1.2. Látkové složení buněk

1. 1.2. Látkové složení buněk Autor: PhDr. Přemysl Štindl Recenze: Mgr. Vladimír Bádr, Ph.D.

2. Látkové složení buněk • Prvky • kvalitativně shodné s prvky v přírodě, ale v biosféře (org.) jsou některé častěji (hromadí se) – biogenní prvky – rozdíly kvantitativní • Sloučeniny • Anorganické (neústrojné) – voda, soli, plyny • Organické (ústrojné) – komplexy:

3. 1) Prvky • makrobiogenní (mnoho) , až v 10kách %, • ( C, H, O, N, P) • „oligomerní“ (trochu) , desetiny až setiny % • ( Ca, Mg, Fe, Na, K, Cl, S ) • mikrobiogenní , • (B, F, Br, Ar, Se, Si, Al, Mn, Li, Ti) • ultramikrobiogenní , • (Cd, Hg, Au, Ag, Cs) • neplatí pro každou buňku (přeslička – SiO2)

4. Obr. 1) Periodická soustava prvků

5. 2) Sloučeniny • Anorganické (neústrojné) • voda, soli, plyny • Organické (ústrojné) – komplexy: • nízkomolekulární (samostatné) • nadmolekulární • vysokomolekulární • Analýza: usušení (105C°) do konstantní váhy • voda tvoří 70 – 80% metabolicky aktivní buňky • Sušina – org. látky a popelovina (minerál. látky)

6. A) Anorganické (Neústrojné) látky A1) Voda A2) Soli A3) Plyny Obr. 2) Obr. 3)

7. A1) Voda • obecné rozpouštědlo (polární) • ionizační činidlo (soli a org. molekuly s polárními skupinami, molekula vody vytváří dipól, vytrhne částici z mřížky jako iont) • vytváří tzv. micely (org. ionty se mohou spojovat a proplétat) • vytváří reakční prostředí bky • teplotně širokospektrá kapalina (0C°- 100C°) • teplotní akumulátor • vodič tepla (brání přehřátí, zamrznutí, moderátor teploty – pocení) • velké povrchové napětí • konečný produkt úplné oxidace organických látek • zdroj elektronů a protonů pro metabolické reakce (fotosyntéza)

8. A2) Soli • podoba iontů • vázány na molekuly (i organické) či volné • pevné (inkrustující látky) – přeslička • (rafidy=krystalky šťavelanu draselného) • v podobě iontů – zajišťují osmózu • zajišťují tok vody membránou (pasivní transport – koncentrační spád), el. a transportní procesy na membráně • podílejí se na funkci makromolekul • spoluvytvářejí ústojné roztoky (pufry) - (nikoliv ústrojné) • komplex s makromolekulami

9. A3) Plyny • i vzdušné (dusík, kyslík, oxid uhličitý) • rozpuštěny dle parciálních tlaků (= částečných) v cytoplazmě • součástí pufrů (nárazníků) • u člověka uhličitanový pufr

10. B) Organické (ústrojné) – komplexy B1) Nízkomolekulární B2) Makromolekulární B3) Organické molekuly se zvláštními funkcemi B4) Nadmolekulární komplexy

11. B1) Nízkomolekulární • Malé organické molekuly • Organické kyseliny (mastné jsou složkami tuků), aminokyseliny • Monosacharidy, oligosacharidy

12. B2) Makromolekulární • Bílkoviny (peptidy, aminokyseliny) • Polysacharidy • Lipidy • Nukleové kyseliny • Organické molekuly se zvláštní funkcí

13. 1) Bílkoviny • I. struktura = poměrné zastoupení Ak a jejich sled • vytváří makromolekuly • z alfa aminokyselin • spojeny peptidickou vazbou (* peptidický řetěz – 10Ak = (oligo)peptidy; více = polypeptidy (proteiny) • II. struktura = geometrické uspořádání peptid. řet. • skládaný list • pravotočivá šroubovice (alfahelix), H můstky • III. stuktura • globulární (klubkovité) – histony, albuminy, globuliny • fibrilární (vláknitá) – fibrolin, kolagen, keratin (mechanická fce) • IV. struktura = uspoř. podjednotek (=polypeptid. řetězce, které nejsou spojeny peptidic. vazbou)

14. Struktura bílkovin Obr. 4) I. Primární struktura III. Terciální struktura II. Sekundární struktura IV. Kvarterní struktura skládaný list šroubovice alfa helix

15. IV. Struktura bílkovin • složení: + prostetická složka • fosfoproteidy – kys. fosforečná, (kasein, ovovitelin) • glykoproteidy – sacharidy (mucin) • lipoproteidy - tuky • nukleoproteidy - NK • chromoproteidy – barviva (hemoglobin, cytochromy) • metaloproteidy

16. Význam bílkovin: • strukturní základ • dynamické molekuly zajišť. katalýzu rcí (=enzymy, biokatalyzátory) • regulátory (hormony) • bílkoviny krevního séra – protilátky • kontraktilní bílkoviny • některé pomocné oporné, krycí fce (kolagen, sklerotin hmyzu) • přenašeči • reverzibilní a ireversibilní změny struktur (teplota aj...)

