Význam biológie v medicíne - cdv.uniba.sk · „otec modernej taxonómie" = binomickej nomenklatúry Prehľad histórie biologického výskumu. Jean B. Lamarck (1744

Význam biológie

v medicíne

Prehľad histórie biologického výskumu

- biologický výskum (v praktickej rovine) je tak

starý ako ľudstvo (Homo sapiens sapiens)

- praktické poznanie a pochopenie základných

procesov v prírode (ročné obdobia, správanie sa

lovných zvierat atď.) umožnili vývoj človeka, prežitie,

šírenie sa a kolonizáciu všetkých kontinentov

- svedčia o tom mnohé nálezy získané v sídlach

prehistorických ľudí

- neskôr boli tieto skúsenosti aktívne využívané pri

plánovaných činnostiach = poľnohospodárstve,

chove domestikovaných zvierat, šľachtiteľstve,

budovaní obydlí atď.

- biológia bola pôvodne súčasťou filozofie

- za zakladateľa biológie je považovaný Aristoteles

narodený: 384 p.n.l.

zomrel: 7 marca 322 p.n.l.

- vytvoril pojem „abiogenéza“ = vznik živočíchov

z anorganických látok (napr. múch zo „špiny“)

- prvý opísal pozorovanie ako metódu


- stredovek bol v katolíckej Európe „obdobím

temna“ a rozvoj biologických vied začal

až s príchodom renesancie

- v 16-tom storočí Andreas Vesalius (1514-1564)

= začiatok vedeckej anatómie

vykonal základné anatomické štúdie človeka


- neskôr začali aj experimentálne štúdie vo fyziológii:

- chirurg William Harvey (1578-1657) na srncovi

demonštroval, že je krvný obeh uzavretý (1628)

- tieto výskumy viedli

k založeniu a rozvoju

vedeckých postupov v medicíne


- pokroky v optike umožnili vyvinúť mikroskop:

Robert Hooke (1665) - Micrographia


Antonie van Leeuwenhoek (1715-1722) - zakladateľ cytológie

- prvý opísal živé bunky (u žaby),


-švédsky botanik,

lekár a zoológ, založil

modernú nomenklatúru

a systém organizmov

Carolus Linnaeus, známejší ako Carl von Linné,

(1707 – 1778)

- je známy ako

„otec modernej

taxonómie"

= binomickej

nomenklatúry


Jean B. Lamarck (1744 –1829)

- “živé veci môžu počas života akumulovať

modifikácie a tieto znaky prenášať

na potomstvo“

– dedičnosť získaných znakov

1859 – Charles Darwin (1809–1882) publikoval “The Origin of Species ....“ – variabilita

– zápas o prežitie (prírodný výber

= selekcia) – mechanizmy evolúcie


Johann Gregor Mendel (1822 –1884)

1866 – publikoval výsledky pokusov

s riadeným krížením hrachu

= prvé pravidlá prenosu znakov

z rodičov n potomstvo

1953 – Watson a Crick

objavili priestorovú

štruktúru DNA

a komplementaritu báz


Lekárska biológia je časťou medicíny

a všeobecnej biológie.

Študuje:

- človeka, ako súčasť živej prírody

- ľudstvo, ako vplyvný živočíšny druh

- vzťahy medzi ľuďmi navzájom (ekológia človeka)

- vzťahy medzi ľuďmi a inými organizmami

(symbióza a parazitizmus)

Všeobecné charakteristiky

živých organizmov

Všetky živé organizmy majú určité spoločné znaky.

- tieto znaky študuje všeobecná biológia

- sú to: 1) chemické zloženie

2) životné procesy sú viazané na bunku

3) dedičnosť

4) vnímavosť a homeostázu

5) schopnosť rásť, vyvíjať a rozmnožovať sa

6) výmenu látok a energie

7) obmedzené trvanie života

Všeobecné charakteristiky živých organizmov

- živé organizmy sa skladajú z určitých molekúl

1) chemické zloženie

1) malé molekuly – voda, soli, aminokyseliny,

sacharidy, močovina a pod.

2) makromolekuly = biopolyméry

a) nukleové kyseliny – nesú genetickú informáciu

– kontrolujú jej použitie a

– odovzdávajú ju do

dcérskych buniek

b) bielkoviny – tvoria štruktúry a zabezpečujú

funkcie buniek + tela

– umožňujú a riadia životné procesy


- bunka je základná štruktúrna, funkčná a

reprodukčná jednotka organizmov

2) životné procesy sú viazané na bunku

- všetky biologické procesy sa uskutočňujú v bunke

alebo sú viazané na aktivitu niektorých buniek

- bunka je samoregulačná, relatívne nezávislá

jednotka, schopná autoreprodukcie

- bunka je systém s „cieľovým správaním sa“

a schopnosťou diferenciácie


- organizmy majú svoje vlastnosti kódované v ich

genóme (DNA)

3) dedičnosť

- organizácia genetickej informácie a procesy

delenia buniek umožňujú odovzdanie:

- genetická informácia je dôkladne chránená pred

poškodením, ale môže sa meniť (vyvíjať) – mutáciou

a/alebo (re)kombináciou


- jej identických kópiíi do dcérskych buniek

- polovice informácie potomstvu (pri pohl. rozmnožovaní)

