Tomáš Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague
Buňka buňka je základní stavební prvek všech živých organismů byla objevena Robertem Hookem roku 1665 jednodušší strukturu mají jen viry, které jsou na pomezí mezi neživou hmotou a živými organismy buňky se dělí na prokaryotické a eukaryotické
Prokaryotická buňka
Prokaryotická buňka Některé bakterie jsou tvořeny prokaryotyckými buňkami. Prokaryotická buňka je obalena pouzdrem buněčnou stěnou cytoplazmatickou membránou Uvnitř je buňka vyplněna cytoplazmou: tekutina, ve které jsou uloženy organely Dále prokaryotická buňka obsahuje bičík, který ji umožňuje pohybovat se.
Organely prokaryotická buňka Organely jsou orgány buňky: ribozomy slouží k tvorbě proteinů (bílkovin) nukleoid jde o buněčné jadérko obsahuje DNA, RNA a proteiny
Eukaryotická buňka
Eukaryotická buňka 11 cytoplazma tekutá výplň buňky
Eukaryotická buňka 7 cytoskeleton tvoří kostru buňky skládá se ze speciálních vláknitých proteinů
Eukaryotická buňka 13 centrioly v centrozomu 14 z centrioly vyrůstá cytoskeleton
Eukaryotická buňka 9 mitochondrie je to membránou obalená organela jde o zdroj energie pro buňky vytváří se zde ATP adenosintrifosfát
Eukaryotická buňka 5 tvrdé endoplazmatické retikulum (ER) 8 měkké endoplazmatické retikulum retikulum se významně podílí na metabolických procesech zpracovávají se zde cukry a tuky je tvarované tak, aby mělo co největší plochu
Eukaryotická buňka 10 vakuola vyskytuje se zejména u rostlinných buněk slouží jako zásobárna vody a některých živin
Eukaryotická buňka 12 lyzozom mají podobnou funkci jako vakuoly lyzozomy se nevyskytují v rostlinných buňkách
Eukaryotická buňka 4 vezikula
Buněčné jádro 2 jádro jde o organelu obsahující jadérko od zbytku buňky je jádro odděleno vlastní membránou
Buněčné jádro 1 jadérko obsahuje genetický kód určující vlastnosti a chování buňky
Chromozómy chromozómy se nacházejí v jádře formují se před dělením buňky lze si z nich udělat dobrou představu o struktuře DNA chromozóm je tvořen chromatinem jde o dlouhé vlákno složené z DNA a proteinů
DNA a RNA DNA = deoxyribonucleic acid = deoxyribonukleová kyselina byla objevena roku 1869 J. F. Mischerem, který z bílých krvinek extrahoval "nuclein" od roku 1900 víme, že DNA je dlouhá molekula skládající se z 5 bází adenin - A thymin - T guanin - G cytosin - C uracil - U
DNA a RNA adenine thymine
DNA a RNA guanin cytosine
DNA a RNA uracil
DNA a RNA od roku 1920 se rozlišuje DNA a RNA RNA = ribonukleová kyselina skládá se z A, U, G, C DNA se skládá jen z A, T, G, C až do roku 1944 nevěnovali biologové DNA velkou pozornost nevěřilo se, že uchovává genetickou informaci to ukázal Oswald Avery 1950 - Erwin Chargaf zjistil, že poměr adeninu a thyminu, stejně jako guaninu a cytosinu je 1:1
Tomáš DNA a RNA 1953 - James Watson, Francis Crick odhalili strukturu DNA ukázali, že jde o dvoušroubovici šlo o nejzásadne jší biologický objev 20. století ukázali, že DNA se skládá ze dvou r ete zcu každý r ete zec je dlouhá posloupnost z A, T, C, G r ete zce jsou vzájemne propojeny vazbami A-T a C-G oba r ete zce jsou tedy "komplementární" ze znalosti jednoho lze snadno dopoc ítat druhý
DNA zdvojená struktura je důležitá pro její replikaci některé prokaryotické buňky mají DNA cyklickou DNA je zodpovědná za tvorbu proteinů proteiny následně ovlivňuji chemické (metabolické) procesy v organismu a jsou stavební látkou organismů proteiny mají také řetězcovou strukturu jako DNA skládají se ale z aminokyselin
Aminokyseliny Celkem existuje 22 aminokyselin. Glycin Gly Alanin Ala Valin Val Leucin Leu Isoleucin Ile Kyselina asparagová Asp Asparagin Asn Kyselina glutamová Glu Glutamin Gln Arginin Arg Lysin Lys Histidin His Fenylalanin Phe Serin Ser Threonin Thr Tyrozin Tyr Tryptofan Trp Methionin Met Cystein Cys Prolin Pro Selenocystein SeCys Pyrolysin Pyl
