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 Komunikace mezi buňkami, tkáně Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání „Od buňky k organismu“ 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 se základy buněčné signalizace a buněčné struktury tkání Klíčová slova: transdukce signálu, signální kaskády, první a druhý posel, tkáň, vývoj tkání, rakovina

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 Obecné principy buněčné komunikace k přenosu informace (např. aby se buňka v lidském těle začala dělit) dochází pomocí různých forem signálu – přeměna jedné formy signálu v jinou formu signálu se nazývá transdukce signálu signalizující buňka produkuje specifický typ molekul, jež jsou předávány cílové buňce prostřednictvím receptorového proteinu, který rozpoznává signální molekulu a specificky na ni odpovídá v cílové buňce je přicházející extracelulární signál převáděn na intracelulární signály, jež řídí chování buňky (přijímání a transdukce signálu spadají do svébytného oboru v rámci buněčné biologie, do tzv. buněčné signalizace, existuje např. časopis Science Signaling)

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

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

9 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Čtyři typy signalizace jednou cestou je vyslání signálu pro celé tělo tak, že se uvolní do krve živočicha nebo do mízy rostlin –tyto molekuly se nazývají hormony (endokrinní buňky) jiná možnost je lokální difúze signálních molekul extracelulárním médiem – tyto signály zůstávají v sousedství buněk, které je vylučují a fungují jako lokální mediátory (parakrinní signalizace) třetí způsob komunikace je neuronová signalizace, kde jsou signály předávány na velké vzdálenosti po síti vzájemně spojených neuronů, mezi nimiž dochází k elektrickým signálům stimulovaným molekulami nervového mediátoru (např. acetylcholin) další typ signalizace je přímo mezi sousedními buňkami

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 Buňky odpovídají jen na něco typická buňka v mnohobuněčném organismu je zavalena velkým množstvím signálních molekul v okolí – většině ale „nevěnuje pozornost“, neboť je zařízena tak, aby reagovala pouze na specifické (pro ni určené) signály (závisí to zejména na tom, zda má na své plazmatické membráně receptory pro daný signál) i malé množství přijímaných signálů umožňuje ale velmi složitou regulaci chování buňky tentýž signál může navíc v různých buňkách mít různé následky: např. na acetylcholin reagují buňky srdečního svalu snížením frekvence stahů, kdežto buňky slinné žlázy vylučují složky slin

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 signály mohou působit současně a různý mix signálů vyvolá různé reakce informace zachycená zvnějšku na povrchu buňky se přenáší uvnitř od jednoho souboru intracelulárních signálních molekul k druhému – konečným výsledkem bývá zpravidla exprese konkrétních genů, aktivaci enzymů nebo aktivování cytoskeletu štafetové řetězce přenosu signálu uvnitř buňky se nazývají signální kaskády a mají několik základních funkcí (je třeba si představit tento děj v reálné buňce, kde putuje odněkud někam, putuje nějakým způsobem a může být různě pozměňován) Signální kaskády

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

15 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Funkce signálních kaskád jednak musí dojít k fyzickému přenosu signálu od místa, kde byl přijat, k místu určení v signálních kaskádách signál probíhá samozřejmě ve formě molekul a chemických reakcí – jedna část kaskády tedy signál transformuje do chemické podoby další části kaskády signál se během kaskády může měnit, často se např. zesiluje (tzv. amplifikace signálu) signální kaskáda se také může v různých bodech rozdělit a ovlivnit více míst v buňce naráz, vznikají komplexní odpovědi podle podmínek, které uvnitř i vně buňky převládají, může být signál během signální kaskády různě modulován (čili pozměněn v souvislosti s jinými signály)

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 Extra/intracelulární receptory pro většinu signálních molekul platí, že se do buňky nemohou dostat volnou difúzí a jejich receptory tedy leží vně buňky – existují však takové signální molekuly, které snadno projdou buněčnou membránou a mají své receptory uvnitř buňky mezi hormony s intracelulárními receptory patří hydrofobní steroidy (kortisol, estradiol, testosteron) a thyroidní hormony (thyroxin) – např. když chybí specifický receptor pro testosteron při vývoji lidského zárodku, narodí se žena, která je ovšem geneticky mužem významným příkladem jiné molekuly s intracelulárním receptorem je oxid dusnatý (roztahuje cévy)

