Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Inovace studia molekulární.

Prezentace na téma: "Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Inovace studia molekulární."— Transkript prezentace:

1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Inovace studia molekulární a buněčné biologie Investice do rozvoje vzdělávání Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Investice do rozvoje vzdělávání Předmět: KBB/BB1P Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

3 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Vnitrobuněčné oddíly, transport, cytoskelet Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání „Buněčná logistika“ Boris Cvek

4 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Cíl přednášky: Seznámit posluchače s vnitrobuněčnými oddíly, cytoskeletem a principy transportu Klíčová slova: membránové organely, třídění proteinů, vezikulární transport, sekreční dráhy, endocytotické dráhy, cytoskelet

5 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Molecular Biology of the Cell Fifth Edition Molecular Biology of the Cell Fifth Edition Alberts Johnson Lewis Raff Roberts Walter Obrázky v následující prezentaci jsou převzaty z níže uvedené knihy výlučně k výukovým účelům. The illustrations in following lecture are taken from Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 5th Edition (Garland Science 2008) only and exclusively for the educational purposes. Copyright © Garland Science 2008

6 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Vnitrobuněčné oddíly buňky vyvinuly k oddělení a organizaci svých chemických dějů několik strategií jednou z možností je soustředit různé enzymy potřebné ke katalýze určitého sledu reakcí do jednoho velkého proteinového komplexu druhá možnost, typická pro eukaryotní buňky, je umístění různých metabolických dějů a proteinů k nim potřebných do různých oddílů, ohraničených membránou takovým membránou ohraničeným oddílům se říká membránové organely každý takový oddíl obsahuje jedinečný soubor proteinů, které se musí selektivně přenášet z cytosolu, kde jsou syntetizovány, do oddílu, kde jsou používány

7 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Možnosti transportu tento transportní proces (z cytosolu do organely) se nazývá třídění proteinů a závisí na signálech, které jsou vestavěny do sekvence aminokyselin v daném proteinu některé organely spolu navzájem komunikují tak, že vytvářejí malé membránové váčky (vezikuly), které se odškrcují od daného oddílu, pohybují se cytosolem a fúzují s jinými membránami v ději zvaném vezikulární transport podobným způsobem jsou buňky schopny přijímat nebo uvolňovat proteiny (tzv. endo/exocytoza)

8 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Membránové organely na rozdíl od prokaryotní buňky, která se skládá z jediného oddílu (cytosol), eukaryotní buňky jsou uvnitř rozděleny membránami, mezi něž patří: jádro (má jaderný obal a v něm pro komunikaci s cytosolem i jaderné póry) vnější jaderná membrána přechází plynule v endoplasmatické retikulum (což je hlavní místo, kde se syntetizují nové membrány buňky) k velké části cytosolového povrchu ER jsou přisedlé ribozomy, a proto se této části říká drsné ER blízko jádra se obvykle nachází Golgiho aparát, který přijímá proteiny a lipidy z ER, upravuje je a posílá dál

9 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání dále jsou v buňkách přítomny lyzozomy, malé váčky s trávicími enzymy – jejich funkcí je odbourávat opotřebované organely i makromolekuly a také částice, které buňka pohltila při endocytoze pohlcené látky nejprve ale musí projít přes endozomy, které vybrané molekuly zase vracejí zpět do membrány dále jsou v buňce peroxizomy, které obsahují enzymy pro oxidační reakce – slouží k odbourávání lipidů a ničení toxických molekul mitochondrie a chloroplasty (minulá přednáška) membránové organely v průměru zaujímají asi polovinu objemu eukaryontní buňky některé z nich (ER, Golgiho aparát, mitochondrie) jsou pevně spojeny s cytoskeletem (o něm víc dále)

10 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

11 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

12 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

13 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

14 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Evoluce membránových organel membránové organely se patrně vyvinuly dvojím způsobem jaderné membrány a membrány ER, Golgiho aparátu, endozomů a lyzozomů vznikly z vchlípenin plasmatické membrány – tyto membrány a organely tvoří dohromady část soustavy vnitřních membrán tato hypotéza umožňuje vysvětlit i to, proč je jádro obaleno de facto dvěma membránami (vchlípená membrána je dvojitá, jak bude patrno z následujícího obrázku) druhým původem membránových organel je pohlcení dávné prokaryotní buňky buňkou eukaryotní – takto vznikly mitochondrie a chloroplasty

