Biologie buňky. proteiny, nukleové kyseliny, procesy genom, architekura,funkce, mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace

Podobné dokumenty
Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

Přírodní polymery proteiny

Biopolymery. struktura syntéza

Přírodní polymery. struktura syntéza

Biologie buňky. proteiny, nukleové kyseliny, procesy genom, architekura (membrána), funkce mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace

Molekulární biofyzika

Molekulární biofyzika

Bílkoviny - proteiny

Aminokyseliny, struktura a vlastnosti bílkovin. doc. Jana Novotná 2 LF UK Ústav lékařské chemie a klinické biochemie

BÍLKOVINY. V organismu se nedají nahradit jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

V organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

Aminokyseliny, struktura a vlastnosti bílkovin

PROTEINY. Biochemický ústav LF MU (H.P.)

(molekulární) biologie buňky

Testové úlohy aminokyseliny, proteiny. post test

Molekulární biofyzika

VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/

Bílkoviny. Bílkoviny. Bílkoviny Jsou

Aminokyseliny, peptidy a bílkoviny

Struktura proteinů. - testík na procvičení. Vladimíra Kvasnicová

Bílkoviny. Charakteristika a význam Aminokyseliny Peptidy Struktura bílkovin Významné bílkoviny

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

USPOŘÁDEJTE HESLA PODLE PRAVDIVOSTI DO ŘÁDKŮ

BÍLKOVINY R 2. sféroproteiny (globulární bílkoviny): - rozpustné ve vodě, globulární struktura - odlišné funkce (zásobní, protilátky, enzymy,...

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

aminokyseliny a proteiny

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

Figure 3-23 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Bílkoviny příručka pro učitele. Obecné informace:

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu:

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

Centrální dogma molekulární biologie

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA


Aminokyseliny. Peptidy. Proteiny.

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

ÚVOD DO BIOCHEMIE. Dělení : 1)Popisná = složení org., struktura a vlastnosti látek 2)Dynamická = energetické změny

Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

BÍLKOVINY = PROTEINY Polymery aminokyselin propojených peptidovou vazbou

STRUKTURA PROTEINŮ

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

NEMEMBRÁNOVÉ ORGANELY. Ribosomy Centrioly (jadérko) Cytoskelet: aktinová filamenta (mikrofilamenta) intermediární filamenta mikrotubuly

Aminokyseliny, Peptidy, Proteiny

Bílkoviny (=proteiny) (vztah struktury a funkce) DNA RNA protein modifikovaný protein

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Struktura, chemické a biologické vlastnosti aminokyselin, peptidů a proteinů

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

5. Proteiny. Peptidy. Struktura proteinů. Primární struktura proteinů. Sekundární struktura proteinů

BÍLKOVINY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

strukturní (součástmi buněčných struktur) metabolická (realizují b. metabolizmus) informační (jako signály či receptory signálů)

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

Bílkoviny a rostlinná buňka

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Genetika zvířat - MENDELU

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Genomické databáze. Shlukování proteinových sekvencí. Ivana Rudolfová. školitel: doc. Ing. Jaroslav Zendulka, CSc.

PEPTIDY, BÍLKOVINY. Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání

Exprese genetické informace

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Oligobiogenní prvky bývají běžnou součástí organismů, ale v těle jich již podstatně méně (do 1%) než prvků makrobiogenních.

BUNĚČNÁ MOTILITA A MOLEKULÁRNÍ MOTORY

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Bp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů

Biochemie I 2016/2017. Makromolekuly buňky. František Škanta

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

První testový úkol aminokyseliny a jejich vlastnosti

Struktura aminokyselin, peptidů a bílkovin.