- organizmy sú schopné reagovať na podnety

4) vnímavosť a homeostáza

- prebieha to za kontroly regulačných bielkovín

- vnímavosť je daná špecifickou interakciou

medzi (fyzikálnym, chemickým alebo biologickým) podnetom

a receptorom, ktorý ho rozpozná

- podnet sa takto premení na signál a je prenesený do

bunky, čím začína signálna dráha, ktorá končí

na efektorovej molekule (systéme) v bunke


- živé organizmy sa rozmnožujú

5) schopnosť rastu, vývoja a rozmnožovania

- väčšina živých organizmov nie je statická

= počas ontogenézy rastú a vyvíjajú sa

- väčšina z nich

pohlavným rozmnožovaním, ktoré zabezpečuje

primeranú variabilitu (premenlivosť)

- nepohlavné rozmnožovanie je menej časté, pretože

nezabezpečuje variabilitu v potomstve


- všetky živé organizmy sú schopné komunikovať

s okolím

6) výmena látok a energie

- väčšina živých organizmov je schopná premeny

látok = majú metabolizmus

- látok (živín) = anabolizmus (syntéza)

= katabolismus (rozklad)

- energie = chemo- + fotosyntéza

= oxidácie


- každý živý organizmus má určitú dĺžku života

7) organizmy sú limitované v čase a v priestore

- niektoré organizmy sa môžu meniť na anabiotické

štádiá (spóry alebo cysty) alebo sú veľmi odolné

(napr. vírusy), ale “nik nežije večne“

- každý živý organizmus existuje (žije alebo pretrváva)

v určitom priestore alebo na ploche

ako sa vlastne život objavil na Zemi ????


Objavenie sa života na Zemi

pred 3,5 miliardami rokov

Stvorenie ?

- priemer koacervátov je 1 až 100 µm, majú osmotické vlastnosti

a formujú sa spontánne v rôznych organických roztokoch

Koacerváty

Oparin, Alexander Ivanovič (1894-1980)

- kvapôčky koacervátov vznikajú napr. interakciou želatíny a arabskej

gumy

- podľa Oparinovej teórie mohli hrať koacerváty dôležitú

úlohu v evolúcii buniek.

- sú to guľovité agregáty molekúl lipidov obsahujúce koloidné častice

(inklúzie), ktoré „držia pokope“hydrofóbnymi silami.

+ bielkoviny

+ nukleová kyselina

(RNA ?)

= prvá bunka ?

koacervát

.... ale, odkiaľ sa vzali organické molekuly ??? ....

(eobiont)

Na jeseň 1952, Stanley Miller, t.č. emeritný profesor chémie na

University of California, San Diego, začal simulovať podmienky

na „mladej“ Zemi = v experimentálnej aparatúre produkoval

základné „stavebné bloky života“

mladá Zem

vodík

metán

čpavok

voda

zdroj tepla

elektrické výboje

chladenie

- myšlienkou panspermie sa zaoberali aj mnohí význační vedci,

napr. Berzelius (1834), Richter (1865), Kelvin (1871),

a Helmholtz (1871)

Panspermia

= v dávnych časoch sa na povrch našej planéty dostal „hotový“

život z vesmíru

- už Anaxagoras hovoril o "semienkach života" z ktorých

sa vyvinuli všetky organizmy

- najznámejšou postavou bol však švédsky vedec Svante

Arrhenius, ktorý v roku 1903 uverejnil teóriu „rádiopanspermie“

(slnečný vietor roznáša „spóry života“)

- slnečný vietor roznáša „spóry života“, ktoré

kolonizujú panenské planéty

Rádiopanspermia

Jedinec, druh,

mnohobunkové organizmy, kolónie,

podmienky života

Jedinec, kolónia, mnohobunkový organizmus

- “živá“ príroda je tvorená “živými vecami“

- “živé veci“ sú jednotlivé organizmy alebo spoločenstvá

- organizmus je jedinečné (neopakovateľné) individuum

- každý organizmus je limitovaný v:

a) čase = dĺžke života

- začína sa vznikom jedinca

b) priestore (ploche) – kde prebieha jeho život

- končí smrťou

- pokračuje vývojovými fázami (ontognéza)

Jedinečnosť každého živého tvora je podmienená:

a) diferenciácia zárodočných buniek (meióza)

b) náhodnosť oplodnenia (vzniku zygoty)

- čo zvyšuje premenlivosť a šancu jedinca a druhu

na prežitie

2) efekt prostredia (životných podmienok) na jedinca

1) dôsledkami pohlavného rozmnožovania:


- príbuzné = v základných charakteristikách zhodné

organizmy patria k jednému druhu

- jedince z toho istého druhu majú typické vlasnosti

= druhové charakteristiky, ale kombinácia ich

foriem u jedinca ho robí unikátnym

Jedinec, kolónia, mnohobunkový organizmus, druh

- dĺžka života jedinca je síce obmedzená, ale prežívanie

druhu je oveľa dlhšie (= milióny rokov)

- druh je (teoreticky) nesmrteľný a zvyčajne zanikne

len za (pre neho) “kataklyzmických“ podmienok

- nové druhy vznikajú po veľmi dlhom čase

= akumuláciou zmien (= užitočných a neškodných

mutácií) v genetickej informácii (genofonde) ich

predchodcov


Voda je priehľadná tekutina bez zápachu a chuti,

ktorá je v malom množstve bezfarebná a vo veľkom

množstve modrastá.

V pevnom (ľad) a

tekutom stave pokrýva

asi 70% povrchu Zeme.

V atmosfére sa vyskytuje

v premenlivom množstve.

Je to organizmom

najprirodzenejšia tekutina,

ktorá sa na Zemi vyskytuje

v obrovskom množstve.

