PROKARYOTA např. baktérie

Transkript

1 PROKARYOTA např. baktérie Nemají buněčné jádro Genom dvoušroubovice DNA uložená v kruhovitém chromosomu Chromosom nemá centromeru Spolu s proteiny tvoří nukleoid (připevněn k membráně) Většina genů v jedné kopii Geny pro rrna více kopií struktura ribosomů odlišná od ribosomů eukaryot Plasmidy malé kruhové molekuly DNA; replikace nezávisle na bakteriálním chromosomu Plasmidy získání a přenos rezistence

2 PROKARYOTA

3 Buněčné dělení a) Replikace dvoušroubovice DNA Následuje cytokineze (rozdělení cytoplasmy) vzniknou dvě dceřinné buňky PROKARYOTA

4 PROKARYOTA např. baktérie Buněčné dělení b) Konjugace

5 EUKARYOTA Jednobuněčné i mnohobuněčné organismy Většina genetické informace v jádře Genetický program řídí proliferaci, diferenciaci, reguluje funkce eukaryotních buněk Realizace prostřednictvím nukleových kyselin a proteinů Jaderná DNA + histony chromatin Část genetické informace extranukleární mitochondrie (cytoplasmatické organely)

6 EUKARYOTA stavba buňky - schéma

7 EUKARYOTA anatomie buňky

8 EUKARYOTA BUNĚČNÉ ORGANELY Jádro Jaderná membrána fosfolipidová dvojvrstva, póry Jaderná DNA + proteiny histonového a nehistonového typu chromatin V komplexu s dalšími proteiny spiralizace chromosomy Dvě sady DNA (chromosomů) v somatických buňkách Nukleolus (jadérko) syntéza prekursorů ribosomů (rrna + ribosomální proteiny z cytoplasmy vznik velké ribosomální partikule) uvolnění do cytoplasmy připojeníčtvrté molekuly rrna vázané na specifické proteiny funkční ribosom Ribosomy se podílejí na průběhu proteosyntézy

9 S Svedbergova jednotka; stupeň sedimentace v rozpouštědle RIBOSOMY - syntéza 5.8 S; 5 S; 28 S RNA 18 S RNA 5.8 S; 18 S; 28 S RNA - geny lokalizovány na chromosomech s nukleolárními organizátory 5 S geny ve větším počtu na různých místech genomu

10 EUKARYOTA další buněčné organely Endoplasmatické retikulum síť membrán proteosyntéza a syntéza lipidů Golgiho aparát soustava membrán vazba cukrů s lipidy, proteiny, tvorba škrobu Lysosomy obsahují trávicí enzymy Vesikuly dočasné zásobárny transportovaných látek

11 EUKARYOTA buněčné organely MITOCHONDRIE Mitochondrie dvě membrány, uvnitř kristy Sta až desetitisíce mitochondrií v buňce Genom podobný genomu bakterií, původ symbióza s archebaktériemi DNA cirkulární, dvouvláknová 2 10 molekul DNA v jedné mitochondrii Kooprace s jaderným genomem Geny kódují např. enzymy Krebsova cyklu; enzymy katalyzující buněčné dýchání Geny pro mitochondtiální trna Mitochondriální dědičnost matroklinní Distribuce do gamet nahodilá

12 Specifikace buněk Kmenové buňky nediferencované buňky s vysokou proliferační aktivitou Diferencované buňky krátká životnost (Ery, krevní destičky); - dlouhá životnost (neurony, endokrinní buňky) Fetální kmenové buňky Nové směry léčby: Parkinsonova choroba, cirrhosa jater, Diabetes mellitus I

13 Specifikace buněk housekeeping geny Aktivní ve všech buňkách Zajišťují základní funkce buněčného metabolismu syntéza nukleových kyselin a proteosyntéza, transport živin a jejich zpracování, biosyntéza cytoskeletu a organel

14 Specifikace buněk specializované geny Určují jedinečné rysy různých typů buněk Epigenetická regulace diferenciace Změny chromatinu Modifikace v DNA sekvenci (metylace) V dceřinných buňkách je udržována stabilní sekvence shodných genů

15 BUNĚČNÁ SIGNALIZACE Zajišťuje koordinaci pochodů v organismu Buňky geneticky naprogramovány tak, že mohou na signální látky reagovat selektivně podle vývojového stadia organismu a typu buněk Přenos signálu od signální molekuly do jádra je zprostředkován mnohastupňovým signalizačním systémem

