou malé, chloupkům podobné útvary složené z proteinů. Vystupují z povrchu buňky a umožňují přichycení bakterií na jiné buňky nebo povrchy jako jsou zuby, vnitřnosti nebo skály. Bez nich mnohé patogenní bakterie ztrácejí schopnost infekce, protože se nejsou schopny přichytit k hostitelské buňce. Specializované sexuální fimbrie, umožňují při konjugaci buněk výměnu fragmentů plazmidové DNA.

Ribozomy (ribosomes) jsou mikroskopické „továrny“ nacházející se ve všech buňkách včetně prokaryontů. Překládají genetický kód z molekulárního jazyka nukleových kyselin do jazyka aminokyselin, stavebních prvků bílkovin. Bakteriální ribozomy jsou jsou podobné ribozomům eukaryontů, ale jsou menší a mají poněkud odlišné složení a molekulární strukturu. Bakteriální ribozomy se nikdy nevážou na jiné organely, jsou volně rozloženy v cytoplazmě. Mezi bakteriálními a eukaryotickými ribozomy jsou dostatečné rozdíly na to, aby některá antibiotika mohla inhibovat funkci bakteriálních ribozomů, ale nikoli eukaryotických. Mohou tedy zabíjet selektivně bakterie, ale nikoliv eukaryotické organismy.

Mesozomy (mesosomes).  V bakteriích se nacházejí váčkům nebo trubicovitým útvarům podobné membránové struktury nazývané mesozomy, tvořené zřejmě vchlípením plazmatické membrány. Elektronový mikroskop je zobrazuje jako sférické částice se strukturou podobnou ementálskému sýru. Tyto struktury se vyskytují častěji u Gram-pozitivních než u Gram-negativních organismů. Dříve se věřilo, že tvoří u bakterií cosi jako ekvivalent mitochondrií, přisuzuje se jim však mnoho dalších funkcí. V současné době neexistuje žádný uspokojivý důkaz o jejich speciální biochemické či fyziologické funkci. Studie preparátů v elektronovém mikroskopu naznačují, že mesozomy vznikají fixací artefaktů vchlípením membrány. Některá pozorování naznačují, že mesozomy mohou mít nějaký vztah k dějům souvisejícím s buněčným dělením.

Chromatofory – tylakoidy. Bakterie nemají chloroplasty. Místo nich obsahují chromatofory, což jsou membránové struktury, tvořené četnými záhyby plazmatické membrány. Chromatofory obsahují tylakoidy podobné rostlinným, které u některých bakterií obsahují chlorofyl. V těchto bakteriích probíhá fotosyntéza podobně jako u rostlin. Mnohé z nich se hojně vyskytují v oceánech, řekách a jezerech. Uvolňují kyslík, který umožňuje přežít vodním živočichům. Některé archebakterie mají odlišný typ fotosyntézy: místo vody využívají sirovodík  (URL223) a místo kyslíku uvolňují síru.

 

   

Sinice (URL 224) v elektronovém mikroskopu - na prvním snímku vlevo povrch cytoplazmatické membrány, vpravo vnitřní struktura (tylakoidy) obojí z rastrovacího elektronového mikroskopu, preparát připraven technikou mrazového leptání (freeze etching), na druhém snímku vlevo vnitřní struktura (tylakoidy, rovněž rastrovací elektronový mikroskop a freeze etching), vpravo struktura tylakoidů v prozařovacím elektronovém mikroskopu

 

 

Extrémně slanomilné halobakterie, nacházející se v solných plochách pouští, patří mezi fototrofní archea. Jejich červené membrány obsahují bakteriorodopsin, který má zcela jinou primární fotochemickou reakci než fotosyntéza založená na bakteriochlorofylu. Bakteriorodopsin se skládá z pigmentu retinalu, navázaného na membránový protein (opsin). Funguje jako jednoduché čerpadlo, které v cyklické fotochemické reakci přenáší přes membránu vodíkové ionty. Vzniklý gradient pohání enzymový komplex ATPázy, produkující ATP. Halobakterie však neprodukují glukózu. Podobný pigmentový komplex, proteorodopsin, byl nalezen i u mořských bakterií (eubakterií).

Příspěvek fotosyntetických bakterií a fototrofních archeí ke globálním tokům energie a uhlíku byl dosud považován za zanedbatelný. Poslední výzkumy však ukazují, že tento názor bude zřejmě nutno přehodnotit. (Vesmír 9, 2002, str. 505).

Granula – volutin (URL 225), bakteriální glykogen:  V cytoplazmě prokaryotických buněk se často nachází nějaký typ inkluzních granulí. Jsou to ohraničená granula, která mohou zabírat podstatnou část prostoru v cytoplazmě. Obvykle obsahují nějaký druh materiálu, například glycidy (glykogen), tuky, bílkoviny a polyfosfátová zrna (volutin). Zásoby uhlíku a energie mohou být uloženy ve formě glykogenu (polymeru glukózy). Inkluze polyfosfátu jsou zásobárnami PO4. Síru jako prvek ve formě globulí ukládají některá fototrofní prokaryota jako rezervu elektronů či litotrofní prokaryota jako zásoby energie. Některé inkluzní částice jsou ve skutečnosti membránou ohraničené měchýřky, které obsahují fotosyntetické pigmenty (bakteriofyl v chlorozomech zelených bakterií a fykobilin–proteinový (URL 226) komplex ve fykobilizomech sinic) nebo enzymy (karboxyzomy u mnoha autotrofních bakterií, kde tyto enzymy slouží jako místa pro autotrofní fixaci CO2). Některé vodní bakterie také obsahují v tzv. magnetozomech magnetit (Fe3O4), který jim slouží k orientaci při migraci podél siločár zemského magnetického pole.

 

Prokaryotické organismy se nacházejí ve všech prostředích, ve kterých je možný život. Pro růst svých buněk mají obvyklé požadavky na výživu. Mnohé z nich však používají zcela unikátní způsoby využití a transformace živin.

Prokaryotické organismy lze podle způsobu získávání energie a živin dělit:

 

1)    1)     Podle zdrojů uhlíku

               Autotrofní: Autotrofní organismy využívají jako zdroj uhlíku CO2 a energii získávají ze světla (fotoautotrofní organismy) nebo oxidací anorganických sloučenin (litoautotrofní)

               Heterotrofní: Heterotrofní organismy získávají uhlík pro růst z organických látek. Většina heterotrofních prokaryotů jsou saprofyty, což znamená že získávají živiny z mrtvých organismů. Saprofytické bakterie a houby v půdě zodpovídají za biologickou degradaci organického materiálu. Nakonec jsou organické molekuly degradovány až na CO2. Je však pravděpodobné, že organické látky, které nevznikají přirozenou cestou, nemohou být tímto způsobem degradovány.

2)    2)     Podle zdrojů energie

               Fototrofní: Fotosyntetizující prokaryota mění světelnou energii na energii chemickou, kterou využívají pro růst. Mnohé fototrofní bakterie jsou autotrofy, takže jejich role v uhlíkovém cyklu je analogická jako u rostlin.

               Chemotrofní: získávají energii oxidací redukovaných látek.

Tyto dvě skupiny fyziologických variant jsou u prokaryotů (na rozdíl od eukaryot) vzájemně kombinovatelné, takže bakterie mohou být

Organismy

Zdroj energie

Zdroj uhlíku

Fototrofní

světlo

 

  • fotoheterotrofní

světlo

organické látky

  • fotoautotrofní

světlo

CO2

Chemoorganotrofní

organické látky

 

  • chemoorganoheterotrofní

organické látky

organické látky

Chemolitotrofní

anorganické látky

 

  • chemolitoautotrofní

anorganické látky

CO2

 

 

-        -         fotoautotrofní: Většina fototrofních bakterií je autotrofních, takže jejich role v koloběhu uhlíku je analogická jako u rostlin. Do této skupiny patří prokaryotní sinice (URL 194), nacházející se také v mořském fytoplanktonu, kde svou fotosyntézou vytvářejí podstatné množství kyslíku obsaženého v biosféře.

                                                    

                                                                    Sinice a na akvarijních rostlinách (foto V. Pelikán, s laskavým svolením) (URL  58)

 

-        -         Fotoheterotrofní: Tento typ metabolismu se nevyskytuje u eukaryot, ale v oceánech existují fotosyntetické prokaryotické organismy, využívající jako zdroj energie světlo a jako zdroj uhlíku organické sloučeniny.  Patří mezi ně tzv. aerobní fototrofní bakterie (URL 193), které jsou schopny vypínat a zapínat fotosyntézu. Aby uspokojily svou potřebu metabolické energie, chovají se občas jako rostliny. Odhaduje se, že tvoří nejméně 11% všech mikrobů v blízkosti povrchu oceánů.

-        -         Chemoautotrofní (chemolitoautotrofní):  V ekosystémech hlubokomořských sopečných vývěrů (Vesmír 79, 327, 2000/6) žijí chemoautotrofní bakterie využívající různé redukované sloučeniny (Mn2+, Fe2+, H2, H2S) uvolňované z vývěrů jako hlavní zdroj energie. Tyto bakterie pak slouží jako zdroj organického uhlíku pro vyšší organismy, jako jsou například termofilní červi rodu Alvinella.

-        -         Chemoheterotrofní (chemoorganoheterotrofní): Jsou to parazitické bakterie. Některé (E. coli) žijí v zažívacím traktu zvířat. Jiné, např. Salmonella, jsou patogenní. 

 

viz URL 133

 

 

 

 

1.4.2. Eukaryotické buňky

se liší od prokaryotických buněk hlavně strukturou jádra. To vytváří samostatný kompartment, oddělený od cytoplazmy jaderným obalem. Jádro obsahuje více chromozomů. Jejich struktura je též složitější, protože se na ní podílejí – na rozdíl od prokaryotního chromozomu, uloženého volně v cytoplazmě – bílkoviny typu histonů, které vytváří spolu s DNA tzv. nukleoprotein.

Rozdíly (URL 145) mezi oběma typy buněk se však neomezují jen na buněčné jádro. Prokaryotické buňky jsou velmi chudé na membránové systémy a jsou zpravidla menší (obvykle několik mikrometrů). Také ribosomy prokaryotních buněk (tzv. 70S ribosomy) jsou menší než u buněk eukaryotních (tzv. 80S ribosomy). U prokaryotních buněk nebyly nalezeny komponenty cytoskeletu. Velmi odlišný je také mechanismus buněčného dělení.

 

Srovnání charakteristik prokaryot a eukaryot

Charakteristika

Prokaryota

Eukaryota

Organely

nepřítomny

přítomny

jádro

ne

ano

jadérko

ne

ano

Genetická informace

jediný chromosom

mnohočetné chromosomy

DNA

obnažená

spojená s proteiny

Množení buňky

dělení

mitóza a meióza

Syntéza proteinů

spřažená s transkripcí
v stejném kompartmentu

RNA se tvoří v jádře;
pak přenesena do cytoplasmy

Energetický metabolismus

anaerobní a aerobní

aerobní

Respirační enzymy

v plasmatické membráně

v mitochondriích

Buněčná stěna

přítomna

Chybí, ale je zde extracelulární matrix

Cytoskelet

ne

ano

Endocytóza nebo exocytóza

ne

ano

 

 

 

(URL 65)

 

Buňky s jádrem: Archezoa, Chromista, Protozoa, Fungi, Plantae, Animalia.

Pro studium struktury buněk je nutné barvení histologických preparátů nebo použití elektronové mikroskopie. V současnosti je mnoho možností studia na internetu. Lze použít vyhledávače (www stránky - viz seznam literatury).

 

1.4.2.1. Živočišné buňky

 

 

Živočich je heterotrofní eukaryotický mnohobuněčný organismus, v jehož vývoji se vyskytují nejméně dvě vrstvy buněk (stadium gastruly)

--                     Buňky jsou diferencovány k určitým úkolům do souborů (tkání)

--                     Tkáně mohou vytvářet orgány nebo soustavy orgánů zabezpečujících životní pochody a funkce živočicha, které spolu logicky souvicejí:

--                     Příjem a zpracování organické potravy (nutnost potravu v prostředí objevit, proto se vytvořily:)

--                     Dráždivost a orientace v prostředí (registrace potravy, partnera, nepřítele … vyžaduje:)

--                     Schopnost pohybu buď celého živočicha nebo jeho částí (Vlastnost pro živočichy charakteristická. Nepohybuje –li se živočich, pohybuje se prostředí, ve kterém žije)

--                     Vyšší nervová a duševní činnost (Není dána všem živočichům a zřejmě se nevyskytuje u jiných forem organizmů.)

--                     Složité vnitřní členění jak co do počtu buněk a jejich typů, tak i co do rozmanitosti tkání a orgánů. Povrch často jednoduchý.

--                     Schopnost reprodukce (Není výlučnou vlastností živočichů – je charakteristická pro všechny organizmy)

 

 

Mezi živočichy tedy dnes řadíme pouze organizmy mnohobuněčné. Metabolismem příbuzné živočichům jsou buňky prvoků (říše Protozoa).

Živočišné buňky, ač většinou vybaveny stejnými základními organoidy, jsou často v průběhu tzv. ontogenetického vývoje (vývoje jedince) velmi rozmanitě utvářené (diferencované) podle funkce, kterou v daných souborech buněk mají vykonávat.