Väčšinu vody v tele človeka (65%) sa nachádza

v cytoplazme buniek (tzv. vnútrobunková tekutina).

Mimobunková (extracelulárna) tekutina (35%)

sa delí na:

- tkanivový mok + miazga (a pod.) (25%)

- krv (75%)

Bunky priemerne obsahujú 60 až 90% vody

Živé organizmy

sú súčasťou kolobehu vody v prírode:

Význam vody:

- je výborné rozpúšťadlo mnohých chemikálií

= rozpúšťa väčšinu

chemických látok v bunkách

- väčšina chemických reakcií dôležitých pre bunku

prebieha vo vodných roztokoch a/alebo sa molekuly

vody na nich zúčastňujú (napr. hydrolytické reakcie)

- biologická aktivita proteínov a nukleových kyselín

sa môže realizovať len vo vode (roztokoch a zmesiach)

- väčšinu chemických látok bunka získava alebo

vylučuje vo vodných roztokoch (zmesiach)

= vo vode nerozpustné látky sú dopravované pomocou

transportných molekúl

Voda je polárna molekula = má (+) aj (-) náboj

= molekuly vody majú schopnosť

interagovať navzájom, ako aj

s inými polárnymi (s elektrickým

nábojom = hydrofilnými) molekulami (alebo ich časťami)

atómy vodíka

atóm

kyslíka

prevažuje kladný náboj

prevažuje záporný náboj

ľad Voda v tekutom stave

vodíkové

väzby medzi

molekulami

vody

vodíkové väzby v ľade

ľad voda v

topenie tekutom

stave

1) voda má tendenciu vytvárať kryštály

2) Voda rozpúšťa (v nej disociujú) niektoré soli na ióny

(elektrolyty), ktoré asociujú s jej molekulami

význam pre osmotické javy

= s nárastom počtu molekúl solí (iónov)

narastá aj koncentrátia roztoku

molekuly

vody

chloridový anión (Cl-)

sodíkový katión (Na+)

nedisociovaný NaCl

hypertonický

roztok izotonický

roztok hypotonický

roztok

Osmotické javy v bunke 3

Močovina je organickou látkou,

ktorá je zložená z uhlíka, dusíka,

kyslíka a vodíka.

Jej vzorec je CON2H4

resp. (NH2)2CO.

Močovina vzniká najmä v pečeni, pri odbúravaní dusíkatých

heterocyklov = v Krebsovom-Henseleitovom cykle.

Primárnym produktom je toxický amoniak (čpavok), ktorý je

potom konvertovaný na netoxickú močovinu.

Druhou najdôležitejšou malou molekulou je močovina.

Odborný názov pre močovinu je urea.

Močovina voľne prechádza cez biologické membrány.

Výnimkou je ascendentná časť Henleho kľučky, kde jej vysoká

koncentrácia umožňuje zahusťovanie primárneho moču.

Energia je uložená v kovalentných väzbách medzi fosfátmi, s najväčším

množstvom energie (približne 7 kcal/mól) vo väzbách medzi druhou

a treťou fosfátovou skupinou.

Adenozín trifosfát (ATP) je hlavným donorom energie v bunke.

Pomocou ATP sa v bunke ukladá a prepravuje energia získaná rozkladom

chemických väzieb na energiu bohatých molekúl (napr. sacharidov).

ATP je zložený z adenínového ribonukleozidu (päť-uhlíkový sacharid

ribóza, dusíková báza adenín a fosfátová skupina PO4-2 (tzv. „fosfát“))

a z dvoch ďalších fosfátov.

3 P

ribóza

adenín

Táto kovalentná väzba sa nazýva makroergická väzba.

Váčšina lipidov je zložená z 3 mastných kyselín, ktoré sú

kovalentne pripojené na 3 uhlíky alkoholu (glycerolu).

Hlavnou funkciou lipidov v tele je dlhodobé „skladovanie energie“.

Lipidy samotné sú nepolárne, vo vode nerozpustné látky.

Druhou funkciou lipidov je, že sa podieľajú na tvorbe

významných štruktúrnych komponentov = vo forme

fosfolipidov sú hlavnými stavebnými časťami bunkových

membrán.

Steroidy majú v tele rôzne funkcie = sú to napr. niektoré

hormóny (napr. testosterón a kortizol), viatmíny (napr. D)

+ cholesterol (dôležitý o. i. pre stabilitu membrán)

Odstránením jednej molekuly vody vznikne kovalentná väzba,

nazývaná peptidovou väzbou.

prvá aminokyselina druhá aminokyselina

peptidová

väzba

Aminokyseliny sú v proteíne pospájané väzbou medzi

karboxylovou skupinou na konci jednej a amino skupinou na

začiatku druhej aminokyseliny.

Tento proces prebieha v P mieste ribozómu a vykonáva ho

enzým peptydyl-transferáza (syntáza).

Mnohé proteíny, napr. enzýmy ako hemoglobín, sa skladajú

z viacerých podjednotiek (polypeptidov). Táto organizčná

úroveň proteínov sa nazýva ich kvartérna štruktúra.

Pospájaním aminokyselín vznikajú peptidy, ich spájaním

polypeptidy, ktoré sú podjednotkami proteínov.

Primárnou štruktúrou proteínov je teda poradie (sekvencia)

aminokyselín, ktorá je priamo určená poradím dusíkových

báz v mRNA, ktorá vznikla ako kópia štruktúrneho génu.

Vlastnosti proteínov sú určené ich primárnou štruktúrou! Zmeny primárnej štruktúry môžu zmeniť funkciu proteínu.