17. Funkce bílkovin: • zásobní • transportní (hemoglobin) • ochranné (imunoglobulin) • kontraktilní (myozin) • regulační – hormony (inzulin); • regulace genet. aktivity – represory • toxiny (hadí jedy) • strukturní (stavební, opěrné, krycí), v membr., • enzymy • informační (role signálů, receptory, • templáty – spouštějí či zastavují řadu procesů

18. 2) Sacharidy, polysacharidy • polyhydroxyderiváty aldehydů nebo ketonů • dělení: • dle funkčních skupin na aldozy, ketozy • dle počtu C na triozy, tetrozypentozy, hexozy, heptozy • stavební látky a zdroje energie • nejrozšířenější biopolymery • obsahují 11 a více monosacharidů • mezi polysacharidy patří: • škrob, glykogen, celulóza, glykoproteiny

19. Obr. 5) Struktura celulózy

20. 3) Lipidy • estery vyšších mastných kyselin a glycerolu • nerozpustné ve vodě • zdroj energie v rostlinných i živočišných tucích • fosfolipidy tvoří součást biomembrán • lipidy vylučované žlučí napomáhají při emulgaci tuků ve střevě

21. Obr. 6) Struktura fosfolipidu

22. 4) Nukleové kyseliny • stavební jednotka nukleotid (=nukleosidfosfát) = fosforylované nukleosidy (=báze + pentóza) • polynukleotidové řetězce • pořadí bází kódováno I. strukturou bílkovin (sled aminokyselin) • DNA, RNA – liší se v cukerné složce i bázi • RNA (rRNA, i,mRNA, tRNA, aj.) • Ústřední dogma molekulární biologie • Funkce: nositel genetické informace

23. Struktura nukleové kyseliny • I. - sled nukleosidů (nukleotidů) • II. - dvouvláknitá, H vazby mezi bázemi • III - dvojitá šroubovice stočená do superhelixu Obr. 7) Watson a Crick při sestavování modelu DNA Obr. 8) I. a II. struktura DNA

24. Obr. 9) Struktura chromosomu

25. B3) Organické molekuly se zvláštními funkcemi • Regulační komunikace • (buněčná, mezibuněčná, meziorganismová) • Malé molekuly • Vyskytují se samostatně • Pohyblivé • Význam: kompletují makromolekuly (bílk.) pro enzymatickou či regulační fci • Nukleotidové koenzymy: • ATP, NAD+, NADP+, FAD, CoA, cAMP • Hormony, fytohormony, steroidy, prostaglandiny, feromony

26. B4) Nadmolekulární komplexy • Biomembrány • Lipidy a bílkoviny, základem membránová jednotka silná asi 7nm • Ribozomy • tvořeny rRNA a bílkovinami, dvě podjednotky • Nukleozomy • Tvořeny DNA a bílkovinami • V buněčném jádře • Necelé 2 otočky vlákna DNA kolem 8 molekul bílkovin • Nukleozomy základem chromatinu • Bílkovinné komplexy • Útvary tvořené bílkovinami – vytvářejí základní strukturu buňky (cytoskelet) • takový komplex ve formě vláken (fibril) také vytváří nejhojnější bílkovina savců - kolagen • Víceenzymové systémy • Mikrotubulární a fibrilární struktury

27. Ribosom Obr. 11) dle Cooper (1997) Obr. 10) Model membrány Obr. 12) Schéma nukleosomu (dle Hayese, Pazdera, 2008) Obr. 13) Vizualizace cytoskeletu pomocí fluorescenčního mikroskopu (dle Alberts, 1998)

28. Literatura: • Alberts B. a kol. (1998): Základy buněčné biologie. Espero Publishing, Ústí nad Labem, s.11 obr.1-11 a,b, s.210, s.470, obr.14-24 b. • Berger J. (1996): Buněčná a molekulární biologie. Tobiáš, Havlíčkův Brod. • Dostál P., Řeháček Z., Ducháč V. (1994): Kapitoly z obecné biologie. SPN, Praha. • Jelínek J., Zicháček V. (1999): Biologie pro gymnázia. Nakladatelství Olomouc. • Kubišta V. (1992): Obecná biologie. Fortuna, Praha.

29. Loewy a kol. (1991): Cell Structure and Function. Saunders College Publishing, USA, s.59 obr.2-16, s.65 obr.2-26 b, s.67 obr.2-30. • Romanovský A. a kol. (1983): Obecná biologie. SPN, Praha. • Rosypal S. a kol. (1998): Přehled biologie. Scientia, Praha, s. 61 – 78. • Rosypal S. a kol. (2003): Nový přehled biologie. Scientia, Praha. • Villee C. a kol. (1989): Biology. Saunders college Publishing, USA. • Wallace R., Sanders G., Ferl R. (1996): Biology. H. Collins College Publishers, USA, s.89 obr.4.18.

30. Zdroje obrázků: • Obr.1) lide.uhk.cz/pdf/student/psopatp1/parchemuzit.htm • Obr. 2) http://image036.mylivepage.com/chunk36/483938/313/Bublinky.JPG • Obr. 3) http://www.volny.cz/veletrzni/statistiky/voda.jpg • Obr. 4) http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/prot_struct-4143.JPG • Obr. 5) http://www.inovace.cz/for-high-tech/chemie-materialy/clanek/enzymy-rozkladajici-celulozu---uzitecny-biotechnologicky-nastroj/ • Obr. 6) http://sci.muni.cz/ptacek/CYTOLOGIE6_soubory/image055.jpg • Obr. 7) http://www.agen.ufl.edu/~owens/age2062/OnLineBiology/OLBB/www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookDNAMOLGEN.html • Obr. 8) http://www.oskole.sk/userfiles/image/novy/adriana/image003(1).jpg • Obr. 9) http://www.bio.miami.edu/~cmallery/150/proceuc/chromosome.jpg • Obr. 10) http://www.vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-02_v1/hesla/membrana_biologicka.html • Obr. 11) Cooper, G., M. (1997): The Cell-a molecular approach. ASM Press, Washington D.C. • Obr. 12) http://www.osel.cz/popisek.php?popisek=10861&img=1227582237.jpg • Obr. 13) http://www.bioweb.genezis.eu/bunka/cytomorfologia/cytoskelet.jpg

31. Konec 12/08 Autor: PhDr. Přemysl Štindl