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

BÍLKOVINY = PROTEINY Polymery aminokyselin propojených peptidovou vazbou

Nukleové kyseliny. obecný přehled

Syllabus přednášek z biochemie

jedné aminokyseliny v molekule jednoho z polypeptidů hemoglobinu

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

CHEMIE. Pracovní list č žákovská verze Téma: Bílkoviny. Mgr. Lenka Horutová

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

5. Lipidy a biomembrány

Translace (druhý krok genové exprese)

Kosterní svalstvo tlustých a tenkých filament

Hemoglobin a jemu podobní... Studijní materiál. Jan Komárek

Exprese genetické informace

Přeměna chemické energie v mechanickou

Interakce buněk s mezibuněčnou hmotou. B. Dvořánková

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

Intermediární metabolismus. Vladimíra Kvasnicová

Struktura a funkce biomakromolekul

Efektivní adaptace začínajících učitelů na požadavky školské praxe

Transkript:

Biologie buňky Molecules of life Struktura buňky, Buněčný cyklus proteiny, nukleové kyseliny, procesy genom, architekura,funkce, mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace Buněčná membrána mezibuněčné interakce Biologie tkání In- vitro In-vivo Speciální aplikace Struktura, fce extracelulární matrix krev Principy laboratorních metod Principy laboratorních metod Krev, cévní náhrady, interakce buněk s materiály

Doporučená literatura Alberts B. and coll., 2003, Essential cell biology, New York and London, Garland Science

1665 - Robert Hook (korek, cellulae = buňka) Cytologie - věda zabývající se studiem buňek Buňka ozákladní funkční a stavební jednotka živých organismů onejmenší známý uspořádaný dynamický otevřený systém schopný udržovat se a rozmnožovat ovelká rozmanitost (tvar, velikost, fce) opro všechny buňky platí: Jsou ohraničené cytoplasmatickou membránou Jde o samostatnou jednotku z hlediska genetické informace a produkce/spotřeby energie

3 hlavní skupiny (buňečných) organizmů oeukarya (eukaryota) obacteria (eubakteria, prokarya) oarchea (archebakteria) Figure 1-21, 22 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition ( Garland Science 2008)

Universal features o Dědičná informace chemický kód - DNA o Přepis genetické informace replikace o Přepis částí DNA do mediátoru RNA, transkripce o Proteiny katalýza procesů v buňce o Synteza proteinů translace RNA o Protein fragment DNA (GEN) o Potřeba Energie o Základní stavební jednotky cukry, nukleotidy, AA, lipidy o CM diversity o Horizontální přenos genetické informace, mutace, konzervativní a variabilní úseky DNA o Biochemická diversita o Zdroje energie, uhlíku (živin)

Nové geny vznikají z již existujících genů

Figure 1-37 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition ( Garland Science 2008)

Molekuly v živých systémech - polymery

Funkční úloha bílkovin 1. Funkce dynamická transport kontrola metabolismu interakce (komunikace, kontrakce) katalýza chemických přeměn 2. Funkce strukturální architektura orgánů a tkání podpůrné funkce

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura oprimární struktura (aminokyseliny, peptidová vazba) osekundární struktura (nevazebné interakce, sekundární struktury) oterciární str. (folding) okavarterní str.

AMINOKYSELINY Kódované aminokyseliny (20): -aminokyseliny (kromě prolinu NH 2 skupina zabudována do cyklu) Amfionty obojetné ionty Postranní řetězce - vlastnosti AA skupiny AA (nepolární, polární polární nabitý)

Hydrofobní aminokyseliny

Polární aminokyseliny

Kyselé aminokyseliny

Bazické aminokyseliny

Figure 3-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Stereochemie aminokyselin Chirální molekuly existují ve dvou formách

Esenciální aminokyseliny přísun z potravy člověk není schopen syntetisovat jejich uhlíkovou kostru Arginin* Histidin* Isoleucin Leucin Valin Lysin Methionin Threonin Phenylalanin Tryptophan * Esenciální pouze u dětí, ne u dospělých

Chemická povaha bílkovin Biopolymery Stavební (strukturní) jednotky: aminokyseliny Peptidová vazba Makromolekuly o molekulové hmotnosti > 10 000 Typický protein má 200 300 aminokyselin (protein titin z kosterního a srdečního svalu má 26 926 AK v jednom polypeptidovém řetězci) Primární struktura je zapsána v DNA (gen) Bílkoviny jeví druhovou specifitu (sekvenční homologie). Zákon isopolárních záměn. Polymorfismus bílkovin ("isobílkoviny").