Sekundárna štruktúra proteínu (α-helix alebo skladaný list)

je daná vodíkovými môstikmi medzi reťazcami aminokyselín.

Terciárna štruktúra proteínov závisí od riadeného spájania

(odpájania) sa reťazcov polypeptidov.

Nukleové kyseliny sú polyméry, ktoré vo svojej

štruktúre nesú genetickú informáciu (DNA)

alebo sa podieľajú na jej využití (RNA).

Monomérom týchto makromolekúl sú nukleotidy.

Nukleotid sa skladá z dusíkovej bázy, pentózy

a fosfátu (zvyšku H3PO4).

Primárna štruktúra nukleových kyselín = poradie

(sekvencia) nukleotidov.

Sekundárna štruktúra sa u DNA a RNA odlišuje:

- u DNA = dve protibežné vlákna spojené vodíkovými

mostíkmi medzi dusíkovými bázami

- RNA molekuly sú lineárne (ale môžu tvoriť slučky)

Terciárna štruktúra je len u DNA, ktorá vytvára

spolu s histónovými bielkovinami nukleozómy,

chromatozómy a 30 nm chromatínové vlákno.

Kvartérna štruktúra = chromatínové vlákno spolu

s nehistónovými proteínmi vytvárajú eukaryotický

chromozóm.

Organizmy

• Vírusy sú nebunkové

• Ostatné organizmy sú bunkové

• Bunkové organizmy sú tvorené prokaryotickými alebo eukaryotickými bunkami

• Eukaryotické organizmy sú jednobunkové (protozoa +protofyyta) alebo mnohobunkové

Podľa organizmov, na ktorých parazitujú

delíme vírusy na:

Bakteriofágy: parazitujú v baktériách

Fytotropné: parazitujú v rastlinách

Zootropné: parazitujú v živočíchoch

* tropizmus aj podľa orgánovej lokalizácie !

(neurotropné, hepatotropné, dermotropné atď.)

Taxonómia vírusov

sa vytvárala podľa:

1) genómu

2) biotropizmu

3) morfológie

Typický virión sa skladá z 2 častí:

1. Nukleová kyselina = DNA alebo RNA

(ale nikdy nie obidve naraz)

2. Kapsid (obalový proteín) zložený z kapsomér

= genóm vírusu

- chráni genóm vírusu pred endonukleázami

a exonukleázami

- obsahuje povrchové antigény = väzobné miesta

(ligandy, antireceptory) pre adsorpciu virionu

na povrch hostiteľskej bunky

Morfológia viriónov 1. helikálne (závitnica)

nukleová kyselina

kapsoméra

kapsid

ikozahedrálny (osemsten)

Morfológia viriónov 2. polyhedrálne (mnohosteny)

nukleová kyselina kapsoméra

kapsid

Morfológia viriónov 3. obalené (helikálne alebo polyhedrálne)

NK

kapsoméra obal

„hroty“

Morfológia viriónov 4. komplexné (bakteriofágy)

kapsid (hlavička)

DNA

pošva

hrot bazálna

platnička

vlákno bičíka

1) vzduchom (kvapôčková nákaza)

Cesty prenosu vírusu:

2) orálno-fekálny

3) priamym kontaktom

4) pohlavným stykom

5) krvou (a inými telesnými tekutinami)

6) artropódami

Biologickými hegemónmi

a starousadlíkmi na Zemi

sú mikroorganizmy!

Priečne delenie Escherichia coli

Bunkové mikroorganizmy

- pre prežitie niektoré tvoria anabiotické štádiá,

spóry (baktérie) alebo cysty (protozoa)

spóra cysta

Vzťah

mikroorganizmus – makroorganizmus

3. Parazitický (patogénny)

1. Inertný

2. Vzájomne výhodný

Vzťah mikroorganizmus – makroorganizmus

1. Inertný

- len málo mikroorganizmov (z ich celkového počtu)

osídľuje makroorganizmy

- väčšina mikroorganizmov má závažné úlohy

v prírode: - detritické procesy

- kolobeh „N“, „S“ a „P“ v prírode

- účasť na tvorbe O2 a pod.


2. Vzájomne výhodný

Symbióza = nevyhnutné spolužitie mikroorganizmov

a makroorganizmu

Komenzalizmus = vzájomne výhodné spolužitie

mikroorganizmov a makroorganizmu

Escherichia coli – v čreve

Lactobacillus doederleini – v pošve

Staphylococcus epidermis – na koži

Streptococcus salivarius – v ústnej dutine

Probiotické baktérie (laktobacily a bifidobaktérie)

– v čreve


3. Parazitický (patogénny)

Patogénnosť = schopnosť mikroorganizmu

(rozmnožovaním alebo životnými prejavmi)

vyvolať ochorenie u hostiteľa (makroorganizmu).

Virulencia = miera patogénnosti („choroboplodnosti“)

určitého mikroorganizmu pre konkrétneho hostiteľa

(druh).

Patogény – obligatórne

– fakultatívne (oportúnne)

Mikroorganizmy a človek

Len málo mikroorganizmov

sú obligatórne patogény

Mnoho mikroorganizmov

je potenciálne patogénnych

Väčšina mikroorganizmov

nie sú patogény

Základné tvary baktérií

1. KOKY

a. streptokoky (reťazce)

b. stafylokoky (zhluky)

2. PALIČKY

a. bacily b. iné: - vibriá

- spirily

- spirochéty

- atď.