18 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání většina povrchových receptorů spadá do jedné ze tří hlavních skupin: receptory spojené s iontovými kanály (ty převádějí chemické signály na elektrické tím, že otvírají a zavírají iontové kanály, čímž mění mebránový potenciál) receptory spojené s G-proteiny (jde o proteiny, sedmkrát prostupující plasmatickou membránu tam a sem – patří sem receptory důležité pro čich a zrak) receptory spojené s enzymy (mají transmembránové podjednotky – patří sem např. receptorové tyrosinkinázy, které po přijetí signálu fosforylují molekulu tyrosinu v buňce) Tři hlavní třídy povrchových receptorů

19 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Molekulové přepínače většina proteinů ze signálních kaskád se chová jako molekulové přepínače: přijetí signálu (např. fosforylace) je zapne a přenos signálu dále (např. v důsledku toho, že molekula je fosforylována – přijala signál – fosforyluje jinou molekulu) je vypne vypnutí bývá stejně důležité jako zapnutí a nedojde-li k němu v pravý čas, důsledky mohou být pro buňku či organismus fatální velmi důležitou součástí signálních kaskád jsou tzv. fosforylační kaskády, v nichž se jednotlivé molekuly kaskády navzájem fosforylují (proto jde často o kinázy)

20 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání jako první posel se označuje látka (např. hormon), která přináší signál zvnějšku a váže se na receptor naopak druhý posel je látka, která v důsledku vazby prvního posla na receptor přenáší signál dále, a to tak, že allostericky aktivuje nebo inhibuje proteiny uvnitř buňky – příkladem druhého posla je např. vápenatý ion nebo cyklický adenosin monofosfát (cAMP) příkladem signální kaskády může být: hormon se naváže na G-proteinový receptor – uvolní se G-protein – ten aktivuje adenylátcyklázu – ta produkuje cAMP – aktivuje A-kinázu – ta aktivuje v jádře daný transkripční faktor – a ten spouští expresi konkrétních genů První a druhý posel

21 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání první posel druhý posel receptor spojený s G proteinem adenylátcykláza aktivovaná kináza

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

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

24 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Tkáně většina buněk mnohobuněčných organismů je uspořádána do spolupracujících uskupení, nazývajících se tkáně nebo pletiva tkáně ovšem nejsou tvořeny jenom buňkami, nýbrž i extracelulární matrix, kterou buňky tvoří vylučováním a jež je zodpovědná za pevnost podpůrných tkání tkáně obsahují nervová zakončení, cévy atd., čili vytvářejí komplexní struktury, které se neustále mění, odumírají a obnovují se pevnost rostlinných pletiv je dána buněčnými stěnami a vnitřní komplexnost pletiv je menší ve srovnání s tkáněmi – my naši pozornost upřeme ke tkáním

25 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Typy tkání rozlišujeme čtyři hlavní typy živočišných tkání: pojivovou tkáň, epitely, nervovou a svalovou tkáň pro pojivové tkáně (šlachy, škára kůže, rosol uvnitř oka, kosti, chrupavky) je typické, že obsahují velké množství extracelulární matrix, v níž jsou buňky jako rozinky v pudinku - pevnost je přitom zajištěna nikoli celulózou jako u rostlin, ale fibrilárním proteinem kolagenem (naopak „řídkou“ složkou pojivových tkání jsou tzv. glukosaminoglykany) nervovou a svalovou tkání se blíže zabývat nebudeme, zmíníme se blíže jen o epitelech