Jsou různé velikosti. Krvinky člověka měří 5 -7 mikrometrů, žahavci mají některé buňky dlouhé až 100 mm, nervové buňky mají výběžky až několik m. Největší živočišná buňka je pštrosí vajíčko. Vnitřní prostor eukaryotických buněk je dělen biomembránami na celou řadu tzv. kompartmentů, čímž se rovněž liší od buněk prokaryotických.

 

                 

                                           krvinky člověka (URL 21)                                        vejce pštrosa Emu (převzato z URL 68)

 

Živočišná buňka je oddělena od okolí plazmatickou membránou. Uvnitř je metabolicky aktivní protoplazma, kterou v oblasti jádra nazýváme karyoplazmou a mimo jádro cytoplazmou. Kromě protoplazmy buňka obsahuje rozpuštěné zásobní, případně odpadní látky. Jsou-li nerozpuštěné, nazýváme je inkluze.

 

Protoplazma obsahuje cytosol (dříve základní cytoplazma), organoidy ( tj. funkční buněčné struktury, též zvané organely) a cytoskelet.

 

 

Rozdíly mezi buňkami mnohobuněčných Eukaryot:

 

Rostliny: Buněčná stěna (celulóza a pod.), vakuoly jako metabolicky aktivní membránová struktura, chloroplasty, nemají lysozomy, místo dělícího tělíska mají cytocentrum, (symplast a apoplast, diplo- nebo polyploidní). Zásobní látka - škrob.

 

Houby: buněčná stěna (chitin), vakuola, často haploidní, ale i diploidní formy existence. Zásobní látka glykogen.

 

Živočichové: Bez buněčné stěny (s výjimkami - vejce), mají centriol.

Nejsou zde metabolicky aktivní vakuoly, jen tukové či turgorové ve struně hřbetní, diploidní forma existence, zásobí látka glykogen.

stavba eukaryotické buňky

A)                                                                         B)

Stavba eukaryotické buňky (Rozsypal, 1994).

A) Schéma živočišné buňky:
a - lysozóm, b - sekreční váček, c - plazmatická membrána, d - Golgiho komplex, e - desmozóm, f - centriol,
g - endoplazmatické retikulum, h - jádro, i - jadérko, j - chromatin, k - ribozómy, l - mitochondrie, m - základní cytoplasma.


B) Schéma rostlinné buňky:
a - vakuola, b - váček, c - plazmatická membrána, d - diktyozóm (Golgiho tělísko), e - plastid, f - plazmodesm,
g - endoplazmatické retikulum, h - jádro, i - jadérko, j - chromatin, k - ribozómy, l - mitochondrie, m - základní cytoplasma, n - buněčná stěna.

 

 

 

1.5. Struktura živočišné buňky:

a) Podle tradičního dělení v buňce rozeznáváme

1. Cytosol

2. Funkční buněčné struktury

3. Buněčné inkluze

 

1.        1.          Cytosol

Cytoplazmu lze charakterizovat jako základní tekutou složku buňky, tvořenou směsí koloidních a krystaloidních roztoků anorganických a organických látek. Její hlavní funkcí je vytvářet vhodné prostředí pro činnost všech buněčných organel a výměnu látek mezi nimi. Je sklovitě průhledná, čirá, jednolomná (výjimečně dvojlomná - panožky Rhizopod), viskozita je proměnlivá podle množství koloidů a vody. Při povrchu buněk bývá její hustota vyšší a bývá v ní méně organel (hyaloplazma), uvnitř buňky bývá řidší a s větším množstvím organel (granuloplazma). Je slabě kyselé až neutrální povahy, pH kolem 6,8 (3,8 – 7,0). Z biochemických pochodů v ní probíhá částečně přeměna bílkovin, štěpení cukrů (anaerobní glykolýza aj.) a přeměna tuků. Světelná mikroskopie umožňuje rozlišit tzv. hyaloplasmu a granuloplasmu (URL 67)

Hyaloplazma – hustá, bezstrukturní, sklovitá hmota (ektoplazma), která neobsahuje organoidy.

Granuloplazma – (endoplazma) se nachází zpravidla blíže ke středu buňky, v okolí jádra, zrnitost v optickém mikroskopu je dána přítomnosti organoidů (ER, ribozomy, mitochondrie).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(viz též URL 67)

 

Struktura cytoplasmy je určena prostorovým sestavením makromolekul cytosolu a je v neustálém proměně. Podle vnějších pozorování tradičními histologickými metodami lze rozlišit tři typy cytoplazmy: vláknitou, hyalinní a granulární.

 

Tyto tři typy cytoplasmy se liší prostorovým uspořádáním globulárních makromolekul:

1.    1.     – lineární seřazení globulí (vláknitá struktura cytoplasmy)

2.    2.     – plošné spojení globulí (vločkovitá struktura cytoplasmy)

3.    3.     – prostorové uspořádání globulí (zrnitá struktura cytoplasmy

 

Látkové složení základní cytoplazmy:

Je značně proměnlivé v čase. Lze je jen odhadnout, neboť stanovení kvantitativního složení základní cytoplazmy je metodologicky náročné: Není totiž možno izolovat větší množství čisté cytoplazmy zbavené organoidů v ní obsažených. K určité představě o jejím složení lze dospět odečtením látkového složení jednotlivých organoidů od látkového složení buňky jako celku. Samotné organoidy je totiž možné izolovat. Přibližné procentuální zastoupení jednotlivých látek v cytoplazmě je následující: 

60% vody, 4,3% minerálních látek, 35,7% organických látek.

Glycidy - 6,2%, lipidy 11,7%, bílkoviny (proteiny) 17,8% a to: albuminy, globuliny, aminokyseliny, fosfolipoproteiny), nukleotidy, ADP a ATP, barviva (glycidy).

 

Cytoplasmu nelze charakterizovat jako tekutinu ani jako tuhou látku. Jedná se o různorodý koloidní systém prostoupený měnící se sítí vláken a tělísek. Z fyzikálního hlediska je pro ni charakteristické dvojí skupenství koloidů: gel a sol (URL 69). Jejich vzájemná přeměna je v cytoplazmě zvratná – závisí na vzniku a zániku vazeb mezi jednotlivými částicemi systému. Gel je charakteristický pro soustavy vláknitých micel, stav solu pro soustavu micel globulárních. V hyaloplazmě převládá gelová struktura koloidů, v granuloplazmě skupenství solu.

 

V základní cytoplazmě probíhá: přeměna bílkovin a ribonukleových kyselin, štěpení polysacharidů, zmýdelňování tuků.

Hyaloplazma - udržuje tvar buňky a spolu s cytoplazmatickou membránou se podílí na zajištění výměny látek mezi buňkou a prostředím. Přesuny živin uvnitř buňky, umožňuje je i existence organoidů. Změna viskozity - astrosféra + centriol (v době mitózy).

 

2. Funkční buněčné struktury (buněčné organoidy, organely)

Jsou to ohraničené struktury charakteristických tvarů nacházející se uvnitř buňky, které zastávají v buňce specializované úkoly významné pro  plnění  životních funkcí.

 

3. Buněčné inkluze jsou tělíska nebo kapénky rezervních nebo odpadních látek. Samy o sobě se nemohou podílet na životních pochodech, neboť jsou chemicky inaktivní. Pokud se zapojují do biochemických pochodů, děje se tak pod vlivem látek přítomných v okolní cytoplazmě.

 

 

 

b) Podle výsledků elektronové mikroskopie  lze v živočišné buňce rozlišit následující organoidy:

 

 

  1. buněčné obaly (m)                               (m = membránový organoid)

  2. jádro (m)

  3. jadérko

  4. mitochondrie (m)

  5. endoplazmatická síť  (m)

  6. ribozómy

  7. dělící tělísko (centrozóm)  centriol

  8. lysozómy (m)

  9. Golgiho komplex (aparát) (m)

10. mikrotělíska (m)

11. cytoskelet (buněčné fibrily, mikrotubuly)

12. buněčné inkluze (metaplasma)  (m – někdy) (zásobní látky)

13. peroxizómy (m)

 

 

 

                                                                                                                                                                                                          

 

1.5.1. Buněčné obaly

 Cytoplazmatická membrána - jemná optickým mikroskopem neviditelná hraniční blanka, přítomná u všech buněk.

 Morfologická membrána - buněčná stěna - silnější, zevně uložena, mikroskopem dobře patrná. Typická pro buňky rostlin, u živočichů se vyskytuje vzácně (vejce plazů nebo ptáků, jednostranně u kutikuly, u Protozoí).

 

 

1.5.1.1. Cytoplazmatická membrána

(plazmolema, fyziologická blána buněčná): Tvoří rozhraní mezi buňkou a prostředím mimo buňku. Je to  polopropustná (dnes spíše selektivně propustná) blána, která umožňuje osmózu a vzhledem k možnosti pronikání určitých iontů je selektivně propustná, tj. dochází k asymetrii v rozložení látek mezi buňkou a prostředím.

Podle současných představ je tvořena dvěma vrstvami kolmo k povrchu buňky orientovaných molekul tukových látek a vně i uvnitř k nim pevněji či volněji vázanými vrstvami bílkovin (lipoproteinová membrána). Podobné jsou i ostatní biomembrány v buňce.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cytoplazmatická membrána (URL 70)

 

Morfologické diferenciace CPM  (URL 72) - kinocilie, stereocilie, mikroklky, bazální labyrint epitelů aj.

Bílkovinné makromolekuly mohou být na lipidové dvojvrstvě cytoplazmatické membrány

a)    a)     vázané na povrchu,

b)    b)     vklíněné uvnitř,

c)     c)      prostupující membránu, kterou tvoří dvojvrstva tzv. fosfolipidů.

Mohou se zde vázat i cerebrosidy a steroidy (cholesterol)

Hydrofilní části tuků: zbytek kyseliny ortofosforečné, cholin, kolamin, glycidy

Hydrofóbní části - zbytky mastných kyselin

Struktura fosfolipidu (fosfatidilcholin) různým způsobem vyjádřená (Bruce a kol., 1998)

 

Tři skupiny membránových lipidů.

Vpravo příklad fosfolipidu (fosfatidilserin), uprostřed cholesterol, vlevo glykolipid. Růžově označená jsou místa umožňující další vazby.

 

Asymetrie lipidové dvojvrstvy

Vnější a vnitřní vrstva cytoplazmatické membrány se od sebe svým složením poněkud liší:

-        -         uvnitř se nachází jiný poměr fosfolipidů a glykolipidů vež ve vnější vrstvě

-        -         membránové proteiny mají specifickou orientaci

 

Membránové lipidy nejsou v buňce rozloženy rovnoměrně po obou stranách membrány.  Nejpřesvědčivější důkaz této skutečnoti poskytuje membrána erytrocytu, jejíž všechny cholinové fosfolipidy (fosfatidylcholin a sfingomyelin) jsou umístěny na vnější straně a aminofosfolipidy (fosfatidyletanolamin a fosfatidylserin) jsou umístěny na cytoplazmatické straně membrány. Tato asymetrie je aktivně udržována tzv. na ATP závislou „flipázou“, která převrací fosfolipidy na správnou stranu membrány.

 

 

Asymetrie membrány (URL 73) má pro život buňky velký význam. Ztráta této asymetrie hraje například velkou roli v procesu aktivace krevních destiček a srážení krve. Aktivace krevních destiček má za následek vystavení fosfolipidů anionického charakteru, zvláště fosfatidylserinu, na jejich povrchu. Stejně tak jsou tyto molekuly fosfatidylserinu vystaveny na povrchu zestárlých erytrocytů. To je signálem pro rozpoznání makrofágy. Buňky, u nichž probíhá apoptóza (= programovaná buněčná smrt) vystavují totiž na vnější straně své plazmatické membrány velké množství molekul fosfatidylserinu, zatímco u buněk nepodléhajících apoptóze se takřka všechny molekuly fosfatidylserinu nacházejí ve vnitřní vrstvě membrány. Tato asymetrie v distribuci fosfolipidů může také ovlivňovat aktivitu enzymů. Mnohé v cytosolu obsažené proteiny se totiž vážou na plazmatickou membránu pomocí elektrostatické interakce s fosfolipidy nesoucími elektrický náboj (fosfatidylová kyselina, fosfatidylinositol a fosfatidylserin).

 

 

Cytoplazmatická membrána (URL 71) a jiné membrány v buňce (biomembrány) mají při fyziologických teplotách tzv. "fluidní" charakter - jednotlivé složky membrány i bílkoviny se mohou pohybovat po povrchu, pokud nejsou vázány na vnitrobuněčné struktury.

Charakterizujíce CPM hovoříme o modelu tekuté mozaiky - viz URL 70 (Fosfolipiody bakteriálních CPM si mohou vyměnit souseda až desetmilionkrát za sekundu a pohyb na druhý konec buňky stihnou přibližně za 1 sec.)

Tekutost CPM (a ostatních biomembrán) je základní podmínkou jejich bezporuchových funkcí, např. i z hlediska imunitních reakcí. Je ovlivňována i obsahem cholesterolu. U některých typů buněk (např. epitely, kde jsou buňky polárně orientovány) nebo u určitých organoidů se setkáváme s omezenou fluiditou.