15 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

16 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

17 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Třídění proteinů do některých organel (mitochondrie, chloroplasty, peroxizomy a vnitřek jádra) jdou proteiny přímo z cytosolu do jiných se dostávají přes vezikulární transport (pozdější část této přednášky) syntéza všech proteinů začíná na ribozomech v cytosolu (výjimkou jsou některé proteiny, které si syntetizují podle vlastní DNA mitochondrie a chloroplasty – většina takových proteinů se ale stejně syntetizuje v cytosolu!) nasyntetizovaný protein obsahuje adresovou sekvenci (určité pořadí aminokyselin), která ho nasměruje do organely, kam patří (proteiny bez této adresy zůstávají v cytosolu a neputují do žádné organely)

18 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání jádro: proteiny směřující z cytosolu do jádra (nebo naopak) jsou přenášeny jadernými póry, jež prostupují vnitřní a vnější jadernou membránu – póry jsou selektivní, a to aktivně i pasivně (volná difúze menších makromolekul) proteiny směřující do ER, mitochondrií, chloroplastů či peroxizomů se přenášejí přes membránu dané organely proteinovými translokátory umístěnými v membráně přenášený protein se v tomto případě (ne v případě transportu přes jadernou membránu) musí rozvinout, aby se mohl protáhnout membránou další možností transportu je vezikulární transport, který probereme později

19 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání jaderný pór = víc než 1000 různých proteinů malé molekuly rozpustné ve vodě procházejí volně ve vodě, obsažené pórech větší molekuly nemohou projít bez zvláštního třídícího signálu proteiny jsou přenášeny aktivním transportem

20 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

21 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

22 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Transport proteinů přes ER membránu proteiny určené pro Golgiho aparát, endozomy a lyzozomy nebo pro povrch buňky nejprve vstupují z cytosolu do ER – jakmile se ocitnou uvnitř ER, do cytosolu už se nevrátí, neboť k jiným organelám jsou přenášeny uzavřené v transportních váčcích nově syntetizované membránové proteiny (určené např. pro plazmatickou membránu) zůstávají v membráně ER a v ní cestují dál vzhledem k tomu, že ribozomy přiléhají k ER, nově syntetizované proteiny pronikají z ribozomu do ER už během samotné syntézy (ještě než jsou dokončeny)

23 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání v buňce jsou však i ribosomy, které nepřiléhají k ER a syntetizují proteiny, jež nejsou určené ke vstoupení do ER (např. vstupují do jádra v „neváčkové“ formě) pro vstup proteinu do ER je zapotřebí tzv. signál rozpoznávající částice (signal recognition particle SRP), která rozpozná signál na molekule proteinu, naváže se na něj a umožní jeho transport dovnitř pro transmembránové proteiny, které mají zůstat zanořeny v membráně tzv. iniciační sekvence začíná vstup proteinu přes membránu a terminační sekvence ho ukončí

24 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

25 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

26 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

27 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Vezikulární transport transportní dráhy zajišťované váčky se táhnou od ER až k plazmatické membráně a od ní k lyzozomům ve váčcích (vezikuly) jsou transportovány proteiny i lipidy, jež nezřídka bývají během transportu různě modifikovány (třeba tvorba disulfidových můstků)

28 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

29 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

30 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Pučení váčků pučící váčky mívají na své cytosolové (tj. vnější) straně specifický proteinový plášť, po ukončení pučení váček svůj plášť ztrácí a může se spojit s cílovou membránou příkladem proteinu vytvářející takový plášť je klathrin plášť má dvě funkce: jednak pomáhá tvarovat membránu do tvaru váčku, jednak pomáhá zachytit molekuly pro transport váčky mají na svém povrchu tzv. SNARE-proteiny, které zajišťují, že váček bude fúzovat pouze a jen s tou organelou, se kterou má