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

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

28 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Epitely a mezibuněčné spoje v epitelech jsou spolu buňky spojeny buněčnou membránou tak, že vytvářejí mnohobuněčné vrstvy (někdy se epitel skládá z více vrstev, např. kůže, jindy z jedné, např. výstelka střeva) epitel má dvě strany: apikální (povrch je volný a je vystavený vnějšímu okolí tkáně) a bazální (přiléhá k povrchu jiné tkáně, obvykle pojivové) – pod bazálním povrchem epitelu leží tuhá vrstva extracelulární matrix, nazývaná bazální membrána, která dává epitelu oporu základní funkcí epitelu je oddělovat bazální a apikální stranu a umožňovat mezi nimi kontrolovanou výměnu různých látek (např. vstřebávání složek potravy ve střevě přes střevní epitel)

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

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 Obnova tkání buňky většiny tkání průběžně umírají a jsou zase nahrazovány jinými – organizace tkáně zůstává ovšem zachována díky buněčné komunikaci, selektivní mezibuněčné adhezi a „buněčné paměti“ (o buněčné paměti více vzápětí) některé buňky (např. červené krvinky) jsou tzv. terminálně diferencované (nemohou se dělit), a proto vznikají z tzv. kmenových buněk, které nejsou plně diferencovány a mohou se neomezeně dělit z jedné kmenové buňky může vzniknout více buněčných typů (např. lymfocyt, červená krvinka, neutrofil, buňky tvořící krevní destičky atd.)

34 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Vývoj organismu při vývoji dospělého organismu z vajíčka hraje klíčovou roli právě buněčná signalizace a vytváření tkání buňky v procesu formování tělního plánu zapínají odlišné sady genů podle své polohy a historie (buňky si „pamatují“, že byly vystaveny daným signálům, protože jejich geny zůstávají zapnuty i po odeznění signálu – a to tak, aby daná buňka byla celou dobu buňkou té či oné tkáně) díky „buněčné paměti“ stačí k vývoji od oplodněného vajíčka k dospělému jedinci jen několik základních signálních mechanismů

35 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Rakovina když dojde k určité souhře mutací (vznikají a zapínají se tzv. onkogeny) v dělící se buňce mnohobuněčného organismu, buňka se zvrhne a získá schopnost donekonečna se dělit a okupovat místa v těle, určená pro jiné buňky – jestliže organismus nezvládne toto množení zastavit (třeba imunitním systémem), vzniká onkologické onemocnění (rakovina) nádor, vytvořený nekontrolovatelně se množícími buňkami, se stává maligním (opak je benigní) právě svou schopností metastázovat do jiných částí těla a tam úspěšně růst obvykle je zapotřebí 5 až 6 nezávislých mutací, aby mohlo začít nadměrné bujení – a mnoho dalších mutací a okolností je potřeba k tomu, aby se vzniklý nádor stal maligním

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 Protilátky a imunita jednou ze základních funkcí organismu je imunita, která brání organismus proti onemocněním (infekcím, ale např. i proti rakovině – imunita se ovšem může vymknout kontrole: autoimunitní onemocnění jako diabetes 1. typu) zde se z celé složité imunitní odpovědi organismu budeme zabývat pouze protilátkami, jež se vysoce specificky vážou, a tak rozpoznávají, určité molekuly, zvané antigeny. Touto vaznou protilátky buď antigen přímo zneškodní nebo jej určí k likvidaci jinými buňkami. protilátky jsou v těle vyráběny B-lymfocyty: tyto buňky mají protilátky na svém povrchu a jakmile se na ně naváže daný antigen, začínají vyrábět a vypouštět příslušnou protilátku.

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

42 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání Využití protilátek mimo organismus jestliže máme látku, kterou potřebujeme specificky vázat (aby se vázala jenom ona a nic jiného), můžeme tuto látku vpíchnout do zvířete, které si na ni vytvoří své protilátky tyto protilátky lze potom izolovat a purifikovat a využívat je v experimentech, tyto metody jsou široce používané např. imunofluorescence, wester blotting atd. protilátky proti různým proteinům lze dnes běžně koupit komerčně (Millipore, Santa Cruz, Sigma…).

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