Eukaryotická buňka je biomembránami rozdělena na řadu membránových compartmentů. V živočišných buňkách tvoří podíl membrán až polovinu objemu buňky. Celkový povrch biomembrán je údajně velmi vysoký, např. u hepatocytu (jaterní buňky) je to až 0,11 mm2.  Z toho samotná CPM zaujímá jen asi 2%.

 

 Model tekuté mozaiky (převzato z URL 178)

 

V membráně se nachází celá řada tzv. membránových bílkovin, které v různé formě membránou prostupují, nebo jsou do ní z jedné či druhé strany vklíněny. Na bílkoviny vně buňky vážou se ještě zbytky tuků nebo sacharidů a vytvářejí komplex zvaný glykokalyx. Ten představuje „tvář“ buňky a determinuje její funkční schopnosti. Uvnitř se mnohé membránové bílkoviny váží na cytoskelet nebo souvisejí s biochemicky aktivními látkami.

 

Model CP membrány. Nahoře extracelulární, dole intracelulární prostor. Proteiny  bývají asociovány s vnější nebo vnitřní vrstvou nebo jde o bílkoviny transmembránové. Na ně se mohou vázat další látky (např. cukry aj.) podle vazebných míst (adresy) proteinů. Tím vzniká charakteristický glykokalyx buňky a místa pro registraci podnětů, ať již fyzikálních, chemických, či biologických.

 

Proteiny v CPM zajišťují:

1. usměrněný transport,

2. katalýzu membránových reakcí,

3. vazbu glykokalyxu vně buňky,

4. spojení mezi glykokalyxem a cytoskeletem uvnitř buňky,

5. tvoří receptory pro příjem chemických signálů

 

Membránové proteiny tedy, obecně řečeno, zajišťují tok látek, energie a informací mezi vnějším prostředím a buňkou.

Ve vnější vrstvě plazmatické membrány se nachází glykolipidy. Většina bílkovin v membráně jsou glykoproteiny, ke kterým jsou připojeny krátké řetězy molekul cukru (oligosacharidů). Proteoglykany jsou membránové proteiny, ke kterým je připojen jeden nebo více dlouhých polysacharidových řetězců. Všechny uhlovodíky z glykoproteinů, proteoglykanů a glykolipidů, nacházející se na vnější straně plazmatické membrány, tvoří cukerný povlak zvaný glykokalyx. Ten chrání povrch buňky před mechanickým a chemickým poškozením a činí jej kluzkým tím, že adsorbuje vodu. Prokázány byly i další látky: Ca2+, RNK... Podle složení se mění vzhled i funkce membrány. Její síla je asi 7,5 nm (6-20 nm).

                                                                                                                                                                                              

1.5.1.2. Průchod látek membránou (hypotézy)

1.      Prostou difúzí (kterou buňka nereguluje) - po koncentračním spádu.

Tímto způsobem pronikají přes CPM  plyny, molekuly lipofilní povahy (uhlovodíky, např. benzen, mastné kyseliny, organické kyseliny, etery, steroly, malé neutrální hydrofilní molekuly, které nejsou nabité - voda, alkoholy, močovina). Rychlost difúze určité látky závisí např. na jejím koncentračním spádu na obou stranách biomembrány. ale i na teplotě nebo velikosti molekuly. Difúze probíhá do vyrovnání koncentrace.

 

D=K.1/√M,             proto látky o malé molekulové hmotnosti difundují rychleji.

 

Bez problémů procházejí plyny. (Důležité pro dýchání!)

Také lipofilní látky rozpustné v tucích projdou mezerami mezi bílkovinami a střední vrstvou bez problému, bez ohledu na velikost molekul. Čím méně rozpustné v tucích, tím pomaleji difundují membránou. Protože však procházejí i látky hydrofilní,  existuje domněnka o existenci jemných pórů vyplněných vodou. Takto procházejí některé ionty a některé část aminokyselin, jednoduché cukry a nízkomolekulární bílkoviny.

V průniku látek cytoplazmatickou membránou hrají významnou roli tzv. transmembránové kanály. Jsou vytvořené specifickými proteiny, které umožňují průnik látek hydrofilních, v tucích nerozpustných. (Např. iontové kanály pro Na+ a K+ v membránách nervových buněk.) Na průchod není nutné dodávat energii. Některé jsou otevřené stále, jiné jen občas. Jejich funkci lze regulovat.

Elektrolyty jsou při pronikání membránou ovlivněny elektrickými náboji pórů membrány.  Ty mohou být totiž vystlány buď kladně nebo záporně nabitými funkčními skupinami bílkovinných vrstev, které ze svého okolí přitahují opačně nabité ionty a tak urychlují jejich pronikání membránou. Protože v membráně převažují pozitivní náboje, vstupují anionty do buňky snadněji než kationty. Schopnost iontů pronikat plazmatickou membránou však klesá se stupněm ionizace. Slabé kyseliny a zásady pronikají lépe než silné. Jednomocné kationty pronikají snadněji než vícemocné. U prvků stejného mocenství je jejich prostupnost membránovými póry omezena velikostí hydratovaných iontů.

 

Vliv nábojů v obalu póru: přitahují opačně nabité ionty a urychlují tím jejich průnik membránou. Převaha pozitivních nábojů znamená, že- anionty snadněji pronikají, převaha kationtů - pokles se stupněm ionizace. Slabé 1-mocné lépe. Kationty - vliv pláště v hydratovaných iontech. Snadnost v pronikání (postupně klesá): NH4+, K+, Na+, Li+ Mg2+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, CNS-, I-, NO3, CL-.

Difúzní koeficient

D = K . 1 /√ M

tj. menší molekuly difundují rychleji.

 

Transport přes membránu prostou difuzí (URL 74)

Nepolární látky procházejí volně přes CPM, polární, hydrofilní (ionty) prostřednictvím iontových kanálů.

 

 

2. Usnadněnou difúzí. Při ní dochází k dočasnému spojení přenášené látky s tzv. "nosičem".  Komplex je rozpustný v lipoidní vrstvě membrány a šíří se jí po koncentračním spádu bez potřeby energie. Tento proces je vysoce specifický. Pasívní přenašečový transport je tzv. "usnadněná difúze". Tímto způsobem se přenášejí např. aminokyseliny, monosacharidy, disacharidy, fosfátové ionty. Přenos je někdy specifický, jindy nespecifický. Transmembránová bílkovina váže přenášenou látku a jakýmsi způsobem ji dostane přes membránu. Snad to souvisí se změnou terciární nebo kvartérní struktury proteinu. Látky pronikají po koncentračním spádu bez potřeby energie.

 

3. Aktivní transport vysvětluje nerovnoměrné rozložení látek uvnitř a vně buněčné membrány.. Přenašeči (enzymy) zachytí molekulu vně a přenesou ji i proti koncentračnímu spádu dovnitř. Tento proces vyžaduje energii, a tedy spotřebovává ATP syntetizovaný v mitochondriích.  Jedná se o vysoce selektivní proces, který je omezen na určité úseky membrány.

Aktivní transport je proces, kdy jsou přenášeny přes membrány látky proti koncentračnímu spádu za účasti transmembránového proteinu a za spotřeby energie. Jedná se tedy o proces působící v opačném směru než jednoduchá či usnadněná difuze.

Rozeznáváme 3 typy aktivního transportu: membránové pumpy, endocytóza a exocytóza.

 

Na vazbu přenášené látky z prostředí mimo membránu je třeba energie. Nahoře – nižší koncentrace iontů žádaných uvnitř buňky, kde je jejich koncentrace vyšší (Podobně pracuje např. protonová pumpa v membránách lysozómů. Transportem protonů dobnitř váčku se okyselí vnitřní prostředí a aktivují trávící enzymy.) (URL 76)

 

 

a) Sodíko-draslíková pumpa

Má za cíl udržet potřebné koncentrace Na+ a K+ iontů uvnitř buňky a mimo buňku. Běžně se sodík dostává do buňky snadno a jeho koncentrace převyšuje potřebu, zatímco draslík zůstává spíše mimo buňku, avšak je zde potřebný. Proto běžně

2K+- čerpány do buňky, 3Na+ - čerpány z buňky za spotřeby 1 ATP. Změny koncentrace iontů v intra- a extracellulárním prostředí umožňují rovněž vznik elektrického potenciálu a např. vedení vrzruchu po membráně nervové buňky nebo svalového vlákna.

b)    b)     Protonové (H+) pumpy (umožňují přesun protonů přes membrány. Tím se buď vytvoří protonový gradient sloužící k jako zdroj energie k jiným reakcím (mitochondrie), nebo se vnitřní prostředí okyselí a tím se aktivují příslušné enzymy (lysozomy).

c)    c)     Ca2+ pumpa v membránách svalového vlákna umožní měnit koncentraci v extramembránovém prostoru a tím následné reakce v cytoskeletu,

b) Vstřebávání živin v trávicí soustavě střevním epitelem

c) (Vylučování) vstřebávaní odpadních látek z krve exkrečními epitely v ledvinách, zpětná resorbce H2O, glukózy, aminokyselin v kanálcích nefronu.

Přenašeči - permeázy - transportní ATPázy

 

 

Na-K pumpa: za spotřeby 1ATP se přes membránu přenesou 3 ionty Na+ ven a 2 ionty K+ dovnitř buňky. (Potassium - draslík, inside - uvnitř, outside- venku). (URL 76)

 

 

 

Sekundární aktivní transport – (URL 177)

jde o spřažení dvou pochodů, kdy jeden potřebuje dodání energie a druhý těží z takto vniklého koncentračního gradientu (synport a antiport). Příkladem může být stejnosměrný přenos glukózy (potřeba ATP) a Na+ ve střevní sliznici.

 

 (převzato z URL 75)

Sekundární aktivní transport:

1.     1.      Využívá podobné proteiny jako usnadněná difuze

2.     2.      Spojuje pohyb několika různých molekul  do jednoho cyklu

3.     3.      Kotransport přenáší dvě nebo více molekul přes membránu stejným směrem

4.     4.      Opačný transport (counter transport) přenáší molekuly v opačných směrech

5.     5.      Gradient vzniklý transportem jedné molekuly může být příčinou pohybu jiné molekuly proti jejímu vlastnímu gradientu

6.     6.      Normální aktivní transport (Na-K ATPáza) vytváří silný gradient Na, který naopak umožňuje mnohé mechanismy sekundárního aktivního transportu (např. kotransport Na a glukózy)

 

 

Skupinová translokace -

jde o pochody, při nichž je transportovaný substrát chemicky změněn. Přenašeči jsou enzymy, které se na vnější straně s přenášenou látkou váží a tuto pak na vnitřní straně uvolňují jako produkt chemické reakce. Energie na proces se získává z této chemické reakce. Takto jsou transportovány disacharidy ve sliznici tenkého střeva, které jsou hydrolýzovány na monosacharidy, jež jsou uvolňovány dovnitř buňky.

 

 

 

Obecně cytózy (splývání CPM buněk a váčků dovnitř nebo ven)

 

1. endocytózy - dovnitř

a)      a)        fagocytóza –

-    Pohlcování velkých částic nebo i celých buněk (objevil ji Mečnikov u bílých krvinek)

-    Výživa prvoků, živočišných hub a láčkovců.

-      -       Obranný mechanismus - fagocytovány jsou škodlivé částice i mrtvé buňky -makrofágové (histiocyty), nebo bakterie - mikrofágové (neutrofilní granulocyty)

b)  b)   pinocytóza - zachycování drobných kapének tekuté potravy buněčným povrchem a transport dovnitř v podobě pinocytózních váčků. Po asimilaci zbytky jsou vypuzeny exocytózou.

c)   c)   endocytóza s účastí receptorů (adaptiny - urychlení koncentrace přenášené látky a klatriny (URL 175, URL 179) – soudržnost váčků),

 

Clathrin is essential for sorting and transport within the cell. Tom Kirchhausen and his colleagues solved the crystal structure of the foot of clathrin, a protein involved in receptor-mediated endocytosis. The overall clathrin molecule consists of three legs radiating from a central hub.

(převzato z URL 181)

 

 

 Klatrinové váčky. Převzato z URL 180

 

 

2. exocytózy – látka se dostává mimo buňku

-        -         roztoku (produkt buňky)

-        -         pevné částice (nestrávené zbytky)

(URL 81) Příklad exocytózy (vlevo) a endocytózy (vpravo) umožněných splýváním membrán.

 

3. transcytózy ( Např. pinocytóza - buněčné pití - na jedné straně pinocytózní váčky jsou buňkou přijaty a na druhé straně opět vyloučeny. Projdou bez změny. Viz URL 182)

 

Obrázek ukazuje soustavu tří polarizovaných buněk epitelu

Pinocytózní váčky vznikající na jedné straně buňky vyloučí svůj obsah na druhé straně buňky.

Viz též:

 

image

Převzato z URL 82

 

4. syncytózy

splynutí membrán celých buněk – syncytia (URL 183) –  např.vznik svalového vlákna žíhané svaloviny. Vznikají někdy také v důsledku virové infekce:

The process of syncytium formation

 

 

5. tunelující nanotrubičky

V poslední době byl objeven nový druh komunikace mezi živočišnými buňkami, tzv. tunelující nanotrubičky. Mohly by být živočišnou obdobou rostlinných plazmodesmů Jejich průměr je 50 – 200nm, délka několik buněčných průměrů. Jsou schopny zprostředkovat kontakt mezi buňkami. Obsahují aktin, který se podílí i na tvorbě cytoskeletu. Viz (8), nebo též URL 217, URL 218 URL 219.