31 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

32 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

33 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

34 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Kontrola a úprava proteinů v ER většina proteinů v ER je kovalentně modifikována (nejčastěji připojením oligosacharidu, tj. glykosylací) připojený oligosacharid může hrát mnoho rolí (chránit protein před odbouráním, neumožnit mu opustit ER předtím, než je správně složen atd.) žádný špatně složený protein nemůže opustit ER, ER tedy slouží jako důležitá kontrola kvality proteinů (chyby v tomto kontrolním bodě vedou k těžkým onemocněním, jako je např. cystická fibróza) proteiny z ER směřují do Golgiho aparátu, kde jsou tříděny a posílány dále (např. k plasmatické membráně, aby došlo k jejich sekreci vně buňky pomocí mechanismu zvaného exocytoza)

35 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání ER → cis Golgi → trans Golgi → konečná destinace

36 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

37 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

38 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

39 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Endocytoza dějem opačným k exocytoze je endocytoza, kdy buňka ve formě váčků pohlcuje něco ze svého okolí – dělíme ji podle velikosti přijímaných váčků na pinocytozu („buněčné pití“) je pohlcování kapaliny s malými rozpuštěnými molekulami fagocytozu („buněčné pojídání“) je pohlcování velkých částic, např. bakterií, zbytků buněk atd. fagocytotické buňky lze najít např. v lidském imunitním systému (makrofágy), kde pohlcují mikroorganismy a zbytky jiných buněk (např. makrofágy stráví za den asi 100 miliard zestárlých červených krvinek)

40 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

41 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání v lyzozomu jsou nežádoucí pohlcené částice hydrolyzovány (kromě fagocytozy krvinek může buňka sama obalit svou organelu, třeba mitochondrii, váčkem a poslat ji do lyzosomu – tzv. autofágie)

42 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Cytoskelet eukaryotní buňky obsahují v cytoplazmě složitou síť proteinových vláken (cytoskelet), která jim umožňuje měnit tvar, vykonávat pohyby atd. cytoskelet se skládá ze tří typů vláken: aktinová vlákna (jsou důležitá pro buněčný pohyb, zejména pohybuje-li se buňka po nějakém povrchu) střední filamenta (mají velkou pevnost v tahu a umožňují buňce zvládat mechanický stres, jsou i v jádře) mikrotubuly (jejich síť určuje pozici organel a řídí transport uvnitř buňky)

43 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

44 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

45 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Mikrotubuly v typické živočišné buňce mikrotubuly vyrůstají z malé struktury ve středu buňky, tzv. centrozomu – odtud sahají k periferii buňky, čili vytvářejí systém drah, podél nichž se transportují váčky, organely atd. mikrotubuly se skládají z tubulinu a jsou neustále rozkládány na jednotky tubulinu a zase skládány zpátky, což jim umožňuje měnit prostorovou orientaci mikrotubulus nejprve roste z centrozomu k plasmatická membráně (i několik minut), a pak začne „couvat“ (tj. je zpět odbouráván na tubuliny) buď úplně až k centrozomu nebo jen částečně – po „couvání“ ale zase roste

46 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

47 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

48 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

49 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Mikrotubuly mohou být stabilizovány jestliže neustále rostoucí a couvající mikrotubuly narazí tam, kde dorostou, na nějakou situaci, která je potřebuje, dojde k jejich stabilizaci pomocí tzv. čepičky takové mikrotubuly jsou pak využívány po žádoucí dobu a potom je z nich čepička opět odňata z centrozomu rostoucí mikrotubuly tedy náhodně rostou do různých směrů a jaksi naslepo zkoušejí najít místo, kde je jich zapotřebí (buňka nemůže „vědět“, kde právě potřebuje jejich přítomnost, proto se v evoluci prosadilo toto „slepé“ řešení)

50 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání

51 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání molekulové motory (viz jedna z minulých přednášek) zajišťují dopravu „nákladu“ (např. organel) podél mikrotubulů

52 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Aktinová vlákna aktinová vlákna jsou tenká a pružná, vznikají polymerizací základní jednotky aktinu většinou však samotný aktin nestačí a je v aktinových vláknech všelijak modifikován ve většině buněk je aktin uložen těsně pod plasmatickou membránou v buněčném kortexu (opakování) spojení aktinu s myosinem tvoří podstatu svalové práce

53 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání