Základní učební text: Elektronické zpracování Biologie člověka; přednášky Učebnice B. Otová, R. Mihalová Základy biologie a genetiky člověka, Karolinum 2012 Doporučená literatura: Kočárek E. - Genetika. Scientia, Praha 2004 Prezentace přednášek - SIS Konzultace podle osobní domluvy Doc. B. Otová; boto@lf1.cuni.cz, tel. 224968143 RNDr. K. Bobková; klarabobkova@centrum.cz; tel. 224968143 Mgr. M. Krupková; m.krupkova@seznam.cz tel. 224968147
PROKARYOTA např. baktérie Jednobuněčné organismy prokaryotického typu Většina buněčná stěna Nukleoid buněčné jádro bez membrány Plasmidy malé kruhové molekuly DNA; replikace nezávisle na bakteriálním chromosomu Neobsahují mitochondrie, plastidy Nepohlavní rozmnožování binární dělení, pučení Všudypřítomné, některé patogenní (toxiny) Výživa dusík: např. pro syntézu aminokyselin, nukleotidů síra a fosfor: aminokyseliny, ATP uhlík: aminokyseliny, nukleotidy, cukry, lipidy atp. tvorba skeletu proteinů a nukleových kyselin růstové faktory (auxotrofní baktérie - mutované): vitaminy, purinové a pyrimidinové báze, aminokyseliny
PROKARYOTA např. baktérie Nukleoid genom dvoušroubovice DNA uložená s proteiny v kruhovitém chromosomu Chromosom nemá centromeru 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: a) přenos rezistence b) konjugace (parasexuální děj) c) využití v genetickém inženýrství
PROKARYOTA Typická prokaryotní buňka Plasmid kruhová molekula DNA Dvoušroubovice DNA + proteiny v kruhovitém chromosomu
PROKARYOTA Buněčné dělení a) Replikace dvoušroubovice DNA Následuje cytokineze (rozdělení cytoplasmy) vzniknou dvě dceřinné buňky Dělení bakteriální buňky
PROKARYOTA např. baktérie Buněčné dělení b) Konjugace Konjugace buněk Baktérie s F- plasmidem konjuguje s baktérií s F+ plasmidem Obě buňky syntetizují komplementární vlákno DNA Obě dceřiné buňky obsahují F+ fertilizační plasmid
Viry Genom virových partikulí jedna molekula DNA nebo RNA Replikace pouze v hostitelské buňce Retroviry (genom RNA) - informace z RNA do DNA (enzym reverzní transkriptasa); dvouvláknová DNA se včleňuje náhodně do genomu hostitelské buňky. Extracelulární forma virové partikule - genom viru obklopuje proteinový obal (kapsida) - kodováno virovým genomem. Některé viry - kapsidy obklopeny fosfolipidovou membránou (buněčný původ). Podle genomu dělíme viry na DNA viry a RNA viry. Genom virů může obsahovat: a) jednovláknovou DNA (parvoviry) b) dvouvláknovou DNA (adenoviry, herpesviry, poxoviry) c) jednovláknovou RNA (togaviry, myxoviry; retroviry) d) dvouvláknovou RNA (reoviry). Lidská DNA obsahuje sekvence virové DNA - pozůstatek virové infekce u dávných předků
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 a další proteiny chromatin Část genetické informace extranukleární mitochondrie (cytoplasmatické organely) Epigenetické děje regulace na úrovni transkripce - má vliv na utlumení transkripční aktivity a) CpG ostrůvky methylace cytosinů na methylcytosin; b) modifikace histonů, vede k vytváření transkripčně neaktivního heterochromatinu
EUKARYOTA stavba buňky - schéma
EUKARYOTA anatomie buňky
EUKARYOTA BUNĚČNÉ ORGANELY Jádro Jaderná membrána fosfolipidová dvojvrstva, póry Jaderná DNA + proteiny histonového a nehistonového typu chromatin V komplexu s dalšími proteiny spiralizace chromosomy (G2 fáze buněčného cyklu) V somatických buňkách dvě sady (chromosomů) Nukleolus (jadérko) syntéza prekursorů ribosomů (3 typy rrna (5.8 S; 5 S; 28 S) + ribosomální proteiny vznik velké ribosomální partikule) uvolnění do cytoplasmy připojení čtvrté molekuly rrna (18 S) vázané na specifické proteiny funkční ribosom Ribosomy se podílejí na průběhu proteosyntézy
Chromosom chromosom telomera jádro centomera telomera buňka histony dvoušroubovice DNA páry bazí
Typy chromosomů A telocentrický B akrocentrický C submetacentrický D metacentrický Člověk nemá typ telocentrický!