 

1.5.1.3. Morfologická membrána

Je nutná při požadavku na pevnost buňky. Na rozdíl od CM jsou morfologické membrány volně propustné. Typické jsou pro rostlinné buňky - celulóza. (URL 77).

 

U živočichů: na povrchu vaječných buněk (sliz u obojživelníků),

na povrchu těl prvoků (i uvnitř),

na vnějších stranách krycích (a výstelkových) epitelů (chitin, tunicin).

 

Claude's research

 

 

 

 

 

 

 

 

Buňky hub obklopuje buněčná stěna. Není to pouze inertní vnější vrstva,ale hraje důležitou roli ve fyziologii hub: v morfogenezi, transportu metabolitů, sekreci proteinů, signalizaci a kontaktu mezi buňkami. (URL 79)

 

                                                                                                                                                                                               

1.5.1.4. Mezibuněčné hmoty

Jde o výměsky buněk, které mají buňky buď mechanicky chránit nebo vytvářejí charakteristiku tkáně.

Příklad velkého množství mezibuněčných hmnot např v chrupavce, kde během diferenciace buněk směrem - mesenchym – chondroblast – chondrocyt - dojde k vyloučení mezibuněčných hmot (matrix) do prostoru kolem buněk. Jádra patří chondrocytům, cytoplasma slabě ohraničena a zbytek vyplněn mezibuněčnou hmotou.Viz též  (URL 80)

 

                    

1.5.2. BUNĚČNÉ JÁDRO

                                                      

(Karyon, nucleus, vesicula germinativa) se nachází téměř ve všech živočišných buňkách.

Tvar bývá velmi rozmanitý - kulovitý, oválný, protáhlý, tyčkovitý, rohlíčkovitý, rozvětvený, ~sluchátka~-činkovitý, korálkovitý.

Uloženo zpravidla ve středu buňky, jinak tomu u vajíček, tukové buňky, svalového vlákna.

Haberlondtovo pravidlo: jádro leží v místě nejintenzivnějšího metabolismu.

Velikost jádra závisí na stáří a funkci buňky, staré buňky mají menší jádra než mladé, žlázy mají velká jádra (asi podle poměru euchromatinu a heterochromatinu).

 

Korelace jádro-plazmová - N/P = K

(N = hmota jádra, P = hmotnost základní cytoplazmy, K = konstanta)

Polyploidní buňky mají velká jádra a jsou i větší.

Korelace jádro-plasmová neplatí v době rýnování vajíček

 

Počet - jedno i více jader - plasmodia (mitózy uvnitř buňky), syncytia (splynutí buněk)

Dvojjaderné buňky nálevníků - i rozdílné funkce – makronukleus (vegetativní), mikronukleus (generativní, genetická).

 

Hlavní části jádra :

1. Jaderná membrána

2. Jaderná šťáva

3. Chromatin (zrnitý a vláknitý)

4. Nukleoskelet

5. Jadérko (i více) – samostatná organela

TEM of a Cell Nucleus 

Struktura jádra eukaryotické buňky. Jaderná membrány (nuclear envelope), jadérko – nucleolus.

 

Jaderná membrána (karyolema, karyoteka)

je tvořena lipoproteinovými vrstvami. Je silnější než CM, jednotkové membrány jsou 2 a mezi nimi se nachází perinukleární prostor (20-100 nm). Karyolema - selektivně propustná s mechanismem usnadněné difúze a aktivního transportu. V membráně se nacházejí otvory (20-50 nm), tvořené specifickými proteiny – poriny. Jsou nutné zejména pro průchod makromolekul RNK (t-, m-, r-).

  (URL 92)

 

Karyolymfa (jaderná šťáva), základní hmota, v niž je rozptýlen

chromatin ve tvaru zrnéček nukleových kyselin. Je-li DNK svinutá v komplexu s barvitelnými bílkovinami, tvoří barevné nebo v EM snímcích tmavé skvrny tzv. heterochromatinu. Úseky DNK rozvinuté, k přepisu genetické informace tvoří nebarvitelné nebo špatně barvitelné, v EM snímcích světlé oblasti, tzv.  euchromatin.

 

Karyoskelet – proteiny (laminy) zpevňující zevnitř karyoteku a umožňující fixaci jednotlivých úseků nukleových kyselin. Uplatńují se též při buněčném dělení, kdy se rekonstruuje jaderný obal.

 

Jadérko (nucleolus) - 1 či více světlolomných tělísek – viz dále

Ribozomy - též v jádře zjištěné.

Chromozómy - vznik v době dělení jádra (kromě polytenních chromozomů, ty jsou v jádře přítomné v interfázi).

 

Chemické složení jádra

DNK (chromatin), klidový stav mimo dělení, RNK poblíž chromocenter v chromatinu - dynamický stav – při přepisu informace.

DNK + histony (nukleohistony) = bílkoviny, nebo protaminy ve spermiích sledů.

Jiné bílkoviny: globuliny (fermenty), kyselé bílkoviny (vazba s RNK), fibrilární a nerozpustné bílkoviny (kolageny - pevné struktury jádra), Lipidy - fosfatidy, steroly.

 

Funkce jádra

Genetická - (replikace DNA) - uchování genetické informace v DNK. Při dělení buňky dojde k rozdvojení DNK a její resyntetizaci ve fázi klidové (aktivace některých úseků DNK - biochemické procesy).

Metabolická - řídí některé metabolické procesy buňky (syntéza RNK, glycidů, ATP, enzymů). Buňky s vysokou úrovvní metabolismu mají špatně barvitelná, světlá jádra.

 

1.5.3. Jadérko (nucleolus)

Kulovitý, silně světlolomný útvar, sestavený ze zrn podobných ribozomům. Řetězovitě spojení zrn ve vláknitou hmotu - nukleolonema. Prostor je vyplněn řidší (pars amorpha) hmotou. Povrch bez membrány.

Převažují RNK a bílkoviny (histony a globuliny), z tuků se vyskytují fosfatidy.

Funkce: tvorba r-RNK, potřebné k syntéze bílkovin v podobě robozomů, účastní se regulace buněčného dělení. V době dělení buňky na některých chromozomech tzv.organizátory jadérka, jinak mizí.

Počet jadérek - 1-2, někdy více. V oocytech obojživelníků stovky jadérek. Podle metabolické aktivity buněk lze rozlišit i několik typů jadérek (vytváří se v nich materiál na ribozómy, související s proteosyntézou).

Uložení - uprostřed jádra nebo u jaderné membrány, velikost asi 1 mm.

 

 

Vyvíjející se žabí oocyt (nahoře) má světle zbarvené jádro a mnoho jadérek. Zralý oocyt má jádro klidové, dobře barvitelné a jadérka redukovaná. VP

 

 

1.5.4. Mitochondrie (URL 83)

Schematic diagram of a mitochondrion (převzato z URL 84)

 

Zrnité, oválné, vláknité útvary, velikost 0,5 x 7 μm.

V cytoplazmě 50-5000. Velmi důležité organoidy. Dvojvrstevné lipoproteinové pouzdro. Vnitřní stěna se vychlipuje do tzv. cristae mitochondriales - neúplné přepážky nebo tubuly. (Údajně jsou typické pro organismus, avšak u člověka mají mtch. produkující steroidní hormony místo krist protáhlé tubuly, což svědří to tom, že organismus je schopen mitochondrie ovlivňovat.)

Vnitřní prostor (matrix) - základní hmota, v ní někdy mitochondriální tělíska - podobná ribozómům.

Zjištěné látky: bílkoviny enzymatické povahy (65-70% sušiny)

lipidy (25-30% sušiny)

NK (3% sušiny)

vitaminy

ADP, ATP

glycidy

anorg. kationty K+, Fe2- aj.

Funkce - probíhá v nich oxidativní fosforylace - štěpení cukrů až na CO2 a H2O, též štěpení tuků a také aminokyselin.

Továrny na energii, kterou váží do ATP.

ADP + H2PO4 + 12.000 cal/mol = ATP + H2O a zpět

Vnější membrána - volně propustná pro ionty, aminokyseliny, cholesterol + fosfolipidy, ADP, ATP, sacharózu.

Vnitřní membrána je propustná jen selektivním transportem – obsahuje více bílkovin + kardiolipin.

Uvnitř vnitřní membrány se nacházejí tzv.oxizómy: tělíska s enzymy dovolující transport elektronů (cytochromoxidáza aj.). Na membráně se nacházejí tzv.elementární tělíska tvaru malých houbiček. Jde o enzymy umožňující transport protonů a syntézu ATP. Působením protonových pump vzniká na vnitřní membráně protonový gradient jehož vyrovnáním se aktivuje dýchací řetězec. Ten je umožněn již zmíněnými enzymy (cytochromy), které umožní vazbu P do makroergických fosfátových vazeb (ATP). (Komplexní reakce se účastní vnitřní membrána i povrch matrix.)

Matrix -vnitřní vrstvy - biosyntetické reakce.

Vnější membrána - syntéza i odbourávání fosfolipidů, metabolismus tuků.

Možná existuje i vztah mitochondrií k metabolismu vody.

 

 (URL 106)

 

Součet MTCH = centrum dýchacích pochodů buňky.

Množení mitochondrií: pučení, životnost několik dnů.

Genetický systém MTCH: DNK, RNK, mitoch. tělíska (ribozómy), semiautonomní organoidy. Dědění mitochondrií: po mateřské linii pohlavních buňek.

 

                                                                                                                                                                                                       

 

1.5.5. Endoplazmatické retikulum (ergastoplazma)

Soustava kanálků a dutých lamel prostupujících hustě základní cytoplazmu.

Stěny - jednotková membrána, 5 nm. Povrch někdy pokryt drobnými ribozómy, jindy hladký - hladké a drsné ER.

 

 

  

 

   Hladké a drsné endoplazmatické retikulum (URL 92)

 

Funkce

- syntéza bílkovin, tuků, glykogenu. V drsném ER bílkoviny, v hladkém tuky a glykogen.

- vnitrobuněčný transport napojení na povrch buňky i na jadernou membránu.

- cisterny pro Ca2+ ionty ve svalových vláknech (hladké ER).

Složení - lipoproteinová membrána +RNK + enzymy.

00731.jpg 

Trojrozměrné schéma endoplazmatického retikula (převzato z URL 194)

 

Drsné EPR  - membrány s ribozómy – syntéza proteinů (dole jádro s karyotékou)

 

1.5.6. Ribozómy

Ribozómy jsou komplexy složené z bílkovin a rRNA. U různých druhů se poněkud liší.

Největší rozdíl je mezi prokaryoty a eukaryoty a to v e velikosti molekul RNK a množství proteinů, které se s nimi spojí do komplexů. (URL 85)

 

Velikost u  eukaryotických buněk je 15-25 nm, tvořeny převážně RNK a proteiny (poprvé popsány Paladem, proto též Paladeho tělíska).

Nacházejí se na povrchu ER jednotlivě nebo v cytoplasmě v tzv.  polyzómech (vícero RZ spojeno jednou i-RNK). Vznikají v jadérku, což je v podstatě shluk r-RNK, která se přepsala na určitých úsecích DNK, kde je uložena právě k tomu potřebná niformace. Proteiny odpovědné za přepis r-RNK jsou na chromozómech uložené jako tzv. organizotory jadérka.

Složení - 2 různě velké podjednotky oddělené rýhou a poutané atomy Mg. Při syntéze bílkovin se ribozómy napojí na m-RNK a vzniká  již zmíněný polyzóm.

 

1.5.7 Cytocentrum, (centrozóm, periplast)

Jde o shluky gama-tubulinu a dalších bílkovin, které umožňují formaci mikrotubulů dělícího vřetenka (MTOC – mikrotubuly organizující centrum). V živočišných buňkách je uvnitř tzv. centriola, dělící tělísko, tvořené 9 trojicemi mikrotubulů a asociovanými bílkovinami. Počet centriol je údajně shodný s ploiditou buněk. U diploidních, jsou dvě centrioly na sebe kolmé (obrázek).  Zřetelné je i v klidové fázi - poblíž jádra, u některých prvoků i uvnitř jádra. Popsáno Vejdovským 1886.

 

 

 

 

Převzato z URL 78

 

Pod elektronovým mikroskopem:

1 nebo 2 centrioly - stěny z krátkých trubiček - 9 trojic mikrotubulů. Někdy na vnější straně tzv. satelity. Jsou-li 2 centrioly, jsou kolmé navzájem. Kolem centriol vakuolizovaná centroplazma, ze které vybíhají vlákna gelizované plazmy – astrosféra. Podle nových poznatků jde o plášť z γ – tubulinu, tzv. mikrotubuly organizující centrum.

Funkce – při buněčném dělení a tvorbě dělícího vřeténka, ačkoli se dnes tato úloha popírá. Stejnou strukturu mají i tzv, bazální tělíska bičíků a brv, která strukturu kmitajících organel zakotvují.

 

Struktura dělícího nebo bazálního tělíska. C,B,A – označení jednotlivých mirotubulů v trojicích.

 

1.5.8. Lysozómy (0,25-0,8 μm) (URL 86)

Objeveny v roce 1955. Prokázány ve většině buněk, hojné např. v bílých krvinkách.

Tvar - kulovité částečky, průměr asi 400 nm, povrch kryt lipoproteinovou membránou, uvnitř zrnitá nebo kompaktní hmota - hydrolytické enzymy (nukleázy. amylázy a proteázy ve formě proenzymů), které hydrolyzují (rozkládají) látky přicházející do buněk pinocytózou nebo fagocytózou. Vzniká tak multivezikulární tělísko nebo, splyne-li s lysozómem  fagozóm vzniká digestivní vakuola či sekundární lysozóm. Následuje okyselení vnitřního prostředí transportem protonů dovnitř (protonové pumpy v membráně) a aktivace enzymů (které by jinak zlikvidovaly biomembránu primárního lysozómu), pak difúze produktů do cytoplazmy) - reziduální tělísko – exocytóza nebo hromadění v buňce. Tráví vše kromě tuků.

 

  

Lysozómy (URL 92)                 

 

V době hladu buňky - částečná autolýza  cytoplazmy, energie z vlastního těla.

Umírání buňky - vylijí se všechny lysozómy, zkapalnění obsahu, úplná autolýza - rychlé odstranění odumřelých buněk z tkání. Infarkt myokardu – vylití lysozómů v důsledku nedostatku kyslíku. Apoptóza – programovaná smrt buňky, též s účastí lysozómů.

Nové lysozómy se tvoří v Golgiho komplexu (a ER, jestliže Golgiho komplex není).

Proteazómy (URL 172, URL 174, 6) –komplex enzymů pro nelysozomální degradaci většiny proteinů nacházejících se uvnitř buňky. Tento proces začíná vazbou několika molekul malého globulárního proteinu ubikvitinu (URL 173) na molekulu proteinu určeného k degradaci.

 

1.5.9. Golgiho síť (Golgiho aparát, endopegma, GA), diktiozóm

 (URL 186) 

 

Na preparátech stříbřených nervových tkání pozoroval Golgi 1898 sítě poblíž jader nervových buněk. Později byly nalezeny i v jiných buňkách a označeny jako Golgiho komplex.

Podobná se endoplazmatickému retikulu - shluky k sobě přiložených plochých cisteren a je obklopujících vaků a váčků.

Spojení s endoplazmatickou sítí, jádrem, povrchem buňky (pravděpodobně přes váčky). Stěny tvoří membránová jednotka , asi 7,2 nm.

Funkce - shromažďuje a dále zpracovává produkty ER - tuky, hormony, enzymy, cukry a jiné produkty odškrcuje v podobně membránových váčků různého typu:

- hydrolytické enzymy jako tzv. lysozómy

- tvoří sekreční váčky buněk určené pro vnější využití (regulovaná a neregulovaná sekrece, sekreční dráha - od transkribce v jádře do exocytózy sekretu – výměsky žláz a tvorba mezibuněčných hmot).

vylučuje přebytky H2O a odpadní látky.

 

Schéma sekreční dráhy v buňce – informace přepsaná v jádře se přečte na dreném EPR a přeloží do sekvence aminokyselin púotřebného proteinu. Ten se dostává do Golgiho komplexu (cis cisterny), kde dochází k jeho úpravě až konečně diktiozómu nejvzdálenějším od jádra (trans) se odětěpí jako membránový sekreční váček. Neregulovaná sekrece – stálé vylučování (sliny), regulovaná – na pokyn signálu (hormon, nervový impulz… trávící enzymy)

V případě, že se dostane do lysozómu, zůstává produkt v buňce

 

EM snímek sekreční buňky pankreatu. Drsné EPR (nahoře), světlý GA uprostřed, tmavé sekreční váčky (Z dole). Vpravo uprostřed mitochondrie (M).

(Klika a kol. 1986)

 

1.5.10. Mikrotělíska:   

Peroxizómy s peroxidázami a katalázemi (membrány)

+ glyoxizómy (rost.), glyoxalátový cyklus - olejnatá semena, klíčení,

+ hydrogenózy - anaerobní životní podmínky -bičíkovci.

                                                                                                                                                                                     

 

1.5.11. Cytoskelet

Síť trubicovitých a vláknitých útvarů umožňujících pohyb a zpevňujících buňku, podílí se na mezibuněškých spojích: mikrofilamenta, mikrotubuly, intermediární fiolamenta.

 

Ukázka tří základních typů cytoskeletu. Nahoře snímky z fluoresenční mikroskopie ukazují hustotu jednotlivých typů v buňce. (Fibrous subunit – vláknitá podjednotka.)

 

Mikrofilamenta  (5 - 6 nm) -  slouží k pohybu buňky nebo váčků a struktur uvnitř buňky Jsou dva základní typy MF:

-        -         aktin – F a G a k němu se vážící troponin, tropomyosin, filamin

-        -         myosin, myosinové vlákno.

Podíllejí se na pohybu cytoplasmy (amoeboidní pohyb, tvorba kortexu, přesun měchýřků) a pohybu svalovém (aktinomyosinové komplexy). (Tvoří též tzv. spasmonemata – smrštitelná vlákénka - prvoků vířenek).

 

Aktin je jednolomný.

Aktin , na jednom konci kondenzuje z globulárních podjednotek (G - actin) za spotřeby ATP, iontů K a Mg a na druhém konci může depolymerovat, rozpadat se. Vzniklá vláknitá konfigurace se stáčí do šroubovice s dalším vláknem a vzniká tak vláknitý F – actin.

 

Přítomnost aktinových vláken v buňkách:

-        -         v mikroklcích enterocytů

-        -         v buňkách hladké svaloviny

-        -         v buňkách schopných tvořit panožky (pseudopodie)

-        -         v dělících se buňkách při zaškrcování cytoplazmy

 

Myozin je dvoulomný.

Myozin se vyskytuje ve dvou formách:

myozin-1 – kratší vlákno s jednou hlavičkou (místo ATPásové aktivity).

myozin-2 – dvě a více molekul stočených dohromady, tvořících i robustní vlákna tzv. meromyozinu – těžkého myozinu.

V myozin je schopen vázat se na aktin a současně měnit prostorovou konfiguraci části své molekuly (hlavičky) tvoří tak struktury schopné měnit polohu – pohybovat se. Animaci pohybu myozinu V po vláknu aktinu najdete zde . (http://www.fbs.leeds.ac.uk/research/contractility/myosinv/index.htm)

 

Interakce aktinu a myozinu. Převzato z http://www.edcenter.sdsu.edu/cso/paper.html

 

 

Různé způsoby pohybu pomocí mikrofilament:

Nahoře -  myozin-1 nese po aktinovém vláknu membránový váček

uprostřed – pomocí myozinu-2 se pohybují dvě aktinová vlákna proti sobě

dole – myozin-1 vázaný na cytoplazmatickou membránu pohybuje vláknem aktinu.

 

Mikrotubuly

jsou u všech buněk - trubičky o průměru 20-30 nm. Délka různá (až stovky μm), účastní se tvorby bičíků, brv, cytoskeletu, dělícího vřeténka.

Proměnlivost během života buňky (též vliv tlaku, teploty, kolchicinu).

Stavba: gelovitý stav glomerulárních molekul alfa a beta tubulínů, tvořících dimér.

13 dimérů vytváří jednotkové subfibrilu, 13 (ale i méně) subfibril tvoří 1 mikrotubulus. Uvnitř subfibrily - disulfidické vazby, mezi subfibrilami - vodíkové můstky. Kondenzace (za přítomnosti GTP na podjednotkách) na tzv. + konci dekondenzace na –konci za spotřeby GTP a uvolňování GDP.

Princip kondenzace mikrotubulů  a jejich struktura.

 

Při tvorbě dělícího vřeténka se vytváří tzv. centrozóm, neboli mikrotubuly organizující centrum (MTOC), kde se hojně nachází tzv. γ – tubulin. MTOC bývá kolem centriolu, jenž však k dělení buňky údajně není nutný. (U diploidních buněk jsou centrioly dva, kolmo k sobě, u haploidních jeden, u polyploidních více, podle ploidie.)

MTOC kolem centriol. Převzato z www. Podrobnější obrázek viz URL 220

 

Mikrotubuly také tvoří kostru brv a bičíků. Dva centrální MT jsou obklopeny strukturou z 9 dvojic MT a vše je propojeno asociovanými proteiny. Z nich dynein, tvořící specifická raménka, může za spotřeby energie po sousedním MT šplhat a tím měnit tvar bičíku, což se odrazí v jeho ohybu a tím i pohybu. Pohyb není rotační, jen krouživy nebo vlnivý.

Schema struktury bičíku rozříznutého příčně. Nexin a radiální tyčka (spoke), stejně jako vnitřní pochva (sheath) jsou strukturotvorné bílkoviny

 

Navíc mohou MT sloužit jako dráhy pro pohyb menších buněčných struktur (váčků). Ty jsou navázány na dynein nebo kinezin, které se za spotřeby energie moho po MT pohybovat a tím nést váček na jiné místo v buňce. (Dynein klouže k -konci a kinezin k +konci MT). Tímto způsobem se také po kinetochorových MT pohybují chromozómy při dělení buněk.

 

Intermediární filamenta (URL 188)  (intermediate filaments) - tonofibrily epiteliálních buněk, buněk chordy dorsalis, buněk gliových - stálé, cytoskelet v pravém slova smyslu. Jde o různé proteiny podle typu živočišné buňky. Základní molekuly vždy fibrilární (mikrofilamenta aktin a tubulin jsou globulární). Jde např o cytokeratiny, vimentin, desmin, neurofilamentární protein, gliový protein, nestin, internestin, integriny, kadheriny aj.

Funkce :

-        -         podpůrná ( mezibuněčné spoje a připojení buněk k podloží - desmozómy epiteliálních buněk, fokální kontakty)

-        -         pohybová (ve svalových buňkách), avšak nepřímo, tvoří oporu pro strukturu myofibrily

-        -         někdy obě funkce současně

-        -         v jádře již vzpomenuté laminy

Patří sem i vlákna v mezibuněčné hmotě - kolagen, elastin, retikulin, někdy i v buňkách pojivových.

 

Příklad účasti mikrofilament a intermediálních filament na cytoskeletu buňky a  její pevné nebo volné fixaci k prostředí. Mikrofilamenta uvnitř mikroklků umožňují transport resorbčních váčků skrz cytoplasmu. Shora jsou buňky spojeny tzv. těsnými spoji (tight junctions) pomocí proteinů v cytoplazmatické membráně (částečné splynutí sousedních membrán – pás kolem buňky – zonula ocludens). Tím je buňka oddělena v tomto případě od prostředí střeva. Následuje oblast tzv. adhesivních spojů (zonula adherens – pás kolem buňky), kde na transmembránové proteiny kadheriny (propojující dvě buňky) jsou zevnitř vázána mikrofilamenta. Tím je umožněn částečný pohyb této oblasti. Dalším typem spojů jsou tzv. dezmozómy (macula adherens), kde na transmembránové kadheriny vzájemně vázané se napojují intermediární filamenta - vlastní cytoskelet buňky. Tím je držena struktura buňky. Směrem k bázi buňky  mohou tvořit transmembránové proteiny integriny tzv. hemidezmozómy, jsou-li na ně v buňce vázána intermediární filamenta (fixace buňky) nebo naopak tzv. fokální kontakty, jsou-li napojeny na mikrofilamenta. V tomto případě se buňka může pohybovat po substrátu. Buňky mohou také tvořit vodivé spoje, tzv. nexy, kdy transmembránové proteiny konexiny vytvoří otvůrky pro cytoplasmatické spojky. Viz též URL 189. Funkce spojovacích transmembránových proteinů je mimo jiné ovlivňována např. ionty vápníku.

 

The eukaryotic cytoskeleton. Actin filaments are shown in red, microtubules in green, and the nuclei are in blue.

Převzato z URL  216

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Intermediární filamenta v buňkách (převzato z URL 187)

 

Příklad těsných spojů tvořených transmembránovými proteiny

 

Příklad vodivých spojů, tvořených transmembránovými proteiny, tzv. konexiny

 

1.5.12.      1.5.12.     Buněčné inkluze (metaplazma)

Kapénkovité nebo krystalické struktury v základní cytoplazmě, složené buď - z rezervních látek (glykogen, tuky, bílkoviny) nebo - z látek odpadních (pigmenty, minerální soli).

click for HiRes   Granule obsahující produkty určené k sekreci. Žlázová buňka v žaludku. Převzato z www.

 

 

Někdy silné nahromadění metaplazmy - tukové buňky.

 

Tukové buňky zcela naplněné tukem. Jádra tmavá. Cytoplasma zatlačená k okrajům buněk. VP

 

Červeně zbarvená zrna glykogečnu v jaterních buňkách. Jádra jsou modrá. VP

 

 

 

Melaniny - hustě nahloučená oválná zrna, vznik v Golgiho aparátu, dávají vznik melanozómům.

(URL 89) Disperze či agregace melanosomů, váčklů naplněných melaninem, ve specializovaných buňkách ryb a obojživelníků způsobuje změnu barvy pokožky, důležitou pro kamufláž nebo sociální interakce. Kinesin II odpovídá za transport na větší vzdálenosti pomocí mikrotubulů (zelené), zatímco myosin V na aktinových filamentech (červeně) je nezbytný pro stejnoměrné rozložení melanosomů v buňce.

