Úvod do biologie.

Prezentace na téma: "Úvod do biologie."— Transkript prezentace:

1 Úvod do biologie

2 Charakteristika živých soustav:
vysoká uspořádanost nestabilita - dynamičnost otevřenost soustavy - výměna látek a energie s prostředím schopnost přeměny energie smrtelnost schopnost se rozmnožovat schopnost se vyvíjet v čase - evoluce

3 Buněčná teorie: 1) Veškeré živé organismy složeny z buněk
2) Buňka = základní funkční jednotka života 3) Vznik nových buněk z preexistujících buněk Vyjímka z buněčné teorie: viry

4 formy organizovanosti živé hmoty:
Buněčná: prokaryota: bakterie, sinice eukaryota: prvoci, houby, rostliny, živočichové Nebuněčná: viry

5 v jádře s jader. membránou
Prokaryota Eukaryota DNA kruhová v cytoplazmě lineární,organizovaná do chromozomů v jádře s jader. membránou RNA+ bílk syntéza ve stejném transkripce v jádře, kompartmentu translace v cytoplasmě Cytoplasma není cytoskelet je cytoskelet Dělení binární mitoza Organely primitivní, ribozomy četné Geny nejsou introny exony + introny Replikace začíná na 1 místě začíná na mnoha místech současně Ribosomy S (50S + 30S) S (60S + 40S) S = Swedbergova sedimentační konstanta

6 Viry rostlinné, živočišné, bakteriální = bakteriofágy
Evoluce virů nepředcházela vzniku buňky, původ z plazmidů? Virion = NK (DNA nebo RNA) + bílkovinný obal (kapsida) event. další obal podobný biomembráně (obalené viry) Bakteriofág = hlavička + bičík

7

8

9 Reprodukce virů: vázána na hostitelskou buňku
adsorbce a průnik viru n. virové NK do buňky replikace transkripce a translace tvorba kompletních virových partikulí uvolnění viru z buňky = lyze buňky nebo exocytoza

10 Lysogenie-virogenie = integrace virové NK do hostitelského genomu jako provirus replikace s DNA hostitelské buňky přenos do dceřinných buněk po indukci se může uvolnit – lyze viry jako vektory onkogenů efekt na buňku: smrt buňky (lyze) cytopatický efekt (exocytoza) latentní viry – buňku nepoškodí, přenos do dceřinných buněk

11 Centrální dogma molekulární biologie
Nádorové viry –transformace buňky v nádorovou Nesou onkogen – DNA nádorové viry-virový onkogen - RNA nádorové viry = retroviry reverzní transkriptaza = enzym umožňující přepis RNA do DNA – onkogen retrovirů-buněčného původu Centrální dogma molekulární biologie DNA → RNA → bilkovina transkripce translace replikace reverzní transkripce

12 Priony = nebuněčné virus „like” organismy
infekční obsahují proteiny, NK neprokázána rezistentní na poškození, které denaturuje NK citlivé na látky, které denaturují bílkoviny abnormální prion - produkt mutovaných genů epigenetická změna proteinu (posttranslační modifikace proteinů neuronů?)

13 Prionový protein výskyt ve dvou izoformách: normální PrPC abnormální PrPSc liší se konformací molekuly (PrPC převaha -helixu, málo β-struktury PrPSc převaha β struktury Přítomnost PrPSc indukuje změnu PrPC = normálního na abnormální (snad spontánně u starých osob v omezené míře) je silně potencována infekcí (abnormálním prionem) a probíhá jako řetězová reakce

14

15 dědičná choroba (AD s neúplnou penetrancí) = mutace genu = změna proteinu (př.záměna AK) = menší stabilita molekuly= snazší změna konformace mezidruhový přenos vzácný (rozdíly v prionových molekulách=bariéra přenosu), ale v zásadě možný s delší dobou latence přenos z člověka na člověka: Růstovým hormonem, mozkovými elektrodami

16 Onemocnění: Creutzfeld-Jakobsova choroba: postižení šedé kůry mozkové, těžké neurologické příznaky s rychle progradující demencí kuru: Papua-Nová Guinea: neschopnost koordinace pohybu, obrny, demence – šíření rituálním kanibalismem

17 Genetický aparát buňky
DNA = nositelka genetické informace RNA: mRNA = messenger RNA – přenos genetické informace z jádra do cytoplazmy tRNA = transferová – přísun AK k místu syntézy bílkoviny tvar trojlístku, na 1 smyčce antikodon =trojice bazí paralelní ke kodonu na mRNA rRNA = ribozomální – funkce při syntéze bílkovin – součást ribozomů

18 Průkaz, že DNA je nositelka genetické informace
Pneumokok S + R virulentní inaktivované b. nevirulentní živé b. S virulentní inaktivované b. Transformační pokus u bakterií – Griffith 1928 Stejný efekt s izolovanou DNA– Avery,McLeod,McCarthy 1944

19 Struktura DNA Watson, Crick 1953: dvoušroubovice = 2 řetězce nukleotidů stočené do spirály Nukleotid: cukr = deoxyriboza (5C) fosfát N báze – purinová : adenin (A), quanin( G) - pyrimidinová : cytosin (C), tymin (T), event. uracil (U) v RNA Komplemetarita bazí, párování vodíkovými můstky A T, C G

