Biologie a genetika
pro bakaláře

Fyzikální a chemické vlivy vnějšího prostředí

FYZIKÁLNÍ VLIVY

Teplota - vysoké teploty způsobují denaturaci proteinů, naopak teploty pod bodem mrazu způsobují krystalizaci vody v buňce spojenou s jejím mechanickým poškozením.

Fotodynamie je jev, který vyvolávají některé látky, tzv. fotodynamická barviva (fagopyrin, hypericin obsažen v třezalce, eosin, akridin, fluorescein, porfyriny, chlorofyl), která způsobí zcitlivění organizmu na světlo. Vzniklá nemoc ze světla (např. fagopyrizmus skotu po zkrmení pohanky), může mít i letální následky. Princip fotodynamie spočívá v tom, že látky s fotodynamickým účinkem jsou barevné, nebo jsou v organizmu metabolizovány za vzniku barevných derivátů nebo metabolitů. Světlo je v povrchových tkáních organizmu absorbováno v relativně silné vrstvě a při běžných intenzitách záření je teplo produkované při absorpci fotonů v oblasti viditelného nebo ultrafialového spektra odváděno bez významnějšího patologického vlivu na tkáně. Je-li ovšem podkožní tkáň prostoupena barvivem, dochází k pohlcení tohoto záření v relativně slabé vrstvě, která se silně přehřívá. Tkáň reaguje uvolněním látek charakteristických pro zánět (histamin, bradykinin aj.), což se projeví lokálním zánětem. Při ozáření celého těla dochází k ataku na centrální nervový systém, což se projeví vznikem křečí, narušením celkového zdravotního stavu a následnou smrtí.

UV záření usmrcuje buňky velmi rychle (využití při sterilizaci). Největší účinek má záření o vlnové délce 260 nm, které je specificky absorbováno nukleovými kyselinami a způsobuje vznik tyminových dimerů a následné znemožnění replikace a transkripce.

Ionizující záření - účinek záření závisí na množství ionizací, vyvolaných podél stopy paprsku. Čím větší je rychlost částice, tím menší je množství vzniklých iontů. Částice α, které mají malou rychlost, vyvolávají velké množství ionizace podél krátké dráhy a mají tedy na buňku velký efekt. Paprsky γ, které pronikají organizmem větší rychlostí, poškozují menší počet buněk, ale zasahují i hluboko uložené tkáně. Hlavním mechanizmem účinku ionizujícího záření je tvorba velmi reaktivních volných radikálů (především H⁺ a OH^-).

CHEMICKÉ VLIVY

Jedy (toxiny) jsou chemické látky, které způsobují porušení funkcí buňky nebo její smrt. Toxiny mohou působit na několika úrovních: syntéza biopolymerů (narušení syntézy buněčné stěny bakterií účinkem antibiotik - penicilinu, toxický účinek pro bakterie ne pro eukaryota), transportní funkce buněčných membrán (porušení soudržnosti membrán účinkem fosfolipáz včelího a hadího jedu nebo účinkem povrchově aktivních látek jako jsou saponiny, detergenty), energetický metabolizmus (poruchy syntézy ATP účinkem kyanidů a barbiturátů), buněčný cyklus (zastavení mitózy účinkem mitotického jedu kolchicinu).

Oligodynamie je schopnost některých poměrně stálých kovů (Au, Ag, Zn, Hg, Cu) emitovat ve vodním prostředí ionty, přestože tyto látky mohou být ve vodě nerozpustné. Tyto ionty nepříznivě ovlivňují jednobuněčné organizmy (např. nálevníky).

Fytoncidy jsou těkavé látky, které se vyskytují u vyšších aromatických rostlin (cibule, česnek, křen atd.) a mají antibakteriální, antimykotické a antivirové účinky. Např. v cibuli jsou obsaženy fytoncidy alliin a allicin. Velmi citlivými k fytoncidům jsou prvoci v senném nálevu a některý hmyz.

BUNĚČNÝ STRES je negativní působení vnějších faktorů na buňku.

STRESOVÉ FAKTORY (STRESORY) mohou být fyzikální, chemické nebo biologické, porušující životní procesy v buňkách.

Působení stresorů:

• specifické - ovlivnění pouze některé struktury či funkce buňky např. enzymové jedy blokují aktivitu některého enzymu, mikrotubulární toxiny zabrání vazbou na tubulin jeho polymerizaci v mikrotubuly atd.
• nespecifické - např. denaturace všech proteinů při teplotě nad 100 oC, účinkem těžkých kovů, kyselin, aldehydů a dalších chemických látek

Účinek stresorů:

• cytocidní – zánik buňky, tzv. nekróza
• cytostatický – zastavení buněčného cyklu
• mitoklastický – narušení průběhu mitózy
• genotoxický (mutagenní) – změna genetické informace

STRESOVÉ PROTEINY jsou proteiny syntetizované buňkou jako obranná reakce proti stresu. Některé proteiny tepelného šoku např. HSP60 (heat shock protein o velikost 60 kD) u Escherichia coli chrání buněčné proteiny před poškozením (denaturací) při zvýšené teplotě.

ÚKOLY - Fyzikální a chemické vlivy vnějšího prostředí (viz úkoly)

Tyto výukové materiály byly spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.