 

Pohled na pigmentovou buňku mezenteria skokana (Rana sp.) Zrna melaninu jsou částečně zřetelná. VP

 

Hemosideriny (URL 88) - rezervy železa (ferritin) :

-        -         4 stmelená zrna (siderozóm)  - makrofágové po likvidaci červených krvinek (rozklad hemoglobinu)

 

Tekuté inkluze - ve váčcích ohraničených jednotkovou membránou (vakuoly) se vyskytují u rostlinných buněk. Zde se často vyskytují i inkluze pevné, krystalické.

Vakuola (URL 92).

 




 

 

 

 

Krystalické inkluze v rostlinných buňkách (URL 87):

Nahoře: šťavelan vápenatý v listech oleandru

Uprostřed: šťavelan vápenatý v kořenech vanilky

Dole: částice křemičitanu v pokožce Schizachyrium sanguineum

1.5.13. Peroxizómy 

Jsou nutné k přeměně aminokyselin a tuků na cukry (glukoneogenéza) - játra a ledviny savců. Podobají se lysozómům - váčky velikosti asi 500 nm obdané jednotkovou membránou. Uvnitř enzymy - oxidázy. Neobsahují hydrolázy. Vznikají asi v ER.

 Peroxizóm (URL 92)

(Glyoxizómy, urikozómy, hydrogenozómy a j.)

                                                                                                  

 

 

2.  CYTOLOGIE II (rozmnožování buněk)

 

Dělení buněk (URL 98) umožňuje růst a vývoj mnohobuněčných organismů.

Typy dělení:              pučení (kvasinky někteří prvoci)

1 - přímé - amitóza

2 - nepřímé - mitóza

3 - (redukční) - dozrávajících pohlavních buněk

 

2.1.  Amitóza: jádro zůstává zachováno, piškotovitě se zaškrtí a rozdělí na dvě jádra dceřinná. Následně probíhá dělení ostatní buňky. Jde o

a) degenerativní dělení starých buněk,

d)    d)     nebo u buněk vysoce specializovaných,

e)    e)     Často předchází amitóza fragmentaci jádra (rozpadu) - vícejaderné buňky, které později zanikají.

 

Pseudoamitóza - jádro zevně zachováno, ale v nitru dochází k modifikované mitóze. Dceřinné buňky ať jedno- nebo vícejaderné mají schopnost stále se dělit – tento typ dělení patří k mitóze.

 

2.2. Mitóza  (URL 93)  Zvaná též jako dělení nepřímé je normální dělení tělních, somatických buněk. Toto dělení je součástí tzv. buněčného cyklu, který charakterizuje život buňky a sestává z mitózy a tzv. interfáze, doby do další mitózy. Mitotickým dělením se zaručuje, že do dceřinných buněk se za normálních okolností dostane správné množství genetické informace, uložené v molekulách DNK, které pro potřeby mitotického dělení kondenzují za pomocí bílkovin do tzv. chromozómů. Mitotické dělení začíná tzv. karyokinezí, rozdělením jádra, na které pak navazuje cytokineze, rozdělení cytoplazmy.

 

2.2.1. Chromozómy

Pentlicovité útvary vyskytující se v buňce během karyokineze. Jejich velikost je 0,2- 25 nm, mají různý tvar a počet (až dvě sta).

Viz URL 169, 170.

 

Při tvorbě chromozómů se DNK spolu s proteiny zv. histony (URL 168) stáčí v tzv. nukleozomy, vlákno nukleozómu spiralizuje a tvoří tzv. solenoid (NK + histony). Po několika úrovních dalšího sřasení pomocí proteinů nehistonového typu vzniká útvar zvaný chromatida. Pokud správně prošel interfází, má každý chromozom dvě chromatidy. Jde o identické kopie DNK, která byla v interfázi zdvojena. Chromatidy jsou spojeny v místě zvaném primární zúžení (konstrikce), kde se nachází proteinový systém zvaný centroméra, jenž umožňuje rozdělení chromatid v pravý čas a připojení mikrotubulu dělícího vřeténka v místě zvaném kinetochór.

Podle umístění centroméry (URL 107) rozeznáváme chromozómy

-        -         akrocentrické: centomera leží velmi blízko jednoho z konců

-        -         submetacentrické: centromera leží mezi středem a koncem chromozómu

-        -         metacentrické: centromera leží velmi blízko středu chromozómu

 

 

  

   Na obou obrázcích je znázorněno řasení DNK v chromozómy.                                                                                                                                   

 

2.2.2. Mitóza - vlastní průběh

Jak již bylo uvedeno, lze při mitóze lze rozlišit dvě hlavní fáze -

karyokinéze - dělení jádra

cytokinéze - dělení plazmy

 

2.2.2.1. KARYOKINÉZE (Strassburger 1884): profáze, metafáze, anafáze a telofáze.

I.          I.             Profáze:

1)    1)     Rozdělení centriolu, putování dceřinných k pólu buňky

2)    2)     Zánik jadérek

3)    3)     Tvorba chromozómů - zpočátku tenkých spiralizovaných vláken pospojovaných v oblasti centroméry - překřižují se či řetězovitě seřazují, vzniká spirém - dlouhá chromatinová pentlice. Další spiralizace, zkracování (až 25 x) a nakonec rozštěpení chromozómu na 2 chromatidy. Vzniká tzv. ekvační štěrbina. Chromatidy jsou nadále spojeny jen centromerami.

4)    4)     Vytvořena dělící vřeténka z mikrotubulů (MT- polární, kinetochorové, vřeténkové. Vazba na konetochor na centromeře, kde je  rovněž dynein.Rozpad jaderné membrány vzniká tzv. mixoplazmy

 

Achromatický aparát

- vláknitá siť astrosféry dělícího vřeténka centrioly sloužící jako opora v průběhu mitózy. Špatně se barvící hmoty. (MTOC.)

 

 

 

Profáze uprostřed,  vpravo řada interfázních jader, kořen cibule (1000 x)

 

 

II. Metafáze: Seskupení chromozómů do tzv. ekvatoriální roviny buňky, kde se orientují centromerami ke středu této roviny. Pohyb chromozómů – metakinéze (je udajně umožněn kinetochorovými mikrotubuly) vzniká metafázní destička (též ekvatoriální). Prostřednictvím kinetochórů se chromozómy napojí na vlákna dělícího vřeténka. Monaster –jedna hvězda.

Metafáze dole, nahoře interfázní bňky s dvěma jadérky (vpravo jedno odříznuto)

 

III. Anafáze: Dělí se centromery a kinetochory, tím se chromozómy rozštěpí docela. Počet chromozomů se zdvojnásobí. Ekvační štěrbina se zvětšuje, nastává anafázní rozestup chromozomů, které se po vláknech dělícího vřeténka posunují k opačným pólům buňky. Do každé poloviny jde vždy 1 sesterský chromozóm - diaster. (Nově: vřeténkové MT klouzavě odtlačují obě poloviny systému k pólům.)

 

Anafáze  - přibližně uprodtřed, vlevo telofáze, ostatní buňky většinou v interfázi

 

IV. Telofáze: Chromozómy jsou soustředěny na pólech buňky, centromérami orientovány k centriolům. Dále dochází k jejich prodlužování, despiralizací až k postupnému rozpadu. Současně vznikají jadérka z chromocentra (organizátory jadérka). Dělící vřeténko mizí, stejně i astrosféra. Nakonec se kolem každé skupiny vytváří jaderná membrána. (Telofázní rekonstrukce jader).

Výsledkem: jsou dvě dceřinná jádra se stejnou kvalitou i počtem chromozómů jako bylo v jádře mateřské buňky. Množství hmoty jader = poloviční.

 

Vlevo metafáze, vpravo profáze v řezu, formující se chromozómy vázány na karyoskeletu, jadérko dosud zachováno

 

 

2.2.2.2. Cytokinéze: V průběhu mitózy dojde:

a) ke ztrátě povrchových organel (bičíků, řasinek), zakulacení buňky,

b) zneklidnění povrchové vrstvy cytoplazmy,

c) rozpad fibrilárních struktur

(a) až c) = malé nenápadné změny).

Teprve při anafázním rozestupu chromozómů dochází k fontánovitému proudění cytoplazmy, rozdělení organoidů do dceřinných buněk, vytváření rýhy na obvodu a od ní ke středu buňky se tvoří přepážka centripetálně (dostředivě). U vajíček hmyzu a rostlinných buněk – centrifugálně (odstředivě). Mezi oběma buňkami se vytvoří vrstvička hyaloplazmy, která na obě strany vytváří cytoplazmatickou membránu (popřípadě i morfologickou membránu).

 

2.2.2.3. Ploidie

Celkový počet chromozómů v buňce se označuje jako chromozomální sada.

Chromozomální sada obsahuje chromozómy homologní tvarově stejné (autosomy) a chromozomy heterologní - morfologicky odlišné (gonosomy). Chromozómy v mitotické fázi, obarvené a seřazené podle velikosti a tvaru se označují za karyotyp. Sada, obsahující po jediném zástupci každého chromozómu, seřazená podle velikosti, se nazývá idiogram ( viz např. URL 105).

Somatické buňky obsahují běžně dvojitou chromozómovou sadu (původem od otce i matky), jsou v tzv. diploidním stavu. Gamety (pohlavní buňky) nebo někteří jedinci vzniklí partenogeneticky mají v buňkách poloviční – haploidní počet chromozómů (trubec včely). Znásobený počet chromozomálních sad se označuje za polyploidii.

Polyploidní bývají většinou rostliny, u živočichů buňky některých specializovaných tkání.

Odchylky od normálu:

MIXOPLOIDIE - chromozomová mozaika - v těle jednoho živočicha jsou buňky o různé ploiditě (larvální tkáně včely, děložní sliznice savců, nádorové tkáně)

ANEUPLOIDIE - Znásobeny jsou jen některé chromozómy

AUTOPOLYPLOIDIE - působením vnějších faktorů (teplota, chemické látky) dojde k znásobení chromozómových sad.

ALLOPOLYPLOIDIE - důsledek křížení různých druhů = HYBRIDIZACE

 

2.3. MODIFIKACE MITÓZY (URL 90)

Mimo karyoblastické prostředky dochází někdy k odchylnému průběhu mitózy vlivem vnitřních faktorů - název modifikace mitózy.

 

1) ENDOMITÓZA: je to vlastně zkrácená karyokinéze. V některých tkáních se nacházejí buňky s velkými jádry - 2,3 i n krát větší hmota než u jader nejmenších. Jde o modifikovanou profázi, kde uvnitř jádra dojde k tvorbě, zkrácení i rozdělení chromozómů, ale nenavazuje jejich rozestup a jádro se nedělí. Chromozómy opět despiralizují a mizí a jádro se zvětšeným počtem chromozómů přechází do klidové fáze - větší objem jádra - zvětšení cytoplazmy podle N poměru.

P Tkáně zatížené ve své funkci - znásobují intenzitu funkce v kratší době.

Polyploidní x n buňky : dělí se mitózou - polyploidizace se zachovává

somatickou redukcí - se počet chromozómů upraví na 2n.

Někdy nedochází v jádře vůbec k viditelným změnám - chromozómy se asi dělí v despiralizovaném stavu.

 

2) POLYTENIE - modifikace mitózy umožnující zvýšení funkce, avšak

nevede k polyploidizaci. DNK syntetizovaná v S fázi se v podobě vláken ukládá v tzv. obřích polytenních chromozómech. V každé syntetické periodě se zdvojnásobí počet chromonem i chromomer, ale nedochází k rozdělení do chromatid. Chromozómy se nedělí ale zůstávají spojeny i 2 homologní spolu = konjugovány.

Terčíky - agregace chromomer. Čárkový kód je jiný u heterologních chromozómů a u různých živočišných druhů.

Balbioniho prstence - chromozómové protuberance,  puffs - oblasti bez terčíků s despiralizovaným vláknem nukleotistonů. Přítomna i m-RNK a jiné bílkoviny. Roste objem jádra i celé buňky, která znásobuje po každé S-fázi svou výkonnost.

Zpětná úprava - somatická redukce.

 

  

Polytenní chromozómy obsahující tzv.exony (úseky DNK, které buňka přepisuje) v makronukleu slávinky (Stylonychia sp.)

 

Polytenní chromozómy pakomára (Chironomus sp.)ve slinných žlázách. Šedivá masa kolem chromozómů přibližně uprostřed snímku je místo, kde se přepisuje r.RNK (organizátor jadérka). V levém rohu dole pro srovnání tytéž chromozómy v metafázi v diploidním stavu

 

3) SOMATICKÁ REDUKCE - Buňka vstupuje do mitózy bez toho, že by proběhla syntetická perioda - navádí se normální poměry v buňkách s polytenními nebo polyploidními chromozómy.

 

4) RESTITUČNÍ DÉLENÍ JÁDRA - Na metafázi mitózy navazuje rekonstrukce jediného jádra, počet chromozómů se zdvojnásobí (vaječné buňky partenogeneticky se vyvíjející) - upravuje se haploidní stav neoplozeného vajíčka na stav diploidní.