20 Struktura DNA řetězce antiparalelní Struktura RNA jednořetězcová

21 Struktura DNA

22 Replikace DNA = zdvojení DNA předchází buněčné dělení
Semikonzervativní = ke starému vláknu syntéza nového Replikace začíná na mnoha místech současně (u Eukaryot) Od počátku replikace postup oběma směry – replikační bublina ale vlastní připojování nukleotidů pouze v jednom směru (5´→ 3´)

23 Replikace = enzymatický proces
DNA polymeráza – polymerace + rozpoznání chyb a jejich oprava Další enzymy = rozvíjejí dvoušroubovici a struktury vyšších řádů, spojují fragmenty (ligázy) RNA primer = očko= krátký řetězec ribonukleotidů, k němu připojovány nukleotity dle matrice starého řetězce (DNA polymeráza neumí spojit dva volné nukleotidy, pouze připojovat k již existujícímu řetězci Syntéza vlákna kontinuální ve směru 5´→ 3´, opačné vlákno - syntéza ve formě Okazakiho fragmentů

24

25 Centrální dogma molekulární biologie

26 Exprese genetické informace
Transkripce = přepis DNA do mRNA - enzym RNA polymeráza počátek= promotor Stavba eukaryontního genu : exony = kodující části introny = nekodující části Posttranskripční úpravy = vyštěpení intronů z mRNA = splicing a transport upravené mRNA do cytoplazmy na ribozom

27 Translace = překlad = syntéza polypeptidu dle matrice mRNA
probíhá na ribozomech – zde se mRNA napojí ribozom = proteiny + rRNA, ze 2 podjednotek tRNA přináší jednotlivé aminokyseliny k místu syntézy polypeptidu má antikodon = specifický triplet pro určitou AK a komplementární ke kodonu (trojici bazí) na mRNA kam se napojí při napojení dvou tRNA na specifická místa ribozomu – vznik peptidové vazby mezi dvěma aminokyselinami nebo AK a polypeptidem

28 Vlastnosti genetického kódu
Kodon = triplet(trojice bazí) na mRNA kodující 1 aminokyselinu (AK) Genetický kód: tripletový = trojice nukleotidů (bazí) určuje 1 AK degenerovaný pro 1 AK existuje více tripletů čtení je nepřekrývající univerzální iniciační a terminační kodony

29 Definice genu Gen = takový úsek DNA molekuly, který svojí primární strukturou (pořadím nukleotidů, resp.tripletů) určuje primární strukturu jiné makromolekuly (polypeptidu, tRNA, rRNA)

30 Ultrastruktura chromozomů:
Složení chromatinu: DNA histony = bazické bílkoviny: H1,H2A, H2B,H3,H4 nehistonové bílkoviny = kyselé

31 Organizace interfázního chromatinu
Nukleozom = jádro z oktameru histonů H2A,H2B,H3,H4 obtočené dvoušroubovicí DNA spojka mezi nukleozomy = vlákno DNA, volné nebo asociované s H1 histony (utažení vlákna) řetězec nukleozomů stočen do solenoidu

32 Další stupně spiralizace = kondenzace chromatinu do chromozomů
Solenoidy poskládány do smyček obtáčejících osu z nehistonových bílkovin Další skládání a utažení smyček při přechodu chromozomů z profáze do metafáze= mnohonásobné zkrácení vlákna DNA

33 Zkrácení v profázi na 1/3000 délky
v metafázi na 1/10000 délky celková délka DNA asi 2 m lidské chromozomy obsahují cca strukturních genů

34

35

36

37 metacentrický submetacentrický akrocentrický
p telomera centromera satelit sat. stopka (NOR) q chromatidy Chromozom metacentrický submetacentrický akrocentrický p = krátké rameno q = dlouhé rameno NOR = oblast organizátoru jadérka (rRNA geny)

38 Chromatin Euchromatin Heterochromatin
despiralizován v interfázi spiralizován v mitoze obsahuje strukturní geny Heterochromatin repetitivní sekvence,neobsahuje strukturní geny v interfázi poněkud spiralizován – barvitelný

39 Heterochromatin konstitutivní – stálý
-v centromerických oblastech všech chromozomů - heterochromatinové bloky na 1q, 9q, 16q, Yq variabilita heterochromatinových částí fakultativní = strukturně euchromatin, chová se jako heterochromatin = neaktivní Inaktivní X = sex chromatin=Barrovo tělísko =X chromatin jeden ze dvou X chromozomů u samic savců je geneticky inaktivní (= není transkribován) heterochromatin-pozdější replikace v S fázi (inaktivní X na konci S) žena=mozaika buněk s inaktivním otcovským a mateřským X

40 X inaktivace XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP XM XP

41 Chromozomy pozorovatelné jen v dělící se buňce
U člověka 46 chromozomů = diploidní počet 22 párů autozomů + 1 pár gonozomů XX u ženy XY u muže Homologní chromozomy – původ otcovský a mateřský (původní chromozom spermie a vajíčka) Gamety = haploidní počet

42 Genetická determinace pohlaví
23,X 23,X 23,Y

43 Karyotyp ženy 46,XX – G pruhy

44 Karyotyp muže - 46,XY – G pruhy

45 Doporučená literatura
Genetika, E. Kočárek , Scientia 2005 Molekulární biologie v medicíně, E.Kočárek, NCO NZO Brno skriptum Biologie člověka pro bakalářské studium na lékařských fakultách – skriptum: I. Základy genetiky – B.Otová, F. Soukup II. Vývoj a růst člověka- J.Kapras, J.Vymlátil, E.Topinková