Panorama biologie 2/12 DNA: funkce - deoxyribonukleová kyselina (DeoxyriboNucleic Acid) - nositelka dědičné informace buňky u všech buněčných organismů (u některých virů může být nositelkou dědičné informace RNA) - v její struktuře je zakódována genetická výbava celého organismu - u eukaryotických organismů (rostliny, živočichové) je uložena ve formě chromozomů v buněčném jádře, u prokaryotických organismů (bakterie) je volně v cytoplazmě Major Groove Minor Groove One Turn = 10 Base Pairs - 3.4 nanometers Zdroj: Wikipedia Commons http://commons.wi kimedia.org/wiki/File:3DScience_DNA_st ructure_labeled_a.jpg DNA: struktura - záporně nabitá dvousroubovicova molekula - kostru vlákna tvoří molekuly cukru (2-deoxyribóza) a fosfátu spojené esterickými vazbami - na nejsou navázány 4 nukleotidy: adenin, thymin, cytosin a guanin O" Ň CH,-0-P = 0 NH, H-bond Tí . N Guanine Cytosine DNA: struktura - adenin se specificky páruje s thyminem a cytosin s guaninem (pomocí vazeb vodíkovými můstky, což jsou relativně slabé vazby) Zdroj: Pearson Education http://www.bio.miami.edu/~cmallery/150/gene/c16x6base-pairs.jpg H \ N —H CH, H —N N Adenine (A) / \ O Sugar Thymine (T) H / H —N N —H N ' \ Sugar N = / N — H.........O Sugar H Guanine (G) Cytokine (C) Cuijyrijjlil -Ö Pearson Education. Inc., publishing asEönJam In Cumrnings. DNA: struktura - v každé lidské buňce se nachází asi 1,8m dlouhá molekula DNA - u eukaryot se DNA sbaluje za pomoci molekul histonu - 8 histonu společně s DNA tvoří klubko zvané nukleozom DNA, the double helix Histories Nucleosomes, or "beads on a string" (10-nm fiber) Copyrighl © 2008 Pearson Education. Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings. Zdroj: Pearson Education https://eapbiofield.wikispaces.com/file/view/16_21aChromatinPacking-L.jpg/45979667 DNA: struktura Chromatid (700 nm) - pomocí devátého histonu se klubka sbalují dohromady a tvoří 30nm tlusté vlákno (tzv. solenoid, kde je 6 klubek na otáčku vlákna) - 30nm vlákno se upíná k tzv. buněčnému lešení a tvoří smyčky, čímž vzniká vlákno tlusté 300nm, které se pak tvoří strukturu chromozomu - somatické lidské buňky obsahují 46 chromozomů (2x 22 autozomů + 2 gonozomy (X, Y) Replicated chromosome {1,400 nm) Zdroj: Pearson Education https://eapbiofield.wikispaces.com/file/view/ 16_21bChromatinPacking-L.jpg/45935365 30-nm fiber Looped domains (300-nm fiber) Metaphase chromosome Copyiignl E 2MB Pearson Education. Inc.. pu bustling as Pearsoi Eg r :■.:■ : i; ■_.-. ľ i:;;'_ DNA: struktura - buňky jednotlivých eukaryotických organismů se liší v celkovém počtu i tvaru chromozomů uložených ve svých jádrech - eukaryotické chromozomy jsou lineární molekuly - buňky prokaryot mají zpravidla jen jeden cirkulární chromozom (bakteriální chromozom neboli nukleoid) uložený volně v cytoplazmě Zdroj: Sichuan University Zdroj: TurboSquid http://219.221.200.61/ywwy/zbsw%28E%29/pic/ech9-30.jpg http://www.turbosquid.com/FullPreview/lndex.cfm/ID/279897 DNA: struktura - eukaryota obsahují také mimojadernou DNA (pak hovoříme o mimojaderné dědičnosti): - živočichové v mitochondriích - rostliny v mitochondriích a chloroplastech - mitochondriální i chloroplastová DNA se při pohlavním rozmnožování dědí výhradně po samicí linii - endosymbiotická teorie říká, že mitochondrie a chloroplasty vznikly pohlcením prokaryotických buněk buňkou eukaryotickou - mitochondriální Eva: - nejbližší společný předek všech současných lidí co se mitochondriální dědičnosti týče - tato hypotetická osoba žila v Africe před 150 až 250 tisíci lety - v žádném případě se nejednalo o jedinou tehdy žijící ženu DNA: gen - gen = krátký úsek DNA nesoucí konkrétní informace pro strukturu konkrétního proteinu - sekvence genu u eukaryot se zpravidla skládá z kódujících (exony) a nekódujících (introny) sekvencí. - soubor všech genů je označován jako genom Gene Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wi kimedia.org/wi kipedia/commons/O/07/Gene.png Centrální dogma mol. biologie Laboratory Only General Special Viruses Only In all Living Cells Lower Life Forms Biological Information Flow Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wikimedia.org/wiki