16 BUNĚČNÁ SIGNALIZACE - organogeneze

17 BUNĚČNÁ SIGNALIZACE - přenos signálu

18 BUNĚČNÁ SIGNALIZACE Signalizační systém: povrchové a nebo nitrobuněčné receptory proteinkinázy, proteinfosfatázy, G proteiny, ATP a další molekuly signální molekuly (ligandy) - uvolňované z buněk exocytózou nebo difúzí plasmatickou membránou k cílovým buňkám přepravovány (např. hormony) nebo vázány k povrchu secernující buňky autokrinní anebo parakrinní signalizace cílová buňka reaguje se signálními molekulami pouze prostřednictvím receptorů vazba s receptorem je vysoce specifická ligand-receptorové komplexy

19 SIGNÁLNÍ MOLEKULY Lipofilní signální substance (téměř nerozpustné ve vodě hydrofóbní) například steroidní hormony (gestageny, kortikoidy, androgeny, estrogeny, prostaglandiny), thyroidní hormony (thyroxin), vitamin D, retinoidy (deriváty vitaminu A - retinolu) a další hormony - secernovány do krevního řečiště, v krvi reversibilní vazba na bílkovinné nosiče po vazbě s receptorem cílové buňky z vazby uvolněny vstupují do buňky plasmatickou membránou prostou difuzí v buňce se reversibilně váží na proteiny nitrobuněčných receptorů působí i na velké vzdálenosti od místa sekrece přenos je pomalý

20 SIGNÁLNÍ MOLEKULY Lipofóbní signální substance (převážně substance rozpustné ve vodě) vazba s receptory plasmatické membrány na převodu signálu do nitra buňky se podílejí tři typy membránových receptorů: a) iontové kanály, b) receptory, které aktivují G proteiny (GTP/GDP), c) receptory s enzymovou aktivitou například růstové faktory, hormony insulin a glukagon, aminokyseliny, nukleotidy, katecholaminy atp. katecholaminy (dopamin, adrenalin, noradrenalin) jsou přenašeči nervových vzruchů na synapsích, hlavním zdrojem katecholaminů jsou buňky dřeně nadledvin, uvolňují je do krevního řečiště

21 RŮSTOVÉ FAKTORY růstové faktory většinou produkty protoonkogenů ale i některé steroidní hormony, produkty buněk mesenchymálního původu, makrofágů, granulocytů, lymfocytů působí v komplexu se specifickým membránovým receptorem převážně s tyrosinkinázovou aktivitou růstové faktory stimulují proliferaci, regulují proteosyntézu, buněčný růst, diferenciaci buněk, jejich vyzrávání, migraci některé růstové faktory (často v závislosti na množství) buněčnou proliferaci inhibují (například transformující růstový faktor beta - TGF-β) působí jak specificky, tak pleiotropně často nutná kombinace účinku více faktorů

22 RŮSTOVÉ FAKTORY - vybrané příklady Rodina růstových faktorů PDGF/VEGF PDGF - destičkové růstové faktory (platelet-derived growth factor) několik isoforem růstových faktorů PDGF, jejich geny (protoonkogeny) jsou lokalizovány na různých chromosomech (např. gen PDGFA - chromosom 7p22, PDGFB - chromosom 22q13, PDGFC - chromosom 4q32) jejich produkty mohou navzájem kooperovat, pleiotropní účinky PDGF jsou převážně uvolňovány z krevních destiček, ale i z jiných hematopoietických a epiteliálních buněk stimulují buněčnou proliferaci fibroblastů, buněk hladké svaloviny, neurogliálních buněk atp., mají významnou úlohu v průběhu embryonálního vývoje a při hojení ran EPO (erythropoietin) - specificky působící růstový faktor má vliv pouze na proliferaci prekursorů erytrocytů jeho zdrojem jsou hepatocyty a ledviny

23 RŮSTOVÉ FAKTORY - pokračování VEGF - cévní endoteliální růstové faktory (vascular endotheliar growth factor - chromosom 6p21) V důsledku odlišného sestřihu transkriptu genu existuje několik isoforem VEGF (VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E) Jednotlivé isoformy VEGF podporují angiogenezu, vaskulogenezu, růst endoteliálních buněk, podněcují permeabilizaci cévních stěn Aktivita genu VEGF je regulována jinými růstovými faktory (např. FGF- 2), cytokiny (např. IL-8), gonadotropiny, NO, hypoxií a hypoglykemií.