Peptidová vazba

Primární struktura lineární pořadí aminokyselin N-terminální část je nalevo (volná a-aminoskupina posledního levého amino-kyselinového zbytku). C-terminální část je napravo (volná a-karboxylová skupina posledního pravého aminokyselinového zbytku).

Kovalentní struktura bílkovin (primární struktura + posttranslační modifikace) 1. Propojení řetězců kovalentními vazbami 2. Odštěpení částí řetězců 3. Úpravy postranních řetězců aminokyselin 4. Připojení mastných kyselin 5. Glykosylace 6. Fosforylace (dočasné či trvalé) 7. Připojení dalších prosthetických skupin (kofaktory enzymů...) 8. Metaloproteiny (koordinační kovalentní vazby různé síly)

>gi 307229470 ref ZP_07515881.1 putative Cerebroside-sulfatase [Escherichia coli TA143] MQKTLMASLIGLAVCTGNAFNPVVAAETKQPNLVIIMADDLGYGDLATYGHQIVKTPNIDRLAQEGVKFTDYYAPAPLSSPSRAG LLTGRMPFRTGIRSWIPTGKDVALGRNELTIANLLKAQGYDTAMMGKLHLNAGGDRTDQPQAKDMGFDYSLVNTAGFVTDATLD NAKERPRFGMVYPTGWLRNGQPTPRSDKMSGEYVSSEVVNWLDNKKDSKPFFLYVAFTEVHSPLASPKKYLDMYSQYMSDYQ KQHPDLFYGDWADKPWRGTGEYYANISYLDAQVGKVLDKIKAMGEEDNTIVIFTSDNGPVTREARKVYELNLAGETDGLRGRK DNLWEGGIRVPAIIKYGKHLPKGMVSDTPVYGLDWMPTLANMMNFKLPTDRTFDGESLVPVLENKALKREKPLIFGIDMPFQDD PTDEWAIRDGDWKMIIDRNNKPKYLYNLKTDRFETINQIGKNPDIEKQMYGKFLKYKADIDNDSLMKARGDK PEAVTWG

Z primární struktury proteinů lze odvodit: strukturu proteinu mechanismus působení na molekulární úrovni vzájemné vztahy k jiným proteinům v evoluci studium modifikací proteinu

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura Sekundární struktura Prostorové uspořádání polypeptidového řetězce (závisí na aminokyselinovém složení) otáčení peptidových vazeb kolem a-uhlíků atomy peptidové vazby se účastní na vzniku vodíkových vazeb -postranní řetězce aminokyselin R se vazeb neúčastní

Figure 2-15 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Sekundární struktura Peptidová vazba: rigidní a planární

Ramachandran Plot

Pravotočivá šroubovice, stabilizovaná vodíkovými vazbami 3,6 aminokyselinových zbytků na jednu otáčku, R aminokyselin jsou orientovány ven. Všechny C=O a N-H skupiny peptidových vazeb jsou uloženy rovnoběžně s podélnou osou a-helixu. C=O skupina vázána vodíkovou vazbou ke čtvrté N-H skupině Helikální struktura - převážně vláknité bílkoviny (keratiny), svalové proteiny aj.

Β-struktura (struktura skládaného listu) Segmenty natažených polypeptidových řetězců. Dva segmenty (polypeptidové řetězce) jsou stabilizovány vodíkovými vazbami mezi C=O a N-H skupinami dvou sousedních peptidových vazeb. Sousední polypeptidové řetězce uloženy antiparalelně nebo paralelně. Velký počet vodíkových vazeb udržuje strukturu v nataženém stavu

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura terciární struktura Trojrozměrné uspořádání polypeptidových jednotek (doklubka nebo vlákna) Vzájemná interakce postranních řetězců aminokyselin.