pedia/commons/4/46/CDMB2.png Základní pojmy - replikace: přepis DNA do DNA pomocí enzymu DNA polymerazy (A-T, C-G); u eukaryot probíhá v jádře* DNA ^^ DNA - transkripce: přepis DNA do RNA pomocí enzymu RNA polymerazy (A-U, C-G); u eukaryot probíhá v jádře* DNA ^^ RNA - translace: překlad RNA do primární sekvence proteinu; probíhá v cytoplazmě RNA i -----^> protein *prokaryota jádro nemají RNA - ribonukleová kyselina - podobná struktura jako DNA, jen místo 2-deoxyribózy je ribóza a místo thyminu uracil Párování bází: DNA RNA A-T A-U C-G C-G Zdroj: GeneticSolutions.com http://images1.clinicaltools.com/images/gene/dna_versus_rna_reversed_large.jpg Cytoslfie | C | Jt. i/v^o Guanine f^^^-N'" Adenine | A | -< I Thymine [_TJ O í l i H Nilrogenous Bases Base pair ' Sugar■ phosphate backbone DNA Deoxyribonucleic acid RNA Ribonucleic acid |~Č1 Cytoi tť^iŕ^o Guanine \T "N- | A | AtSernr 0 replaces Thymrrw in RNA Nitrogenous Bases Různé druhy RNA - mRNA (mediátorová RNA): - vzniká přepisem genu z DNA po vystřihnutí nepotřebných intronů - slouží jako vzor pro syntézu proteinů tRNA (transferová RNA): - nese antikodón a příslušnou aminokyselinu - pomocí molekul tRNA je v ribozomu podle sekvence mRNA syntetizován primární řetězec proteinu (viz dále) rRNA (ribozomální RNA): -je součástí molekuly ribozomu, která pomáhá při syntéze proteinů Ester bond I ^HO — C-j-CHR-------Amino acid tRNA molecule Intramolecular base-pairing Zdroj: Structure Tutorials mRNA &- http://www3.interscience.wiley.com:8100/legacy/college/boyer/0471661791/structure/tRNA/trna_diagram.gif -G-C-Č Codon Transkripce DNA - přepis DNA do RNA (hovoříme o tzv. mediátorové RNA: mRNA) - enzym RNA polymeráza se naváže na začátek genu a přepíše část molekuly DNA do mRNA - rychlost je 20-30 nukleotidů za sekundu, chybovost 10~4 -transkripce má tři fáze: - iniciace (navázání RNA polymerázy na DNA) - elongace (prodlužovací fáze) - terminace (uvolnění hotové molekuly mRNA i RNA polymerázy) Transkripce DNA Iniciace C oclhiť i Strand ...................................TTT^ Tem plate Strand Gene c oclh i( | Strand Elongace nnnnmnm Tern plate Strand 3' 5' RNAP ^1 * Terminace Coding Strand ...............................TTTTTTTf Template Strand Zdroj: Wikipedia Commons http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Simple_transcription_initiation1.svg, http://cs.wikipedia.Org/wiki/Soubor:Simple_transcription_elongation1.svg, http://cs.wikipedia.Org/wiki/Soubor:Simple_transcription_termination1.svg Replikace DNA - přepis DNA do DNA - proces běží obdobně pomocí enzymu DNA polymerázy - chybovost je nižší a to 10~9 - k replikaci DNA v buňce dochází při buněčném dělení DNA: genetický kód - genetický kód je univerzální (stejný u většiny organismů) - genetická informace se z DNA prostřednictvím RNA převádí na primární strukturu proteinů (bílkovin) - primární struktura proteinů je dána pořadím aminokyselin - genetická informace je kódována pomocí kodónů neboli tripletů (= trojice baží) - máme 4 báze, tedy 64 (43) možných kombinací, ale jen 21 aminokyselin => genetický kód je degenerovaný (jedna aminokyselina je kódována více kodóny) DNA: genetický kód 1 SECOND BASE U C A G UUU-i ^Phe uuc-1 UCU^ UAU^ UGU^ U —Tyr -Cys ucc UAC- UGC- C u UUA-i \- Leu UUG-1 UCA -Ser A UAA Stop UGA Stop UCG- UAG Stop UGG Trp G U cuu- ccu- CAU- CGU- -His CUC CCC CAC- CGC C c — Leu — Pro -Arg 111 CUA CCA CAA^ CGA A tu tfí Gin < m CUG- CCG- CAG- CGG- G < H Q « AUU^ ACU^ AAU^ AGUn \- Ser AGC-1 U OE E AUC -lie ACC AAC- — Asn C X H A -Thr AUA- ACA AAA- AGA^ U Arg AGGJ A -Lys Met or AUG start ACG- AAG- G GUU- GCU- GAU- GGU- U -Asp GUC GCC GAC- GGC C G -Val -Ala -Gly GUA GCA GAA-i -Glu GGA A GUG- GCG- GAG- GGG- G Zdroj: Pearson Education Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. http://stevebambas.com/imaqes/03 35GeneticCode-L.jpq Translace - překlad mRNA do primární struktury proteinu - probíhá v cytoplazme - 21 aminokyselin, které se liší díky vlastnostem svého vedlejšího řetězce (označen R) Zdroj: Původ života http://nd.bloa.ez/s/saaan.bloa.cz/obrazkv/31960243.ipg Aminokyseliny -Aminokyseliny můžeme rozdělit podle jejich fyzikálně-chemických vlastností do několika skupin: -Alifatické: alanin (Ala, A), glycin (Gly, G), isoleucin (Ne, I), leucin (Leu, L), prolin (Pro, P), valin (Val, V) -Aromatické: fenylalanin (Phe, F), tryptofan (Trp, W), tyrosin (Tyr, Y) - Kyselé: kyselina asparágová (Asp, D), kyselina glutamova (Glu, E) - Zásadité: arginin (Arg, R), histidin (His, H), lysin (Lys, K) - Obsahující hydroxylovou skupinu: serin (Ser, S), threonin (Thr, T) - Obsahující síru: cystein (Cys, C), methionin (Met, M) - Amidické: asparagin (Asn, N), glutamin (Gin, Q) Peptidická vazb; - kovalentní vazba mezi uhlíkem jedné aminokyseliny a dusíkem druhé aminokyseliny - aminokyseliny se pomocí peptidických vazeb spojují do tzv. polypeptidického řetězce Zdroj: Sinauer Associates http://bill.srnr.arizona.edu/classes/182/peptidebond.htm H H O + H------N—®—C H — O H — D Amino group H70 Carboxyl group Peptide linkage H o\ H H^,+ I II I /> H------N—@ —C —N —@—C S 1 t I \ H I "I _L O" D D N terminus C terminus e 2001 Sinauer Associates, Inc. Iniciace translace - ribozom nasedne na mRNA a připojí místě start kodónu příslušnou molekulu tRNA nesoucí aminokyselinu methionin Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation initiation.jpg Elongace - dochází k posunu ribozomu po mRNA a dochází k prodlužování primárního řetězce proteinu (Polypeptid) o další aminokyseliny Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation elongation.jpg Terminace translace - po dosažení stop kodónu dojde k rozpadu ribozomu na velkou a malou podjednoku a k uvolnění mRNA i polypeptidu (= řetězce aminokyselin pospojovaného peptidickými vazbami) - uvolněný Polypeptid se v závislosti na své sekvenci strukturně formuje f UAG, UAA. or UGA) o e e Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation termination.jpg Formování struktury proteinu - primární struktura proteinu: řetězec aminokyselin - vlivem fyzikálně-chemických vlastností aminokyselin v řetězci dochází samovolně k formování 3D struktury proteinu a primární struktura proteinu přechází do vyšších struktur - sekundární struktura proteinu: a-šroubovice a ß-skladany list - terciární struktura proteinu: vytvoření vyšší struktury ze sekundárních struktur - kvartérní struktura proteinu: protein složený z více podjednotek, přičemž každá podjednotka je tvořena samostatným řetězcem aminokyselin Formování struktury proteinu Primary pralein si rud u re is sequence of s chsin of amino adds Amino Acids Alpha helix Steondary protein alnjclur* occurs whan 1ha saquancs of amino acute are linked by hydrogen bends Pla-ated sheel "tertiary protein structure occurs whan carlain aflracöcfis are- praaanl between alctia helicaa and plesrtad snaate. Alpiia Mix Quaternary protein struktur* i& a protein conEiaflng of mere man una amino and chain Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wi kimedia.org/wi kipedia/commons/a/a6/Protein-structure.png Příklad proteinu - hemoglobin - metaloprotein červených krvinek obratlovců - transportuje kyslík z plic do tkání a opačným směrem oxid uhličitý - hemoglobin je tetramer = skládá se ze 4 podjednotek (dvou a a dvou ß, přičemž každá podjednotka je tvořena bílkovinnou částí -globinem, a nebílkovinnou částí - hemem) Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wikimedia.ora/wikipedia/commons/3/3d/1GZX Haemoglobin.pna Příklad proteinu - hemoglobin - podle polarity aminokyselin v globinu se molekula ve vodě uspořádá do terciární struktury (hydrofobní aminokyseliny se stáhnou dovnitř molekuly a vytvoří tzv. hydrofobní kapsu, do které se zasune molekula hemu - molekula hemu je tvořena tetrapyrrolovým jádrem, ve kterém je vázáno dvojmocné železo (Fe2+) - zde se váže kyslík - kvartérní struktura hemoglobinu určuje prostorové uspořádání jeho podjednotek - globin vzniká na ribozomech jako jiné proteiny, zatímco hem je vytvářen v mitochondriích a cytoplazmě Oxidace hemoglobinu: Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wi kimedia.org/wi kipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif Srpkovitá anémie -jedná se o dědičnou chorobu způsobenou mutací v genu pro hemoglobin - a podjednotky jsou stejné, - ß podjednotky se liší v jednom tryptickem peptidu Glu- ß6 nahrazen za valin Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wikimedia.ora/wikipedia/commons/7/74/Sickle cell hemoglobin.pna Zdroj: MediniceNet.com http://images.medicinenet.com/images/illustrations/sickl cell.jpg Normal red blood cell Srpkovitá anémie -jedná se o dědičnou chorobu způsobenou mutací v genu pro hemoglobin - a podjednotky jsou stejné, ß podjednotky se liší v jedné aminokyselině: kys. glutamová je nahrazena valinem, což vede ke změně struktury proteinu (hemoglobin začne tvořit vlákna) Zdroj: MediniceNet.com Zdroj: Wikipedia Commons http://images.medicinenet.com/images/illustrations/sickl cell.jpg http://upload.wikimedia.Org/wikipedia/commons/7/74/Sickle cell hemoglobin.png Srpkovitá anémie - mutace je recesivní, proto postižení jsou pouze homozygoti (rr) - vysvětlení: - každý gen je v buňce přítomen 2x (jednou na chromozomu od otce, jednou na chromozomu od matky) - hovoříme o dvou alelách genu - každá alela se může chovat buď dominantně (R) nebo recesi vně (r), tedy skrytě - je-li přítomna dominantní alela, projeví se vždy, recesivní alela se projeví pouze v nepřítomnosti alely dominantní, tedy RR i Rr vypadají navenek zcela stejně, liší se pouze rr - v případě srpkovité anémie tedy platí: - RR = zdravý homozygot (má obě alely (kopie) genu stejné) - Rr = zdravý heterozygot (má každou alelu jinou) = přenašeč - rr = homozygot postižený srpkovitou anémií Srpkovitá anémie - každý z rodičů vždy předává jen jednu alelu (kopii) daného genu, výběr je náhodný Unaffected "Carrier" Father Unaffected 1 in 4 chance ®0 (H) uu Unaffected "Carrier" Mother flJlrL JflJtr ®0 Unaffected "Carrier" 2 in 4 chance '00 effected 1 in 4 chance Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wi kimedia.org/wi kipedia/commons/3/3e/Autorecessive.svg Srpkovitá anémie - zajímavost - alela pro srpkovitou anémii (r) není plně recesivní, tedy k jejímu částečnému projevu dochází i u heterozygotů (Rr) - heterozygotní zdravý přenašeč proto produkuje malé množství defektních krvinek, což nevyvolává symptomy nemoci, ale zvyšuje to jeho odolnost k malárii - díky tomu je nemoc stále rozšířena v oblastech s výskytem malárie - důvod: - parazit (prvok rodu Plasmodium) vyvolávající malárii tráví část svého životního cyklu v červených krvinkách (erytrocytech) - napadené krvinky s defektním hemoglobinem praskají rychleji, než se v nich parazit stihne namnožit - parazit má také potíže s trávením defektních molekul hemoglobinu Tot i pote nee - každá buňka obsahuje kompletní genetickou informaci daného jedince, ale ne každá je schopna jedince vytvořit totipotence = schopnost buňky vytvořit jakýkoli typ buňky daného organismu (včetně extraembryonálních tkání) - totipotentní potenciál je častý u rostlinných buněk (umožňuje vegetativní rozmnožování, jedná se např. o buňky vrcholového meristému) Tot i potence - omezení totipotence: - čím více je buňka specializovaná (diferenciovaná), tím nižší je její totipotentní potenciál - nejvyšší totipotentní potenciál u živočichů má zygota (buňka vzniklá splynutím vajíčka a spermie) a z ní odvozené embryonální kmenové buňky - pluripotence = schopnost buňky vytvořit jakýkoli typ buňky daného organismu, kromě extraembryonálních tkání (hovoříme o tzv. pluripotentních kmenových buňkách) - multipotence = schopnost buňky vytvořit mnoho typů buněk, ale pouze v rámci dané tkáně/orgánu (např. hematopoetická kmenová buňka) Panorama biologie 4/12 Buňky rostlin Pla&modesmata Plazmatická membrána Buněčná stěna CMoropfait ThylakoJrJy Grana VííqUgife Vacuole Tonoplast Mitochondrion (mitochondria) PeroxlSom Cytopäasnia Vezlkuly Gofcjiho aparát Drsne endopteimattcké rebkulum Cytoskelet Veslkuly Hladká endoplasrííafcické' retikuluíin Ribosorny Jaderne pory demá níennbrána Jadérkfl Vyskytuje se na povrchu buněk rostlin, hub a bakterií. Dodává buňce potřebnou pevnost, do značné míry podmiňuje její tvar a chrání živý obsah buňky -protoplast. Je spojena s membránovým skeletem, cytoskeletem a cytoplazmatickou membránou a je plně propustná pro vodné roztoky. Základ stěny tvoří polysacharidová vlákna (celulóza, hemiceluloza, pektín u rostlin, chitin u hub...), doplněná molekulami bílkovin. Buňky dřeva a kůry obsahují navíc lignin, který podmiňuje dřevnatění (lignifikaci) buněčné stěny. Zvyšuje její pevnost a je hojně zastoupen ve stěnách rostlinných buněk s mechanickými funkcemi. Kutin, suberin a vosky jsou lipidy, obsažené v buněčných stěnách vnějších ochranných pletiv. Jsou hydrofobní a zamezují ztrátám vody. Buněčné stěny mohou být ikrustovány anorganickými látkami (Si02, CaC03). Stěna rostlinných buněk může mít až tři vrstvy Střední lamela spojuje stěny dvou sousedních buněk. Bohatá na pektin. Primární stěna je tvořená hlavně celulózou, hemicelulózou a pektinem. Primární stěna je pružná, snadno roste do plochy vkládáním nových celulózových mikrofibril do již existující sítě. To umožňuje prodlužování buněk při růstu kořene, stonku nebo listů. Po ukončení růstu mohou některé buňky (hlavně mechanických a vodivých pletiv) uvnitř primární stěny vytvářet silnou Sekundární stěnu. Ta vzniká postupným přikládáním vrstev tvořených rovnoběžně uspořádanými celulózovými vlákny. Tloustnutí buněčné stěny se často omezuje jen na určitá místa, např. pro cévy. Viicitjli; Apo p last Middle lamella Air tpace PI asm ode? mata Symplast (contiguous Plastidy Organely oválného tvaru se dvěma membránami, obsahující vlastní DNA a ribosomy. Uvnitř je plastid rozdělen na systém membrán, tzv. stroma. Stroma je protkáno systémem membrán vytvářející plošné dvojmembránové měchýřky označované jako tylakoidy. Plastidy jsou rozlišeny na základě barviv, které obsahují (příp. neobsahují), na chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty. Chloroplasty tvoří centra fotosyntézy, obsahují chlorofyly a karotenoidy. Chloroplasty jsou charakteristické tím, že obsahují grana -tylakoidy poskládané na sebe, vzájemně propojeny mezi sebou stromálními lamelami. Chloroplasty často obsahují zrníčka škrobu a kapénky lipidů. Zrníčka škrobu jsou zásobními produkty, které se akumulují v buňkách intenzivně fotosyntetizujících rostlin. Thylakoid membrane Granum Lamella Outer Membráně Inner — Membrane Stroma Lamellae Stroma Thylakoid Intermembrane Space G ran urn (Stack of Thylakoid s) Fotosyntéza Fotosyntéza (z řeckého fótos - „světlo" a synthesis - „shrnutí") je biochemický proces, při kterém se mění přijatá energie světelného záření na energii chemických vazeb. Fotosyntéza je velmi složitý, několikastupňový proces. Využívá energii slunečního záření k syntéze energeticky bohatých organických sloučenin - cukrů z jednoduchých anorganických látek - oxidu uhličitého (C02) a vody. Organismy, které zajišťují svoji potřebu energie pomocí fotosyntézy se nazývají autofototrofní. Energie fotonů je vychytávána v chloroplastech díky fotosyntetickým barvivům, zejména chlorofylu. Chlorofyl CH3 CH3 Fotosyntetizující organismy za rok fixují (navážou) cca 17,4.1010 tun uhlíku. Souběžně s procesem vazby oxidu uhličitého (C02) se do atmosféry uvolňuje kyslík - v množství až 5.1010 tun. Fotosyntetický proces je nejvýznamnějším zdrojem energie na Zemi. Ze všech zdrojů energie, které člověk využívá, je až 95 % spojeno s procesem fotosyntézy, pouze 5 % připadá na energii vodních toků, větru, atomovou energii a jiné zdroje. Mezi fotosyntetizující organizmy patří mimo rostlin také některé typy baktérií, sinice, ruduchy, obrněnky, skrytěnky, hnědé řasy, krásnoočka a zelené řasy. ****«>„*»*. .T50í)k""í\ J :X* i■■ ľ -i ■ .: CUb Ríhí Htfxíl fwm Mil T1:ľlO:i-i 5pinx4l£lC pH - alkalofilní, neutrofilní, Acidofilní - vztah k 02 (aerobní, anaerobní) - tolerance k chemikáliím Biochemickým (metabolických) znaků - typ přijímaných látek, enzymová výbava,primární a sekundární metabolity, energetický metabolismus Kultivačních znaku Teplota (rozeznáváme minimum, optimum a maximum) - podle optima dělíme na: psychrofiloní (15*0) Mezofilní (20-45*0) termofilní (45-70*0) hypertermofilní (70-90*0) 2923 Nepohlavní rozmnožování Bakterie se rozmnožují nejčastěji příčným dělení, případně pučením. Při příčném dělení se buňka prodlouží na dvojnásobnou délku, načež se uprostřed