Príklady tvaru baktérií

(REM)

Mikroskopický dôkaz baktérií

je pre uniformitu zloženia ich bunkovej steny

nedostatočný

- najčastejšie sa používa farbenie podľa

Grama = pozitívne a negatívne

= je potrebný kultivačný dôkaz

Kultivačný dôkaz baktérií

Baktérie sa diagnostikujú podľa toho:

a) na akej pôde sa rozmnožia

b) ako vyzerajú kolónie

c) ako ovplyvnia svoje okolie

Kultivačný dôkaz citlivosti

a rezistencie na antibiotiká

schéma ukladania

terčíkov s ATB zóny inhibície rastu

Parazitické

protozoa

- majú zložitú, vysoko diferencovanú bunku

Parazitické protozoa

- sú pôvodcami najčastejších ochorení na Zemi

- mnohé z nich majú zložitý životný cyklus

a striedajú hostiteľov alebo prostredie

- všetky sú aeróbne

- rozmnožovanie:

- pohlavne (napr. gametocytmi)

- nepohlavne ((endo)mitóza)

Podľa miesta parazitovania ich delíme na:

Parazitické protozoa

a. dutinové napr. Trichomonas vaginalis

b. črevné napr. Entamoeba histolytica a Giardia intestinalis

c. krvné a tkanivové napr. Toxoplasma gondii,

Trypanosoma gambiense, rhodesiense a crusi,

Plasmodium malariae, ovale, falciparum a vivax

Trichomonas vaginalis

binárne delenie

nákaza (najmä)

pohlavným stykom

trofozoit trofozoit

bičíky

jadro

axostyl

undulujúca

membrána

trofozoit

STD = sexually transmitted diseases =

PPO = ochorenia prenášané hlavne

pohlavným stykom

Entamoeba histolytica

trofozoity

cysty

nákaza

cystou

cysty v stolici

trofozoit

excystácia

V organizme hostiteľa:

rozmnožovanie

tvorba cýst

rozmnožovanie

trofozoitov

Giardia intestinalis (syn. lamblia)

trofozoity cysta

cysta trofozoit

životný cyklus

binárne delenie trofozoit cysta

Toxoplasma gondii Vývoj v definitívnom hostiteľovi

trus

Vývoj

oocysty

nesporu-

lovaná

sporu-

lovaná

Vývoj v medzihostiteľovi

tkanivové cysty

v mäse

Infekčné štádiá

100 -

300

µm

Tkanivové cysty

9 -

14

µm

Oocysty

tkanivové

cysty

Imunita

matky

Dg. testy

Vyšetrenie

protilátok

Prenatálna dg.

Amniocentéza

Dg. DNA T. gondii

Trofozoit

5 -

7

µm

Pohlavné rozmnož.

v sliznici tenkého

čreva

tkanivová cysta oocysta

tachyzoity

endomitóza v leukocyte

štádiá v Glossine štádiá u človeka

Glossina

palpalis

Trypanosoma brucei gambiense & rhodesiense

Vniknuté metacyklické

trypomastigoty sa menia

na krvné trypomastigoty

a sú roznášané do tela

Trypomastigoty sa binárne

delia vo všetkých telesných

tekutinách (krv, miazga ...)

Trypomastigoty

v krvi

Glossina cicia krv

a s ňou aj

trypomastigoty

Krvné trypomastigoty

sa v strednom čreve muchy

menia na procyklické formy

a rozmnožujú sa binárnym

delením

Procyklické trypomastigoty

opúšťajú stredné črevo a menia

sa na epimastigoty

Epimastigoty sa v slinných žľazách

menia na metacyklické

trypomastigoty

štádiá v Triatoma infestans štádiá u človeka

Triatoma infestans

Trypanosoma cruzi

Metacyklické trypomastigoty napádajú

bunky v okolí vpichu. V bunkách sa

menia na amastigoty.

Amastigoty sa binárne množia

v bunkách napadnutých tkanív

Trypomastigoty môžu

infikovať aj ďalšie bunky

a transformovať sa na

vnútrobunkové

amastigoty

Vnútrobunkové

amastigoty sa môžu

transformovať na

trypomastigoty, vychádzať z buniek a

vstupovať do krvného obehu Triatoma cicia krv a s ňou aj trypomastigoty

Epimastigoty v strednom čreve ploštice

Množenie v strednom čreve

Metacyklické

trypomastigoty

v strednom čreve

Triatoma cicia krv a metacyklické

trypomastigoty vylučuje v stolici

Malária = najčastejšie ochorenie na Zemi

WHO = 300 až 500 000 000 nových ochorení ročne

a viac ako 1 000 000 ľudí na maláriu zomrie

UNICEF = v sub-Saharskej Afrike denne na maláriu

zomrie asi 3 000 malých detí

schizont

Extraerytrocytárne štádium v pečeni človeka

infikovaná

bunka

pečene

bunka

pečene

prasknutý

schizont schizont

nezrelý

trofozoit

zrelý

trofozoit prasknutý

schizont

vývoj gametocytov

Erytrocytárne štádium v krvi človeka

gametocyty

samička komára s krvou nasaje aj gametocyty

makrogametocyt

pohyblivý

mikrogametocyt

mikrogametocyt

vniká do

makrogametocytu

ookinet

Pohlavné rozmnožovanie v tele samičky

komára

oocysta uvoľňovanie

sporozoitov

prasknutá oocysta

samička komára so slinou vypustí

sporozoity

Maláriu u človeka vyvolávajú plazmódiá :

- vivax

Plasmodium - malariae - falciparum - ovale

Kolónie

a mnohobunkové organizmy

- kolónia = skupina rovnakých prvokov = jedincov,

ktorí vznikli nepohlavným rozmožovaním

(klon) = bez diferenciácie !!!!