24 RŮSTOVÉ FAKTORY - pokračování EGF (epidermální růstový faktor) stimuluje proliferaci epidermálních i neepiteliálních buněk FGF (fibroblastové růstové faktory) - proliferace fibroblastů, chondrocytů, stimulace angiogeneze členové rodiny NGF (nervový růstový faktor) - podpora přežití a růstu neuronů GGF (gliový růstový faktor) stimuluje Schwanovy buňky a astrocyty TGF-alfa a TGF-beta - rodina strukturně odlišných transformujících růstových faktorů, působí nepřímo - transkripční faktory TGF-alfa stimuluje mitózu, podporuje hojení ran, stimuluje zánětlivé reakce TGF-beta inhibuje mitózu, má protizánětlivý účinek. Inhibice buněčné proliferace je spojena s aktivací inhibitorů Cdk-kináz (tumorsupresorový gen Rb), které regulují průběh G 1 fáze.

25 Receptory aktivující G proteiny tvoří je jediný polypeptidickýřetězec - skládá se ze tří částí: (i) z části uložené vně plasmatické membrány, (ii) části prostupující plasmatickou membránou a (iii) části uložené uvnitř buňky k vnějšíčásti se váže signální molekula - mění konformaci receptoru a aktivuje ho k vnitřníčásti se po aktivaci receptoru váží G proteiny G proteiny (GTP-vázající regulační proteiny) převádějí signál od receptoru k signálním molekulám v buňce jsou tvořeny třemi podjednotkami - alfa, beta a gama (trimerické GTPázy) G proteiny aktivují enzymy, které podněcují vznik nitrobuněčných mediátorů (sekundárních poslů)

26 KOMPLEX ligand-receptor aktivující G proteiny (VAZBA HORMONU S RECEPTOREM)

27 Receptory aktivující G proteiny VAZBA HORMONU S RECEPTOREM G protein

28 Protoonkogen ras produkty protoonkogenů ras - G proteiny proteiny Ras regulují buněčnou proliferaci a diferenciaci pomocí posttranslační úpravy bílkovin fosforylací aktivace Ras proteinů - fosforylace tyrosinů tyrosinkinázami signál v cytosolu předán MAP-kinázám (mitogen-activated protein kinases) aktivované Ras proteiny fosforylují a tím aktivují kaskádu tří typů MAPkináz MAP-kinázy - fosforylace serinů, threoninů a nebo i tyrosinů (u první MAP-kinázy (Raf) a druhé - seriny/threoniny, u poslední MAP-kinázy jak threoniny tak tyrosiny) třetí MAP-kináza po vstupu do jádra fosforyluje nejprve regulační protein genůčasné odpovědi - genu myc, jun a fos produkty genů myc, jun a fos stimulují transkripci genů pozdní odpovědi produkty genů pozdní odpovědi - regulace aktivity cyklinů a cyklindependentní proteinkináz

29 Signální dráha - protein Ras

30 Aktivace a inaktivace proteinu Ras

31 Gap-junction Mezibuněčná komunikace spojení plazmatické membrány sousedících buněk a vytvoření úzkých kanálků, zejména velký význam v průběhu embryonálního vývoje živočichů. výměna malých intracelulárních molekul jako jsou Ca 2+ a cyklický 3',5'- adenosinmonofosfát (camp)

32 Mezibuněčná komunikace Synaptická signalizace Přenos neurotransmiterů mezi presynaptickým zakončením axonu a postsynaptickou cílovou buňkou - prostor chemické synapse. V prostoru chemické synapse se nachází konec axonu v těsném kontaktu s receptory cílové buňky. Těsný kontakt axonu a cílové buňky umožňuje velice rychlý přenos neurotransmiteru (v milisekundách i rychleji). Neurotransmitery působí jako lokální mediátory - parakrinní typ signalizace. Různé neurony uvolňují vždy tytéž neurotransmitery, ale cílové buňky reagují specifickým způsobem podle typu buněk. Neurotransmiterů je vylučováno velké množství, ale receptory cílových buněk k nim mají nízkou afinitu. Nízká afinita umožňuje rychlou disociaci neurotransmiteru z receptoru.

33 Mezibuněčná komunikace - synapse

34 Mezibuněčná komunikace - Iontové kanály Iontové kanály se nacházejí např. v plasmatických membránách elektricky vzrušivých postsynaptických buněk rychlá synaptická signalizace signální látky - převážně neurotransmitery neurotransmitery přechodně otevírají nebo uzavírají iontové kanály - tím mění dráždivost buněčných membrán základem pro podráždění nervové buňky a i pro vedení nervového vzruchu je nerovnoměrná hladina sodíku a draslíku uvnitř a vně buňky na vnitřní straně buněčné membrány - vyšší hladina draslíku a nižší hladina sodíku; na vnější straně buněčné membrány naopak při podráždění - náhlá propustnost membrány nervové buňky; sodné ionty proudí dovnitř buňky - dochází ke vzniku akčního potenciálu

35 Mezibuněčná komunikace - iontové kanálky