vytvoří septum (přehrádka složená z membrány a základu buněčné stěny), které buňku rozdělí na dvě stejné části. Z každé pak vznikne jedna sesterská buňka. Příčnému dělení předchází replikace bakteriální DNA. Pučení probíhá tak, že zralá buňka začne na svém povrchu vytvářet „de novo" novou buňku. Pokud dceřiná buňka doroste do dostatečné velikosti, je do ní vpuštěna DNA a buňka (obvykle podstatně menší než mateřská) je odpojena. Postupem času doroste a může se začít sama rozmnožovat. I zde samozřejmě předchází pučení replikace DNA Sexualita bakterií Bakterie nemají systém pohlaví podobný eukaryotám, nicméně mohou si navzájem vyměňovat část svojí genetické informace pomocí plazmidu. Replikace bakteriální DNA Chromosom bakterií je tvořen jedinou, kruhovitě sevřenou dvouvláknovou šroubovicí deoxyribonukleove kyseliny (DNA). Tato struktura je označována jako nukleoid (neplést s jádrem - eukaryota) 3 funkcí tak odpovídá buněčnému jádru. Chromosom bakterií neobsahuje introny a z funkčního hlediska jej tedy můžeme považovat za jediný exon. Bakteriální Chromosom obsahuje nepostradatelnou genetickou informaci. Jeho replikace probíhá souměrně, symetricky a z jednoho místa (narozdíl od eukaryot, kde se při replikaci tvoří replikačních počátků více). Hlavním enzymem replikace je DNA polymerasa. Význam bakterií Bakterie patří k nejstarším organismům nalézaných ve formě fosílií. Nacházíme je již ve starším proterozoiku. Skupina bakterií se považuje za nejrozšířenější skupinu živých organismů (konkurovat jim mohou maximálně organismy skupiny Archea) . Dokáží přežít ve vesmíru, ve 100 stupňů Celsia horkých pramenech i v činných kráterech na dně Mariánského příkopu. Jsou nezastupitelné ve svém významu pro koloběh látek, jako symbiotické organismy či jako výrobní prostředek v biotechnologiích. Dále jsou tu také bakterie způsobující choroby a bakterie podílející se na rozkladu mrtvé organické hmoty. BACTtKlA ARCjHAEA fcUCARYA I r. flJiiiiltUi ' i,""* r-* n+tmivft___~*Y "^-- ,-■.-■■■ \ ^ L"l ť Bakterie významné pro potravinářský průmysl Streptococcus cremoris - výroba šlehaček Lactobacillus bulgaricus - výroba jogurtů, sýrů Lactobacillus acidophilus - výroba acidofilního mléka Streptococcus thermophillus - výroba jogurtů Bakterie významné v chemickém průmyslu Clostridium acetobutylicum (výroba acetonu a butanolu) Bakterie významné v lékařství Escherichia coli, geneticky upravené formy produkují lidskou formu inzulínu Seznam významných bakteriálních nemocí člověka anthrax bakteriální úplavice záškrt tetanus zápal plic tyfus paratyfus mor cholera tuberkulóza angína dávivý kašel salmonelóza borrelióza lepra Anthrax Borelia Antrax je infekční onemocnění, vyvolávané bakterií Bacillus anthracis, které se vyskytuje na celém světě. Infekce vykazuje bez léčby velmi yvsokou úmrtnost. Nemocné zvíře vylučuje bakterie svými výkaly. Další zvířata se pak nakazí, když se pasou na kontaminované pastvině. Protože B. anthracis dovede tvořit spóry, které vydrží v půdě i desítky let, k nákaze může dojít i s velkým časovým odstupem od kontaminace pastviny. Lymeská borelióza Lymeská borelióza je infekční onemocnění poprvé popsané z městečka Old Lyme ve státě Connecticut v USA. Zde je jejím původcem spirocheta Borrelia burgdorferi. V Evropě k tomuto druhu přistupují další dva - Borrelia afzelii a Borrelia garini. Borelióza je typické onemocnění přenosné ze zvířete na člověka, tzv. zoonóza. V přírodě napadá hlavně hlodavce, ale i vysokou zvěř a některé ptáky. V přenosu se uplatňují především klíšťata, vzácně možná i jiný krev sající hmyz. Prvním příznakem onemocnění je šířící se červená skvrna s blednoucím středem. Objevují se nepříliš specifické příznaky jako je horečka, bolesti svalů, únava. Pokud onemocnění zůstává neléčeno, tak postihuje nervovou soustavu, srdce či klouby. V počátečních stádiích bývá účinná léčba antibiotiky. V USA byla vytvořena vakcína pro B. burgdorferi. V Evropě je tato vakcína však nepoužitelná. Antibiotika Antibiotika jsou léky ničící nebo zpomalující růst baktérií. Jsou relativně neškodné pro hostitele a proto mohou být použity na léčbu infekcí. Termín „antibiotika" původně označoval jen formy antibiotik odvozených ze živých organismů, ale teď je aplikován i na syntetické antimikrobiotika, např. sulfonamidy. První účinné objevené antibiotikum byl penicilín. Francouzský doktor Ernest Duchesne zaznamenal v roce 1896 tezi, že určité plísně druhu Penicilium ničí baktérie. Duchesne skonal během několika let a jeho výzkum byl zapomenut po celou generaci, až do přispění náhody. Alexander Fleming pěstoval baktérie na agarových plotnách a 1 z nich byla napadena náhodnou plísňovou kontaminací. Fleming zaznamenal čistou zónu kolem kolonie plísně. Protože Fleming předtím studoval schopnost enzymu lysozym ničit baktérie, teď pochopil, že plíseň vylučovala něco, co růst bakterií zastavilo. Věděl, že tato látka může mít obrovský užitek pro medicínu. I když nebyl schopen rafinovat (očistit) sloučeninu, popsal objev ve vědecké literatuře v roce 1929. Protože plíseň byla druhu Penicilium, nazval tuto sloučeninu penicilín. Archea 'Stejné s bakteriemi: •Buněčná struktura a metabolismus 'Stejné s eukarvoty: •Některé proteinové faktory v transkripci a translaci Jedinečnost archeí: •Buněčná stěna obsahuje pseudopeptidoglykan (bakterie peptidoglykan) •Přežití v extrémních podmínkách (halofilní, termofilní a acidofilní) •Specifické introny př Methanopyrus produkuje methan. Optimální teplota je okolo 10(ľC. Viry Pavel Šimara (e-mail: p.simara@seznam.cz) Vlastnosti Viry jsou nebuněčné organismy. Jejich genom sestává z nukleové kyseliny a vždy se replikuje uvnitř hostitelské buňky, kde využívá její enzymatický aparát a ribozomy k výrobě vlastních komponent. Ty se sestavují v částice zvané viriony a slouží k ochraně virového genomu a jeho přenosu do dalších buněk. Řadíme viry mezi živé organismy? Ne * viry nedýchají * nevykazují dráždivost * nepohybují se * nerostou Ano * rozmnožují se * jejich evoluce může být (v rámci omezení) dobře vystopována * jsou nezávislé ve smyslu že nejsou limitovány jediným hostitelským organismem Historie 1892 Dimitrij Ivanovský Filtrace šťávy z listů tabáku napadených virem tabákové mozaiky (TMV). Filtrát nadále obsahoval nějakou substanci způsobující infekci na pokusných tabácích 1898 Martinus Beijerinck Termín "virus" Viry se nedokáží rozmnožovat na živných půdách používaných pro kultivaci bakterií a ke svému růstu potřebují buňky hostitelského organismu. Struktura viru Kompletní virová částice (virion) je tvořena nukleovou kyselinou obklopenou ochranným proteinovým obalem (kapsid). Kapsid se skládá z proteinů kódovaných virovým genomem a jeho tvar slouží jako základ pro morfologické rozlišení. Proteiny asociované s nukleovou kyselinou jsou známy pod názvem nukleoproteiny. Sdružení virových kapsidových proteinů s virovou nukleovou kyselinou se nazývá nucleocapsid. Nejprimitivnější viry obsahují pouze svoji genetickou informaci ve formě DNA nebo RNA a několik málo proteinů tvořících virový obal. Velikost viru: od 800 nm (mimiviry), lze spatřit i kvalitním světelným mikroskopem až po částice o průměru okolo 20 nm, tj. o velikosti ribozómu. Tvary a symetrie: dvacetistěnné (ikosahedrální), dvanáctistěnné (dodekahedrické), helikální, tyčinkovité, viry kombinující několik symetrií či zcela nepravidelné. Struktur Proteinové kapsidy mnoha virů umí obalit sami sebe do modifikované formy jedné z buněčných membrán - vnější membrány obklopující infikovanou hostitelskou buňku nebo vnitřních membrán jako jaderná membrána či membrána endoplazmatického retikula - získává tak vnější lipidickou dvojvrstvu (virový obal). Mohou též obsahovat enzymy usnadňující invazi do buňky či přepis DNA nebo RNA viru Viry využívají enzymatický aparát buňky pro svoje potřeby Klasifikace dle hostitelského organismu Prokaryotická buňka: Eukaryotická buňka: Virový génom Počet genů viru: 3 geny (virus tabákové mozaiky) až několik tisíc (mimiviry 1260 genů, tj. dvakrát více než nejjednodušší bakterie). Dělíme dle funkce genů: a) strukturální tvoří součást infekční virové částice (virionu) b) nestrukturální větš. enzymy pro replikaci viru a přeprogramování hostitelské buňky pro potřeby viru Nebo dle času mezi infekcí a