Pandorina morum


- Mnohobunkový organizmus = skupina rôznych

buniek so špeciálnou štruktúrou a funkciou (fenotypom)

= výsledok diferenciácie !!!!

- najjednoduchším príkladom (a prechodom medzi jedno- a

mnohobunkovými organizmami) sú kolónie, v ktorých

začala diferenciácia niektorých bunke na pohlavné bunky

Volvox globator


- vo vyšších mnohobunkových organizmoch sú bunky

podobnej štruktúry a funkcie združené do tkanív (u

živočíchov) a pletív (u rastlín)

- pletivá rastlín (podľa zhrubnutia

bunkovej steny):

- parenchým

- sklerenchým

- kolenchým

- prozenchým


Tkanivá žvočíchov

a človeka:

- epitely

- svaly

- nervové tk.

- spojivá

(väzivo, chrupka, kosť)

- krvné tk.


- vo vyšších mnohobunkových organizmoch sú bunky

podobnej štruktúry a funkcie združené do tkanív (u

živočíchov) a pletív (u rastlín)

- tkanivá tvoria orgány a orgány tvoria telo (organizmus)

= hierarchia organizácie tela u vyšších

mnohobunkových organizmov:

bunka

tkanivo

orgán

organizmus


Bunka

- je základná:

- stavebná

- funkčná

- reprodukčná

jednotka živých organizmov

Robert Hooke (1665) - 1. raz použil pojem cellula

Bunka

KYTOS (grécky) → CYTOLÓGIA (náuka o bunke)

CELLULA - latinsky

- na reze zo štopľa videl

dutinky (jamky)

- pripomínali mu mníšske

cely (kobky)

- dal im názov „cellula“

= malá cela

Schleiden a Schwann (1838) - formovali bunkovú teóriu

- živočíšne a rastlinné bunky označili za totožné štruktúry.

Bunka

Virchow = (1858) Omnis cellula e cellula

- vody

- anorganických látok (solí)

- organických látok -malých molekúl (napr. oligopeptidy)

-makromolekúl (polypeptidy, lipidy)

Cytoplazma bunky

– základné vnútorné prostredie bunky

Tvorí ju koloidný roztok, ktorý sa skladá z:

– oddeľuje bunku (cytoplazmu) od vonkajšieho prostredia.

Cytoplazmatická membrána

Jej hlavnou zložkou je biologická membrána.

Hydrofóbna časť

(Lipofilná)

Hydrofilná časť

cytoplazmatická membrána

LIPIDY

3

PR

OT

EIN

Y

PR

OT

EIN

Y

2,5 2,5

Štruktúra biomembrán:

Skladajú sa z:

-dvojvrstvy fosfolipidov,

- bielkovín (periférnych a

integrovaných)

– slúžia ako receptory a

transporté kanály

- sacharidov

(vo forme glyko-proteínov)

– vytvárajú glykokalyx a tvoria

antigény.

Biologické membrány majú hrúbku 7-10 nm.

Časť glykokalixu tvoria vyčnievajúce reťazce glykoproteínov

a glykolipidov

Chemická štruktúra – glykoproteiny (z 8 - 15 monosacharidov)

– glykolipidy

cukry

cytoplazma

medzibunkový priestor

Dva základné typy buniek

• Prokaryotické

• Eukaryotické

Prokaryotické bunky

Malé, najjednoduchšie bunky (v porovnaní s

eukaryotickými)

Veľkosť: okolo 1 µm

1 bunka = 1 organizmus, aj keď môžu tvoriť

kolónie

Nemajú membránové organely

Nemajú jadro

Majú jednoduché delenie buniek

chromozóm (nukleoid)

pilusy (fimbrie)

ribozómy

inklúzie

bičík

plazmid

cytoplazmatická membrána

bunková

stena

puzdro

Najjednoduchšia (prokaryotická) bunka sa skladá z:

1. cytoplazmy

2. cytoplazmatickej membrány

3. jadra (1 chromozómu =

1 molekuly DNA,

uzavretej do kruhu)

4. ribozómov

Eukaryotické bunky

• Väčšie bunky: 10-100 µm

• Pravé jadro

• Membrembránové organely

• Delia sa komplexným, dobre

zorganizovaným procesom

- mitózou

Bunka pečene 9,400x

Eukaryotické bunky

• Eukaryotické bunky sú

schopné rozsiahlej

diferenciácie a môžu

vytvárať mnohobunkové

organizmy: rastliny,

živočíchy, huby a riasy

Schéma

rastlinnej

bunky

endoplazmatické

retikulun

jadierko

jadro

obal jadra

cytoplazma

cytoplazmatická

membrána

bunková stena

vakuola

chloroplast

ribozómy

mitochondrie

Schéma

živočíšnej

bunky

mitochondria

cytoplazma

lyzozóm

mikrotubuly cytoskeletu

centriol

hladké

endoplazmatické

retikulun

voľné ribozómy jadrové póry

jadierko

jadro

obal jadra

chromatín

cytoplazmatická

membrána

drsné endoplazmatické

retikulun

Golgiho aparát

• Sú špecializované štruktúry eukaryotických buniek, ktoré zabezpečujú jednotlivé funkcie („kompartmenty“)...

Organely

c) zložené z bielkovín a nukleových kyselín: - ribozómy (?chromozómy?)