G - pruhování Barveno Giemsou po reakci metafazických chromosomů s trypsinem
Koncové části lineárních chromosomů - telomery Koncová oblast chromosomu tandemové repetitivní sekvence telomer TCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC AA 5' AGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TT 3' Dvoušroubovice DNA
Ribosomy eukaryotní buňky Jadérko - místo transkripce ribosomálních genů Fibrilárních centra; uvnitř řetězec DNA z něho přepis do vlákna pre-rrna Fibrilární centrum - hustá síť vláken + malé molekuly RNA úprava molekul rrna z rrna prekursoru Prekursor rrna vyzrává, štěpení na jednotlivé molekuly rrna shluk rrna molekul (organizační centrum) vytváření malých a velkých ribosomálních podjednotek (rrna + ribosomálními proteiny) Vyzrálé malé i velké podjednotky jadernými póry do cytoplazmy V cytoplazmě vznikají funkční ribosomy Ribosomy - nezbytná součást průběhu proteosyntézy
RIBOSOMY syntéza v jadérku S Svedbergova jednotka; stupeň sedimentace v rozpouštědle 5.8 S; 5 S; 28 S RNA 5.8 S; 18 S; 28 S RNA - geny lokalizovány na chromosomech s nukleolárními organizátory 5 S geny se vyskytují ve větším počtu na různých místech genomu 18 S RNA
EUKARYOTA další buněčné organely Endoplasmatické retikulum síť membrán (hrubé) proteosyntéza (hladké) syntéza lipidů, glykogenu (polymer glukózy) Golgiho aparát soustava membrán vazba cukrů s lipidy, proteiny, tvorba škrobu Lysosomy obsahují trávicí enzymy Vesikuly dočasné zásobárny transportovaných látek
EUKARYOTA buněčné organely MITOCHONDRIE Mitochondrie dvě membrány, uvnitř kristy Sta až desetitisíce mitochondrií v buňce Genom podobný genomu bakterií, původ symbióza s archebakteriemi 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
Specifikace buněk Kmenové buňky - dělí se nesymetricky: a) kmenová buňka (nediferencovaná); b) progenitorová buňka (postupně se terminálně diferencuje, proliferační aktivita) Typy kmenových buněk: a) pluripotentní buňky z časných embryí (fetální kmenové buňky); diferencují ve všechny typy buněk kromě buňky totipotentní b) totipotentní pouze zygota a buňky vzniklé prvním dělením (mohou se přeměnit v jakýkoliv typ buněk) c) multipotentní kmenové buňky produkce příbuzných buněk danému typu (např. kmenové buňky krvetvorby všechny typy krvinek) e) unipotentní kmenové buňky diferencují v jediný typ buněk (např. střevní epitel)
Terapeutické využití kmenových buněk Kmenové buňky naděje pro terapii Kmenové buňky z pupečníkové krve umožňují nahradit odběry kostní dřeně; jsou méně citlivé na reakci imunitního systému; menší nebezpečí GvHR, menší riziko nákazy (nesetkaly se většinou s patogeny) Hematopoietické kmenové buňky léčba lymfoproliferativních onemocnění, vrozených imunodeficitů Ve stádiu výzkumu: a) léčba cukrovky I. typu - znovuvytvoření B-buněk Langerhansových ostrůvků v pankreatu b) léčba ochrnutí po úrazu c) léčba následků infarktu d) léčba Parkinsonovy choroby a dalších neurodegenerativních chorob
Specifikace buněk Diferencované buňky Specializovaná struktura, funkce, doba životnosti a) krátká životnost - např. erytrocyty, krevní destičky, buňky sliznic zanikají apoptózou b) dlouhá životnost - neurony, endokrinní buňky
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
Specifikace buněk specializované geny Určují jedinečné rysy různých typů buněk Epigenetická regulace diferenciace (imprinting) a) Změny chromatinu b) Modifikace v DNA sekvenci (methylace) V dceřiných buňkách je udržována stabilní sekvence a transkripce shodných genů
BUNĚČNÁ SIGNALIZACE mezibuněčná komunikace Koordinace pochodů v organismu Buňky geneticky naprogramovány 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: Vazba receptoru a signální molekuly zahajuje signalizační kaskádu