Typy nekovalentních interakcí uplatňujících se v živých systémech

Hydrofobní interakce

Terciární uspořádání bílkoviny do domén Každá doména má svou funkci (enzymy a katalytické centrum, otáčky transmembránových bílkovin plasmatickou membránou) důležitá pro funkci bílkoviny denaturace vede ke ztrátě funkce

Proteiny bílkoviny Hierarchická struktura Kvarterní struktura Komplex dvou a více polypeptidových řetězců jsou dohromady spojeny nekovalentními vazbami

Figure 3-41 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Svinování (folding) - neprobíhá náhodným způsobem - probíhá postupně a) malé dočasné periodické struktury b) supersekundární struktury c) strukturní domény a "roztavená" glubule d) závěrečné úpravy za účasti enzymů - Potřebují bílkoviny ke svinování pomocníky?

Vznik nativní struktury biopolymeru nejedná se o náhodný proces Levinthalův paradox řetězec 100 AMK se sbalí za cca 5s pokud by byly náhodně zkoušeny všechny možné konformace rychlostí 10 13 trvalo by nalezení správné konformace 10 87 s, stáří vesmíru je jen 6. 10 17 s...nicméně přesný model sbalování není znám... - energetická bilance procesu

Figure 3-5 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Denaturace a opětovné složení Denaturace je ztráta trojrozměrné struktury. Bílkovina ztrácí svoji funkci. Denaturace teplem zcela ruší slabé interakce (primárně narušuje vodíkové vazby). Krajní hodnoty ph mění celkový povrchový náboj, vznikají odpudivé elektrostatické síly a zanikají některé vodíkové vazby. Organická rozpouštědla a detergenty ruší hydrofóbní interakce Renaturace opětovné získání původní přirozené struktury.

Ligandové interakce Figure 3-36 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Enzym-substrát Protilátka-antigen Receptor-signál

Figure 3-37b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Dělení bílkovin podle jejich funkce stavební a podpůrné kolageny, elastin, keratiny (fibrilární) bílkoviny cytoskeletu (tubulin, vimentin, též pohyb) nukleoproteiny (histony, ribosomální bílkoviny) transportní a skladovací hemoglobin a myoglobin (O 2 ) transferrin a ferritin (Fe) sérový albumin (mast. kyseliny, bilirubin, hem...) apolipoproteiny (lipidy, cholesterol) cytochrom c (elektrony) bílkoviny zajišťující membránový transport pohyb aktin a myosin (+další) ochranné a obranné imunoglobuliny fibrinogen regulační hormony receptory (membránové a intracelulární) regulační bílkoviny proteosynthesy katalytická enzymy

Typy bílkovin Globulární bílkoviny Sféroidní tvar Variabilní molekulová váha Relativně vysoká rozpustnost Různé funkce katalytické, transportní, regulační (metabolismus, genové exprese) Fibrilární bílkoviny Tyčinkovitý tvar Malá rozpustnost Strukturální funkce v organismu Lipoproteiny (Komplexy protein + lipid) Glykoproteiny (Proteiny s kovalentně vázanými cukry)

STRUKTURÁLNĚ-FUNKČNÍ VZTAHY

Hemoglobin a myoglobin Lidský hemoglobin má několik forem. Složen ze dvou a a dvou b podjednotek, které se liší primární strukturou. Váže čtyři molekuly kyslíku, přenáší kyslík krví z plic do tkání a buněk.

Hemoglobin a myoglobin Myoglobin má jeden polypeptidový řetězec, váže jednu molekulu kyslíku. Váže a uvolňuje kyslík v cytoplasmě svalových buněk. Hemoglobin a myoglobin obsahují prostetickou skupinu hem.

Protilátky Molekula imunoglobulinu je tetramer dva řetězce těžké H dva řetězce lehké L Třídy imunoglobulinů: IgG IgM IgA IgD IgE

Kontraktilní svalové bílkoviny tlustá filamenta myosin tenká filamenta aktin, tropomyosin, troponin G-aktin globulární protein, F-aktin fibrilární protein jednou z důležitých biologických vlastností myosinu je schopnost spojovat se s aktinem za vzniku svalové kontrakce

Membránové bílkoviny Integrální membránové proteiny Periferní membránové proteiny Kanály a póry Membrána erytrocytu a-podjednotka napěťově řízeného sodíkového kanálu

Enzymy biokatalyzátory každá (metabolická) reakce má svůj enzym Ligand - substrát