•Delia sa na a) membránové: - z 2 membrán (obal jadra, mitochondrie a chloroplasty) - vonkajšia membrána je obal - na vnútornej prebiehajú špecifické procesy - z 1 membrány (ER + GA + lyzozómy, peroxizómy a ostatné mechúriky v cytoplazme) b) zložené (hlavne) z bielkovín:

- cytoskelet, centriol + mitotický aparát, pohybové

organely (bičíky, riasinky a pod.)

Jadro

• Obsahuje genetický

materiál (DNA), riadi

syntézu bielkovín.

DNA --> RNA --> Proteín

• Je ohraničné dvomi

membránami s pórmi

• Obsahuje chromozómy =

vlákna z DNA a proteínov

ŠTRUKTÚRA JADRA

jadierko jadrová membrána

chromatín

jadrové póry

Vnútorná membrána je v kontakte s jadrovou matrix.

JADROVÁ MEMBRÁNA (karyolemma, karyotheca)

Chemické zloženie: lipidy a bielkoviny

Obsah jadra je oddelený od základnej cytoplazmy jadrovým obalom,

ktorý pozostáva z dvoch membrán (vonkajšej a vnútornej).

Vonkajšia membrána komunikuje s endoplazmatickým retikulom.

obal

jadra

pór

chromatín

Jadrová matrix

Jadrová matrix sa skladá z

dvoch častí: laminy (L) a siete

zložito usporiadaných vlákien,

pripojených na laminu a dobre

rozložených vo vnútri jadra.

Prítomné sú aj bielkoviny a

enzýmy.

Pri väčšom zväčšení vidno,

že vlákna tvoriace matrix

sú zložené z 10 nm

vetvených filament.

Najlepšie je to viditeľné na

miestach kde nie sú zakryté

iným materiálom (šípky).

JADIERKO - nucleolus

Počet: 1-3 U nižších rastlín ich môže byť až 100

Je rôzne lokalizované v jadrách všetkých eukaryotických buniek.

Dá sa pozorovať svetelným mikroskopom (intenzívne sa farbí

zásaditými farbivami)

Nie je trvalou štruktúrou jadra (rozpadáva sa v profáze a k

rekonštrukcii dochádza v telofáze)

Veľkosť: 1-5 µm

Tvar: guľovitý, elipsovitý, nepravideľný

JADROVÉ PÓRY

Zložité otvory v jadrovej membráne (priemer 70 nm).

5 – 15 % z plochy povrchu jadra (bunka cicavcov má 3-4 tisíc pórov)

Komplex štruktúr zložený z proteínových vlákien a granúl

Sú rozložené

nepravidelne

(v skupinách)

- z jadra do cytoplazmy (najmä RNA a podjednotiek ribozómov)

Funkcia jadrových pórov:

- aktívny transport látok:

- z cytoplazmy do jadra (napr. histónov, živín a regulačných molekúl)

• Generujú energiu vo forme molekúl ATP

• ATP vzniká systematickým rozkladom glukózy = bunkové dýchanie

• Su tvorene 2 membránami

• Obsahujú vlastnú DNA!

• Bunky pečene obsahujú priemerne 1700 mitochondrií.

• Všetky mitochondrie sú od matky..

matrix kristy vnútorná

membrána

vonkajšia

membrána

Mitochondrie

• životný cyklus mitochondrií - krátky,

preto sa musia obnovovať

• pomocou priehradky vznikajúcej

preliačením vnútornej membrány dochádza

k ich priečnemu deleniu

• často môžeme pozorovať vznik

mitochondrií zaškrtením alebo pučaním

Mitochondrie sú schopné vlastnej reprodukcie

bez ohľadu na bunkové delenie

Chloroplasty

• Sú u rastlín, rias a

niektorých baktérií.

Sú miestom premeny

zachytenej energie

svetla, na chemické

väzby v cukroch = za

fotosyntézu.

• Majú 2 membrány

• A…vlastnú DNA

stróma

vonkajšie

membrány

vnútorné

membrány tylakoid

malá podjednotka veľká podjednotka funkčný ribozóm

Ribozómy sú - zložené z dvoch podjednotiek

- miestom translácie (syntézy bielkovín)

• Je súčasťou tzv. membránového systému bunky, ktorý sa podieľa na syntéze, úprave, ukladaní a transporte molekúl v bunke, ako aj na ich vylučovaní z bunky

• Vonkajší povrch ER môže byť hladký = smooth (SER)

• alebo (pre prítomnosť ribozómov) drsný = rough (RER)

• Funkcie ER: - syntéza lipidov a proteínov - (začiatok) posttranslačnej úpravy proteínov - detoxikačná činnosť - transportná funkcia

• - komunikuje s jadrom a s Golgiho aparátom

Endoplazmatické retikulum = ER

Transport mechúrikmi

z ER do GA

• Sústava plochých mechúrikov a cysterien z biologickej membrány

• Má 2 „strany“: - „cis“ = „príjem“ mechúrikov

- „trans“ = „odchod“ mechúrikov

• Funkcie: - modifikácia proteínov a lipidov do ich finálnej formy - transportná = uvoľňovanie mechúrikov, ktoré buď zostanú v bunke (napr. lyzozómy a peroxizómy) alebo odchádzajú z bunky exocytózou

Golgiho aparát (komplex)

• zabezpečujú rozklad látok prijatých do bunky pinocytózou a fagocytózou, ako aj nepotrebných organel