Proteiny kromě chemického složení jsou vlastnosti proteinů dány také prostorovým uspořádáním jde o tzv. protein folding 1950 - Paul Zamecnik zjistil, že proteiny jsou syntetizovány v ribozomech
Eukaryotická buňka 3 ribozomy jde o důležitou organelu, ve které se vytvářejí proteiny
Eukaryotická buňka 6 Golgiho aparát slouží k transportu a uchování proteinů "zabalují" se do váčků a posílají na potřebná místa v buňce
RNA 1960 - Benjamin Hall RNA slouží jako poslíček, který nese informace z DNA v jádře do ribozomu jde o tzv. messenger RNA neboli mrna přepis z DNA na mrna se nazývá transkripce (transcription) přepis z RNA na protein se nazývá translace (translation)
RNA 1960 - Benjamin Hall RNA slouží jako poslíček, který nese informace z DNA v jádře do ribozomu jde o tzv. messenger RNA neboli mrna přepis z DNA na mrna se nazývá transkripce (transcription) přepis z RNA na protein se nazývá translace (translation) Centrální dogma molekulární biologie zní: DNA }{{} RNA }{{} PROTEIN. transkripce translace Pozn.: Stále se neví, jak RNA pozná, kde začít a ukončit transkripci.
RNA Příklad: DNA: TAC CGC GGC RNA: AUG GCG CCG Protein: Met Ala Pro jedna trojice znaků kóduje jednu aminokyselinu ale jedna trojice dává 4 3 = 64 kombinací
RNA
RNA kromě mrna existuje i transfer RNA - trna, která slouží k přenosu aminokyselin při syntéze proteinů v ribozómu gen je úsek DNA, který kóduje jeden protein nyní se ví, že jeden gen může kódovat i více proteinů
Analýza DNA Biologové umí provádět následující úkony s DNA: kopírování klonování stříhání a vkládaní měření délky sondování
Kopírování DNA v současnosti nemáme nástroje, s kterými bychom dokázali pracovat jen s jednou molekulou DNA např. přístroj, který by přečetl celou DNA jen z jedné molekuly většina metod je založená na operování s miliony až miliardami kopií a následném zpracování dat na počítači nejznámější metodou na kopírování DNA je PCR polymerase chain reaction
PCR metoda PCR se používá ke kopírování fragmentů DNA o velikosti 100-500 nukleotidů potřebujeme znát sekvence ohraničující náš fragment PCR se skládá se tří kroků: 1 Denaturation: zahříváním roztoku se dvoušroubovice DNA rozdělí na dva samostatně řetězce 2 Priming/annealing: roztok se ochladí a navazují se okraje/hranice našeho fragmentu 3 Extension: navazují se zbylé nukleotidy na volné vazby
PCR metoda
Klonování při klonování nepotřebujeme znát ohraničení daného fragmentu nelze ale přesně ovlivnit, jaké fragmenty DNA se okopírují DNA se rozdělí na menší kousky dále se použije tzv. klonovací vektor to je virus nebo bakterie do něj se vloží požadovaný fragment DNA vektor ho pak vloží do hostitelské buňky/bakterie, která provede reprodukci biologové většinou vytvářejí knihovny náhodně okopírovaných fragmentů - klonů
Stříhání a vkládání DNA ke "stříhání" DNA se používají speciální enzymy např. enzym zvaný BamHI přesekne DNA v každém výskytu posloupnosti GGATCC na obou koncích jsou pak volné báze, které k sobě mohou vázat vhodný protějšek jde tedy o lepivé (sticky) zakončení enzym PunII seká výskyty CAGCTG bez vzniku lepivých zakončení
Měření délky DNA používá se tzv. gelová elektroforeze DNA má záporný náboj, tudíž je přitahována ke kladnému pólu elektrického zdroje gel funguje jako brzda - velké molekuly se pohybují pomaleji ke sledování jednotlivých molekul se používají vhodné fluorescenční sloučeniny
Gelová elektroforeze
Gelová elektroforeze
Sondování DNA testuje se, jestli určitý fragment DNA je přítomný v roztoku použije se jednoduchý řetězec o délce 20-30 nukleotidů se známým složením ten se označí fluorescenčním štítkem, a pak se sleduje, kam se naváže