 

5) PROMITÓZA (PSEUDOMITÓZA) - Normální mitóza s tím, že všechny karyokinetické fáze se odehrávají uvnitř jádra. Cytocentrum, uvnitř jádra nebo mimo ně, někdy chybí. Karyokinéze se projevuje zaškrcením jádra, piškovitým protažením a nakonec rozdělením. Podobné jako u amitózy. Promitóza zjištěna u některých prvoků, je považována za fylogeneticky předstupeň mitózy. Sem patří zřejmě i dělení makronukleů u prvoků (polyploidní jádra), kde předtím nastalo rozmnožení jaderné hmoty.

 

6) VZNIK PLAZMODIÍ (mnohojaderných buněk)

Opakovanou karyokinezí uvnitř jediného, ale rostoucího buněčného těla. Někdy se takové mnohojaderné buňky mohou rozdělit na jednojaderné. (Možnost existence multipolárního dělícího aparátu u endomitózou narostlých jader a buněk).

Multipolární mitóza - rekonstrukce několika i desítek jader současně a následný rozpad buňky na stejný počet dceřinných.

Multipolar spindles

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Převzato z URL 104

 

 

Apiconyplexa - nebo nesomální stav po polyspermii - oplození vaj. buňky více spermiemi.

 

2.4. OVLIVNĚNÍ MITÓZY

- Mitotické jedy - látky narušující normální průběh mitózy

a) Antefázní jedy (antefáze = syntetická perioda DNK) -

postihují syntézu DNK a tak znemožňují nástup mitózy (purinové a pyrimidinové látky, yperit, rtg záření).

b) Chromozomální jedy - chemické látky reagující s NK tvořících se chromozómů - poruchy v seskupování a štěpení chromozomů (tvoří se jen shluky chromatinu) - deriváty akridinu - tripoflavin, proflavin.

c) jedy mitotických organel - znemožňují tvorbu dělícího tělíska, ostrosféry, metafázní destičky a tím i rozestup chromozómů v anafázi - výsledek polyploidní buňka antikoagulancia - hirudin, heparin, ixodin, fyzikální prostředí - tepelné šoky, hydrostatický tlak.

d)      d)        Vřeténkové jedy - zabraňují vzniku dělícího vřeténka - polyploidizace buněk podobně jako u předchozích - kolchicin (alkaloid), dusíkaté báze na základě chinonu.

 

                                                                                                                                                                                                         

 

 

3. Život buňky – buněčný cyklus

Definice:

Buněčný cyklus = interfáze (klidové období) + mitóza (období dělení). (URL 171)

Generační čas buňky = mitotický čas + interfáze

Mitotický čas = celá doba mitózy (10 minut až hodiny)

Mitotický index:

Mitotický index =

Počet buněk v mitóze

X 1000

Celkový počet buněk

 

 

Příklad: Závislost mitotického indexu buněk v kořeni rostliny v závislosti na vzdálenosti od jeho čepičky:

  (URL 103)

 

Generační čas buňky se mění v rozmezí od 10 minut (rýhující se vajíčko) až po léta (tkáňové buňky) nebo celý život (u nervových buněk).

 

Buněčný cyklus:

 

 

(URL 102)

 

G0 – fáze naprostého klidu (může i nemusí být)

Další fáze se nazývají podle toho, zda se syntetizuje či nikoli DNK.

 

G1 – presyntetická fáze, klidové období (pokud jde o DNK), syntetizuje se RNK, roste počet ribozómů, mitochondrií, zásoba nukleotidů.

 

S  -  syntetizuje se DNA, dochází k replikaci DNK molekul (chromatid) v jádře. Obě molekuly DNK jsou spojeny v místě centroméry, původní (matrice) si ponechá staré histony, druhá použije nově syntetizované. Pokud jde o syntézu DNK v mitochondriích (a chloroplastech), ta je nezávislá na syntéze DNK v jádře. Jen v období mitózy se zastavuje.

 

G2 – postsyntetická fáze ---- klidové (co do syntézy DNK) období před mitózou, syntetizuje se RNK, buňka roste (po růstu DNK v jádře se zvětší i množství cytoplazmy), syntetizují se proteiny, zejména ty, které jsou potřebné pro nastávající mitózu ( např. tubulín).

 

M –  mitóza – karyokineze

 

D  -  dělení buňky – cytokineze

 

 

Proteiny se syntetizují prakticky po celou interfázi.

Doba trvání buněčného cyklu a relativní délky jeho jednotlivých stupňů závisí na druhu buňky, stupni její diferenciace a na okolních podmínkách (signalizace z mimobuněčného prostředí). Buňky embryonálních tkání se dělí často, jiné např. jen při nápravě poškození.

 

Terminální diferenciace – většinou nastává po určitém počtu dělení. Dochází k restrikci určitých genů a naopak k aktivaci těch, které jsou pro konečnou funkci buňky důležité.

 

Regulace buněčného cyklu (viz též URL 94)

Buněčný cyklus je ovládán pomocí tzv. regulačních uzlů.

První regulační uzel se nachází v G1 fázi a rozhoduje, zda buňka vstoupí do fáze syntetické, druhý regulační uzel se nachází v G2 fázi a rozhoduje, zda buňka vstoupí do fáze mitotické. Oba uzly souvisejí s činností bílkovin zvaných cykliny a na nich závislých enzymů nazývaných kinázy.

Třetí regulační stupeň se údajně nachází uprostřed mitózy, kde proteolytické enzymy na začátku anafáze řídí separaci centromér.

 

Podrobnosti k mitóze viz též na (URL 100) a k regulaci mitózy na (URL 101).

 

 

2.3.1.     2.3.1.      Buněčná smrt –apoptóza

Každá diferencovaná buňka má konečnou dobu života.

Buňky mohou odumírat dvěma způsoby:

·          ·           Jsou zabity škodlivými vlivy.

·          ·           Jsou podníceny k samozničení (suicide).

Smrt poškozením

Buňky, které jsou ničeny škodlivými vlivy, např.

·          ·           mechanicky

·          ·           toxickými chemikáliemi

procházejí charakteristickými změnami:

·      ·           Buňky, stejně jako jejich organely, např. mitochondrie  zduří následkem ztráty schopnosti cytoplasmatické membrány kontrolovat tok látek (iontů a vody).

·      ·           Obsah buňky uniká do extracelulárního prostředí, což vede k

·      ·           zánětu (inflammation) okolní tkáně.

Smrt samozničením (suicide)

Buňky, které jsou vedeny k samozničení:

·          ·           zmenšují se (scvrkávají se - shrink);

·          ·           na povrchu se objevují bublinovité útvary;

·          ·           dochází k degradaci chromatinu (chromatin  = DNA a protein) v jádře;

·          ·           mitochondrie se rozpadají , dochází k uvolňování cytochromu- c;

·          ·           Buňky se rozpadají do malých fragmentů obalených membránou.

·          ·           Fosfolipid  fosftidylserin, který je normálně skryt v plazmatické membráně, se objevuje na povrchu.

·          ·           To je podnětem pro receptory na fagocytech (jako makrofágy a dendritické buňky), které pak buněčné fragmeny pohltí.

·          ·           Fagocyty sekretují cytokiny , které inhibují zánět (např IL-10 and TGF-β)

Průběh buněčné smrti sebezničením se běžně nazývá programovaná buněčná smrt (programmed cell death neboli PCD). Zánik buňky popsaným způsobem je pro buňky tak charakteristický jako např  mitóza. Programovaná smrt buněk se nazývá apoptóza . (apoptosis)

Proč by mělo docházet k  samovolné likvidaci buněk?

Ze dvou hlavních důvodů:

 

1. Programovaná smrt buněk je potřebná ke správnému vývoji, podobně jako mitóza.

Příklady:

·          ·           Resorpce ocásku pulce v době jeho metamorfózy v žábu se děje pomocí apoptózy.

·          ·           Formování prstů na rukou a nohou během embryonálního vývoje vyžaduje odstranění přebytečných buněk v daném prostrotu prostoru.

·          ·           Odloučení vnitřní výstelky dělohy (endometrium) při zahájení menstruace se děje prostřednictvím  apoptózy.

·          ·           Vytvoření správných spojení (synapsí) mezi neurony vyžaduje odstranění přebytečných buněk pomocí apoptózy.

2. Programovaná buněční smrt je nutná k odstranění buněk, které představují ohrožení integrity organizmu.

Příklady:

Buňky infikované viry

Jedna z metod, kterou cytotoxické T-lymfocyty (CTLs) zabíjejí viry infikované buňky, je indukce jejich apoptózy. [diagram mechanismu].

Buňky imunitního systému

Když buněčně zprostředkovaná imunitní odpověď klesá, effektorové buňky musejí být odstraněny, aby se zabránilo tomu, že napadnou důležité orgány. CTL buňky indukují apoptózu mezi sebou navzájem, dokoncei samy v sobě. Defekty v apoptickém procesu vedou k autoimunitním problémům  (autoimunitní choroby jako lupus erythematosus a rheumatoid arthritis.

Buňky s poškozením DNA 

Poškození vlastního genomu může u buňky vést

·          ·           k přerušení dokonalého embryonálního vývoje s následnými vrozenými vadami

·          ·           tmohou se stát rakovinnými buňkami.

Na poškození DNA odpovídají buňky vzestupem produkce p53 - (potent inducer of apoptosis). Není tedy divu, že  mutace v genu p53 (který produkuje ochranný protein) se tak často nacházejí v rakovinných buňkách, které, když se ponechají na živu, představují letální ohrožení organizmu.

Rakovinné buňky

Radiace a chemikálie, které se používají v terapii rakoviny, indukují v některých typech rakoviny apoptózu nádorových buněk.

Co vede buňku k indukci apoptózy?

Narušení rovnováhy mezi pozitivními a negativními signály:

·          ·           zmizení, pokles, pozitivních signálů , tedy signálů potřebných k poračování života, a

·          ·           příjem signálů negativních.

 

Ústup pozitivních signálů:

Pokračující přežívání buněk vyžaduje nepřetržitou stimulaci od buněk okolních a pro mnoho typů pokrqčující adhezi k podkladu, na kterém rostou. Příklady pozitivních sinálů:

·          ·           růstové faktory pro neurony

·          ·           Interleukin-2 (IL-2), základní faktor pro mitózu lymphocytů

Příjem negativních signálů

·          ·           rostoucí úroveň oxidantů uvnitř buňky

·          ·           poškození DNA těmito oxidanty nebo jinými činiteli, jako

o      o        UV (ultraviolet light) záření

o      o        x-paprsky

o      o        chemoterapeutika

·          ·           akumulace protienů, které ztratily schopnost správné tvorby své terciární struktury.

·          ·           molekuly, které se váží na specifické receptory na povrchu buněk a signalizují, že buňky se nachází v apoptickém programu. Mezi tyto aktivátory smrti patří např:

o      o        Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α ), který se váže na TNF receptor;

o      o        Lymphotoxin (známý také jako TNF-β ), který se též váže k TNF receptoru;

o      o        Fas ligand (FasL), molekula, která se váže k povrchovému buněčnému receptoru jeménem Fas (též známý jako CD95).

 

Mechanizmus apoptózy

Známe 3 rozdílné průběhy programované buněčné smrti.

1.       1.        Jeden vyvolaný signály pocházejícími  zevnitř buňky;

2.       2.        Další, spouštěný tzv. aktivátory smrti vázanými k receptorům na povrchu buňky:

o      o        TNF-α

o      o        Lymphotoxin

o      o        Fas ligand (FasL)

3.       3.        Třetí, jenž může být spuštěn přítomností nebezpečných kyslíkových radikálů

4.       4.        Apoptóza vyvolaná vnitřními signály: tzv. vnitřní, neboli mitochondiální cesta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·          ·           V buňce vznikají pomocí mitochondiálních faktorů, cytochromu-c, tzv. kaspáz a energii dodávajícího ATP tzv. apoptozómy, které se agregují v cytosolu, jsou postupně proteolyticky rozloženy kaspázami (c-9 a j), DNA je degradována a buňky nakonec fagocytovány. 

·          ·           Ve zdravých buňkách vystavují vnější membrány mitochondrií na svém povrchu protein Bcl-2

·          ·           Bcl-2 se váže na molekulu proteinu Apaf-1 ("apoptotic protease activating factor-1").

·          ·           Vnitřní poškození buňky, například reaktivními kyslíkovými radikály, způsobuje

o      o        Bcl-2 uvolní Apaf-1;

o      o        Příbuzný  protein, Bax, prochází mitochondriálními membránami a způsobuje, že

o      o        cytochrom c uniká.

·          ·           Uvolněný cytochrom c a Apaf-1 se váže na molekuly kaspázy 9.

·          ·           Vzniklý komplex

o      o        cytochrom c

o      o        Apaf-1

o      o        caspáza 9

o      o        (a ATP)

se nazývá apoptozóm.

·          ·           V cytosolu dochází k jejich agregaci.

·          ·           Kaspáza 9 je jedna z rodiny více než deseti kaspáz. Jsou to proteázy. Jmenují se tak proto, že štěpí proteiny – většinou jedna druhou – v místě zbytků kyseliny aspartové (Asp).

·          ·           Kaspáza 9 štěpí a tím aktivuje ostatní kaspázy.