• obsahujú viacero

tráviacich enzýmov

• Sú aj „zásobníkmi odpadu“ a „recyklačnými jednotkami“ bunky

• Porucha funkcie ezýmov lyzozómov je príčinou závažných ochorení, napr. (Tay-Sachsova choroba)

• Podieľajú sa na autolýze buniek a na nekróze

Lyzozómy

Lyzozómy

• vnútrobunkovom trávení (rozklad potravy)

• rozklade rôznych častí bunky (napr. nefunkčné organely)

• autolýze (samodeštrukcii) bunky

Enzýmy, ktoré sa nachádzajú v lyzozómoch sa zúčastňujú na :

• Je tvorený 3 typmi

vláknitých proteínov:

Mikrotubuly

Mikrofilamenty

Intermediárne filamenty

• Tvoria komplexnú sieť

štruktných vláken bunky

= tzv. dynamickú kostru

Cytoskelet

Cytoskelet

Funkcie:

• mechanická: určuje tvar bunky - je zodpovedný

za zmenu tvaru bunky

• podporná: určuje rozloženie organel v bunke

• pohybová: zúčastňuje sa všetkých pohybov bunky

Neživé súčasti bunky

• Ide o nepohyblivé štruktúry, ktoré sú výsledkom metabolickej

aktivity bunky.

• Sú to štruktúry viditeľné v svetelnom mikroskope, niektoré

možno potvrdiť iba chemicky.

• Tieto štruktúry nie sú metabolicky aktívne a považujú sa

za neživé súčasti bunky.

- je súbor procesov, ktorých výsledkom je vznik dcérskych buniek.

Môže sa opakovať, podľa potrieb organizmu.

Bunkový cyklus

Skladá sa z: - interfázy (obdobia medzi dvomi deleniami)

- samotného delenia, ktorým vznikajú dve dcérske bunky

Prehľad fáz BC

neskorá

profáza

interfáza

včasná

profáza

metafáza

telofáza

anafáza

Sú vhodné podmienky

pre delenie bunky ?

Je DNA poškodená?

Je pripravená

replikácia?

Bola DNA

opravená pred

replikáciou?

Prebieha

replikácia

korektne?

G1

G2

S

M Kľúčové otázky BC

Sú splnené všetky

podmienky

pre vstup do M-fázy?

Sú všetky

chromozómy

pripojené?

Možno povoliť

vstup do

ďalšieho cyklu?

Podľa priebehu BC a významu rozoznávame delenia:

- amitóza (priame delenie)

- meióza (redukčné delenie)

- mitóza (nepriame delenie)

1. Amitóza je najjednoduchším typom delenia.

U prokaryotov je štandardným spôsobom delenia.

Stačí replikovať (zdvojiť jadrový chromozóm) a bunka

baktérie sa môže hneď (priamo) rozdeliť -prebehne

cytokinéza.

2. Meióza je proces dvoch za sebou nasledujúcich delení,

pričom len pred prvým z nich dôjde k replikácii DNA.

Výsledkom je vznik haploidných (pohlavných) buniek

– gamét.

2. Mitóza je proces, ktorý zabezpečuje genetickú identitu

dcérskych buniek. Preto je štandardným typom

delenia eukaryotických buniek mnohobunkových organizmov.

Nazýva sa nepriamym delením, pretože sú dva, z genetického

hľadiska najdôležitejšie procesy – S fáza interfázy (replikácia

DNA) a M-fáza bunkového cyklu (obdobie, kedy sa zdvojené

chromozómy dostanú do dcérskych buniek), oddelené

prestávkami G1 a G2.

2. Mitóza

b. metafáza – vlákienka deliaceho vretienka sa

polymerizáciou predlžujú a “vytláčajú” centrioly na

“póly” bunky a chromozómy do stredovej (rovníkovej

= ekvatoriálnej) roviny.

Každý chromozóm sa skladá z dvoch chromatídov,

tieto sa od seba oddeľujú a zostávajú spojené len

v centromére. Tým majú metafázové chromozómy tvar

písmena X.

M- fáza (samotná mitóza) sa skladá zo štyroch období:

a. profáza –zaniká obal jadra,

chromozómy sa špiralizujú (“skracujú sa a hrubnú”).

Centriola sa rozdelí na dve a vytvára sa systém

vlákienok deliaceho vretienka, ktoré spájajú centriolu

s kinetochórmi jednotlivých chromozómov.

2. Mitóza

d. telofáza – je proces “opačný” ako profáza.

Keď sa chromozómy dostanú k centriolám,

začínajú sa dešpiralizovať a vytvára sa

jadrový obal.

c. anafáza – vlákienka deliaceho vretienka

sa depolymerizáciou (uvoľňovaním tubulínových

dimérov) skracujú a “ťahajú” chromatídy (teraz

už sú to samostatné chromozómy) k centriolám.

Tým, že sa v bunke nachádzajú dve identické

jadrá sa ukončí karyokinéza (rozdelenie jadra).

Za normálnych okolností nasleduje oddelenie sa

dcérskych buniek = cytokinéza.

centroméra

s kinetochórmi

kinetochórové

vlákna

centrozóm

centriol

polárne mikrotubuly

Mitotický aparát

Poruchy mitózy a následné hromadenie mutácií

sú záklaednými procesmi, ktoré vedú k malignej

transformácii buniek.

Documents

Význam biológie v medicíne - cdv.uniba.sk · „otec modernej taxonómie" = binomickej nomenklatúry Prehľad histórie biologického výskumu. Jean B. Lamarck (1744