·          ·           Postupná aktivace jedné kaspázy druhou vytváří rostoucí kaskádu proteolytické aktivity (trochu podobnou blood clotting a aktivaci komplementu), vedoucí k

o      o        trávení strukturálních bílkovin cytoplazmy

o      o        degradaci chromozomální DNA a

o      o        fagocytóze buňky

2. Apoptóza spuštěná vnějšími signály: tzv  cesta vnější, neboli přes receptory smrti.

Vede postupně k aktivaci kaspásy-8, následně dalších kaspáz, které provedou proteolýzu buněčných struktur. Následuje fagocytóza.

Počáteční stupně apoptózy mohou být reverzibilní (přinejmenším u C. elegans). Za jistých okolností apoptóza proběhne, jen je-li zaručena fagocytóza odumírajících buněk.

·          ·          

 Fas a TNF receptor jsou integrální membránové proteiny s receptorovými doménami vystavenými na povrchu buňky

·          ·           Vazba komplementárního aktivátoru smrti (death activator) – FasL, případně TNF – přenáší do cytoplazmy signál vedoucí k

·          ·           aktivaci kaspázy 8

·          ·           Kaspáza 8 (stejně jako kaspáza 9) zahajuje kaskádu aktivace kaspáz vedoucí k

·          ·           fagocytóze buňky

 

Příklad (viz obr.): Když cytotoxické T-buňky rozeznají svůj cíl a naváží se na něj,

·          ·           produkují na svém povrchu více FasL,

·          ·           ten se váže s Fas na povrchu cílové buňky, což vede k její apoptotické smrti.

Počáteční stadia apoptózy jsou reverzibilní, přinejmenším u C. elegans. V některých případech je konečná destrukce buňky zajištěna pouze spolu s jejím pohlcením fagocytem.

 

3. Přes apoptózu indukující faktor (Apoptosis-Inducing Factor - AIF)

Neurony a snad i jiné buňky mají jiný způsob vlastní destrukce, který na rozdíl od obou výše popsaných neužívá  kaspáz.

Apoptózu indukující faktor (AIF) je protein, který je normálně lokalizován v prostoru mezi membránami mitochondrií. Jestliže buňka obdrží signál, že nastal čas smrti, AIF

·          ·           se uvolní z mitochondrií (podobně jako cytochrom-c v prvním případě;

·          ·           migruje do jádra;

·          ·           váže se na  DNA, která

·          ·           spouští destrukci DNA a buňka hyne.

  

Apoptóza a rakovina

Některé viry spojené s nádory používají různé triky k zabránění apoptóze buněk které transformují.

·          ·           Některé lidské papiloma viry (human papilloma viruses  - HPV) jsou jednou z příčin vzniku rakoviny krku. Jeden z nich produkuje protein (E6) který se váže na p53 (protein potlačující vznik nádorů) a inaktivuje jej

·          ·           Epstein-Barrův virus (EBV), který je příčinou mononukleózy a je spojován s některými lymfomy,

o      o        produkuje protein podobný Bcl-2

o      o        Produkuje další protein, který způsobuje, že buňka zvýší vlastní produkci Bcl-2

 

Oba tyto způsoby činí buňku rezistentnější vůči apoptóze a tím umožňují rakovinné buče se dále množit

 

I ty nádorové buňky, které vznikají bez spolupůsobení virů, mohou používat triků k zabránění apoptóze.

·          ·           Některé leukémie a lymfomy B-buněk vykazují vyšší hladinu Bcl-2, čímž blokují případné signály vedoucí k apoptóze (diskuze)

·          ·           Buňky melanomů (nejnebezpečnějšího typu rakoviny kůže) se vyhýbají apoptóze inhibucí genu kódujícího Apaf-1.

·          ·           Některé nádorové buňky, zvláště rakoviny plic a tlustého střeva, vylučují zvýšené hladiny rozpustných molekul fungujících jako „návnada“. Ty se váží k FasL, čímž zabraňují jeho vazbě na Fas. V důsledku toho cytotoxické T-buňky (CTL) nemohou zabíjet rakovinné buňky výše zmíněným mechanismem.

·          ·           Jiné rakovinné buňky vystavují vyšší hladiny FasL, a mohou zabíjet jakékoliv cytotoxické T-buňky které se je pokusí zabít, protože ty také vystavují Fas (ale jsou chráněny proti vlastním FasL).

Apoptóza v imunitním systému

Imunitní odpověď vůči cizímu vetřelci zahrnuje proliferaci lymfocytů – T a B-buněk. Když tyto splní svůj úkol, musí být z organismu odstraněny až na malou populaci tzv. paměťových buněk. To se děje pomocí apoptózy.

Velice zřídka se u lidí vyskytuje genetický defekt apoptózy. Nejčastěji je to mutace genu pro Fas, ale občas se vyskytují i mutace genů pro FasL nebo i pro některou kaspázu. Ve všech těchto případech dochází k tzv. autoimunitnímu lymfoproliferativnímu syndromu ( ALPS ).

Projevy:

 

·          ·           Hromadění lymfocytů v lymfatických uzlinách a slezině je značně zvětšuje

·          ·           Objevují se klony které jsou autoreaktivní, což znamená že napadají vlastní složky a vedou k autoimunitním chorobám jako je hemolytická anémie nebo trombocytopenie

·          ·           Objevení se lymfomu (rakovinného klonu lymfocytů)

U většiny pacientů s ALPS se mutace nachází ve všech tělních buňkách. Někdy je však mutace somatická, to znamená že se objevuje pouze u některých buněk prekurzorů v kostní dřeni. Tito pacienti jsou genetické mozaiky u některých lymfocytů dochází k normální apoptóze, u jiných nikoliv a tyto mají tendenci přerůstat populaci normálních buněk v lymfatických uzlinách a v krvi.

 

Apoptóza a AIDS

Hlavním rysem AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) je pokles počtu pacientových CD4+ T buněk (normálně je jich asi 1000/µl krve). Tyto buňky zodpovídají přímo nebo nepřímo (jako tzv. helper cells) za veškerou imunitní odpověď. Pokud jejich počet poklesne pod 200/µl, pacientův organismus není schopen účinné imunitní odpovědi a podléhá mnoha nebezpečným infekcím. Co je příčinou mizení CD4+ T buněk?  

HIV (human immunodeficiency virus) napadá CD4+ T buňky a dalo by se předpokládat, že tato jejich infekce virem HIV je příčinou jejich značného úhynu.  Ukazuje se však, že toto není hlavní příčina. Ve skutečnosti je virem infikována méně než 1 ze 100 000 CD4+ T buněk v krvi.   To, co zabíjí tak mnoho CD4+ T buněk, je veskutečnosti apoptóza.

Mechanismus není zcela jasný, nabízí se několik možností. Jedna z nich je následující:  

 

 

 

 

 

 

 

·          ·           Všechny T-buňky, infikované i neinfikované, vystavují Fas

·          ·           Exprese genu HIV (zvaného Nef) v buňkách infikovaných HIV způsobí

o      o        buňky vystavují na svém povrchu větší množství FasL

o      o        přitom brání interakci se svým vlastním Fas, aby nedošlo k samodestrukci

·          ·           Pokud se však infikovaná T-buňka setká s neinfikovanou (např. v lymfatické uzlině), interakce FasL s Fas neinfikované buňky tuto zabije oimocí apoptózy

 

Apoptóza a orgánové transplantáty

Již dlouho je známo že určité části těla jako

·          ·           přední komora oční

·          ·           varlata

jsou „imunologicky privilegovaná místa“. Antigeny uvnitř nich nedokáží vyvolat imunitní odpověď. Buňky v těchto místech se liší od ostatních buněk v těle v tom, že stále vystavují vysoké hladiny FasL. To znamená, že T-buňky, reaktivní na antigen, které vystavují Fas, jsou po vniknutí do těchto míst usmrceny. (jedná se o opačný mechanismus než je popsáno výše)

Tento fakt ukazuje na možnost nového způsobu prevence odvrhnutí transplantátu. Pokud aspoň některé buňky transplantované ledviny, jater, srdce atd. lze přimět k vystavení vyšších hladin FasL, bylo by možno takto chránit transplantát před útokem T-buněk hostitelského buněčného imunitního systému. V takovém případě by se současná potřeba imunosupresívních léků po zbytek života příjemce transplantátu mohla snížit nebo i eliminovat.

Výsledky experimentů na zvířatech však dosud nejsou jednoznačné. Allogenní štěpy připravené tak aby vystavovaly na povrchu svých buněk FasL vykazovaly zvýšenou dobu přežití u ledvin, ale nikoliv u srdcí nebo Langerhasnsových ostrůvků.

Apoptóza v rostlinách

I rostliny mohou zapnout systém programované buněčné smrti, například jako pokus zastavit šíření virové infekce.

Příslušný mechanismus se liší od mechanismu apoptózy u živočichů, ačkoliv též zahrnuje působení proteáz, které stejně jako kaspázy štěpí jiné proteiny v místech zbytků Asp (a Asn). Aktivací těchto enzymů dojde ke zničení centrální vakuoly, což má za následek zničení celého zbytku buňky

 

 

 

 

 

4. MEIÓZA - dělení redukční (zrací)

(Viz též velmi dobré  URL 96, kde jsou podrobně popsány jednotlivé fáze meiózy i mitózy.)

 

Meiózou se nazývá specifické dělení buněk, jehož cílem je vznik buněk pohlavních.

Při tomto procesu dochází

1.     1.      k redukci počtu chromozómů. (Proto je tento typ běžný při vzniku buněk pohlavních , kde jejich splynutím (zygota) se počet chromozómů opět upravuje na normální 2n stav.)

2.     2.      k rekombinaci dědičných vloh po otci a matce tzv.  segregací chromozómů (náhodný rozchod otcovskýcch a mateřských chromozómů do dceřinných buněk) nebo navíc i pomocí tzv. crossing overu.

 

Meiotické dělení  jsou v zásadě dvě na sebe navazující mitózy.  První dělení se od mitözy podstatně liší profází a nazývá se heterotypické dělnení. Druhé dělení je v zásadě s mitózou totožné a proto se mu říká homoypické.

 

Buňky se v tomto procesu rozdělí dvakrát, ale chromozómy jen jednou. Výsledkem jsou normálně 4 buňky s polovičním počtem chromozómů.

 

 

URL 95

                                                                                                                                                                                                       

 

4.1. PRVNÍ ZRACÍ DĚLENÍ

4.1.1. PROFÁZE:

Probíhá v jádře. Rozeznáváme 5 stadií:

LEPTOTEN

ZYGOTEN

PACHYTEN

DIPLOTEN

DIAKINEZE

 

Meiósa podle Nečase a kol (2000). Důležitá je existence tzv. synaptonemálního komploexu (zde centrální proteinový element) bílkovin, které váží nesesterské chromatidy k sobě a umožňují správnou výměnu úseků (tedy průběh crossing overu). Viz též rekombinační uzlík níže.

 

 

a)  LEPTOTEN - V jádře se objevuje dlouhé vláknité chromozómy, orientované konci k povrchu jádra v místě centriolu – vzniklý útvar se nazývá buket . Někdy zůstává rozložení chaotické.

 Převzato z www

b)  ZYGOTEN - Podélné sbližování a spojování (syndeze) homologních chromozomů centrálním elementem synaptonemálního komplexu (bílkoviny, které dvojice drzí u sebe). Vzniklé dvojice homolögních chromozömů se nazývají bivalenty. Mezi nimi zůstvá zachována tzv. redukční štěrbina.

 Převzato z www

 

 

 

c) PACHYTEN - Spiralizace bivalent - zkracují se a zesilují. Homologní chromozómy se vzájemně ovíjejí a proplétají. Současně se každý chromozóm podélně štěpí na 2 chromatidy - vznikají terády - ekvační štěrbina (uplatnila by se v mitóze, kde se jedná o stejný, ekvální, počet chromozómů). Dochází i k překřížení nesesterských chromatid homológních chromoz¨omů (crossing over) V takových místech může dojít k výměně překřížených úseků DNA histonových komplexů. Během crossing overu - překřížení dojde k rozpojení chromatid na fragmenty a k jejich opětnému spojení během pokračující meiózy, ale tak, že se napojí v přímé linii, nikoli podle překřížení. Každá ze čtyř původních chromatid má tak po crossing overu zcela originální genotypickou podobu. Dojde ke kombinaci genetického materiálu po obou rodičích producenta. 

     Převzato z www

 

Místo, kde nastává crossing over, je proměnlivé. Samotná rekombinace je zřejmě řízena složitým bílkovinným komplexem, který se nazývá rekombinační uzlík. Meióza je tedy velice delikátní enzymayticky kontrolovaný proces.

   

       (Podle Kubišty, 1998)

 

d) DIPLOTEN - Rozestup homologních chromozómů v tetrádách (redukční štěrbina). Synaptonemální komplex se odbourává. V některých místech zůstávají tetrády srostlé, nabývají tvaru X  - tvoří tzv. chiazmata. Chiasmatypie může trvat dlouho - ve vaječných buňkách obratlovců i několik let. Postupně tetrády tloustnou a zkracují se a překřížení se posunuje ke koncům. Všechny tetrády ke konci mají postupně kruhovitý tvar, nastává poslední stadium - diakinéze. 

  Převzato z www

 

e) DIAKINEZE - Diakinezí končí profáze 1. zracího dělení, buňka vstupuje do metafáze.

    

Převzato z www