virovou expresí: a) rané (early) b) pozdní (late) Klasifikace dle genomu •DNA viry (ds DNA: A phage, Human herpseviruses , Variola virus, ssDNA: Parvovirus B19) •RNA viry (dsRNA Rotavirus, +ssRNA: Rubella v., Hepatitis A v. , Yellow fever v., -ssRNA: Influenza v., Rabies virus, Measles virus) •Viry závislé na reverzní transkripci (RT) (-ssRNA-RT: HIV1, dsDNA-RT: Hepatitis B) Typy genomu double-stranded single-stranded RNA single-stranded DNA circular DNA double-stranded RNA single-stranded double-stranded DNA ^^^^^^^^— circular DNA ^^^^^^—^^^^^^— O double-stranded DNA double-stranded DNA with withl covolently linked each end covalently sealed term,nal prote,n Reverzní transkripce Centrální dogma: ■ ■ Replication UNA 1 Trail scripliuil l'rc iiiKNA |c h (K^ SM IIĽ mkNA I TrjnHlii|i[jil PtOtCLIT Qi|)pirt£ Splicing Polyadcnylalion Ediling Release trom gene locus Nuckur expon Localisation Degradation RNA»»»DNA Reverzní transkriptaza Viry a onemocnění ►Antibiotika neúčinkují Vakcinace 'Antivirotika (Virostatika) AľgcIoTir: O GmcTüloTir: O HO-^, HO-|.Q Herpes si • Genom: dsDNA • Přenos: přímým kontaktem s kůží či slinami • Onemocnění: opar (encephalitis) • Léčba: Acyclovir (analoga nukleosidu) Herpes Simplex Influenza virus (virus chřipky) • rodiny Orthomyxoviridae • Genom: ssRNA • Onemocnění: horečka, záněty dýchacích cest, svalová bolest, gastroenteritis (=krvavé průjmy), zápal plic (může končit až smrtí). • Léčba: vakcinace, inhibitory neuraminidázy (efektivní částečně). Sezónní epidemie - značné ekonomické náklady kvůli výdajům na zdravotní péči a ztrátě produktivity. Primární genetické změny ve viru způsobily ve 20. století 3 chřipkové epidemie, nebo dokonce pandemie, kterým podlehly milióny lidí. Anglický název chřipky - influenza (zkracováno na flu) pochází ze staré lékařské víry v nepříznivé astrologické vlivy - influences jako příčiny nemoci. Influenza virus (virus chřipky) Influenzavirus A (ptačí a savčí). Nejvirulentnější - pandemie. Označení dle „H" (hemagglutinin) a „N" (neuraminidase). Oba tyto velké glykoproteiny se nachází na vnější straně virové částice, (např. H1N1 -Španělská chřipka, prasečí chřipka, H5N1 - ptačí chřipka). 15 podtypů H 9 podtypů N Influenzavirus B (lidský), běžné epidemie. Jen 1 podtyp H a 1 podtyp N. Influenzavirus C (lidský), lokální epidemie (méně virulentní). Neuraminidase Hemagglutinin Glycan chain of host cell Membrane of host cell Protein Chřipkové viry A mohou podstoupit výraznou antigenovou změnu a najít nový imunitní cíl u citlivých lidí. Změny se týkají strukturálních bílkovin H a N a mohou být malé (antigenní posuny) nebo velké (antigenní skoky). Kvůli těmto změnám je každý rok potřeba nové vakcíny proti chřipce. Influenza virus (virus chřipky) Chřipkové viry A mohou podstoupit výraznou antigenovou změnu a najít nový imunitní cíl u citlivých lidí. Kvůli těmto změnám je každý rok potřeba nové vakcíny proti chřipce. Změny se týkají strukturálních bílkovin H a N: a) antigenní posuny malé změny; proto je potřeba každý rok nový vakcína proti chřipce b) antigenní skoky velké změny; vůbec se nepodobají předchozím virovým kmenům. Náš imunitní systém je považuje za úplně nové, nemáme vůči nim imunitu a nejsme se jim schopni bránit. hemaglutinin neuraminidáza Ptačí chřipka (kuřecí mor) A/H5N1 Propuknutí: 2003-2004 v asijských zemích Hlášeny i lidské případy. U ptactva: Výskyt ptačí chřipky byl potvrzen u drůbeže v Kambodži, Číně, Hong Kongu (ojediněle i sokolů), Indonésii, Japonsku, Laosu, Severní Koreji, Thajsku a Vietnamu. U člověka: Těžké onemocnění dýchacích cest u 18 osob, z nichž 6 zemřelo. Pravděpodobně kontaktem s infikovaným ptactvem nebo s povrchem kontaminovaným ptačím trusem. Zatím nebyl potvrzen přenos z člověka na člověka. Prasečí chřipka A/H1N1 Propuknutí: v Mexiku v březnu roku 2009. Původně prasečí chřipkové onemocnění je přenosné na člověka, dalších případech byl prokázán i přenos mezi lidmi. U člověka: teplota nad 39 stupňů, častý kašel, bolesti hlavy a svalů, rýma, zánět krku, slabost a únava. Přenos je kapénkový (z nosu a úst), ale i přímým dotykem. Inkubační doba onemocnění činí asi 1 až 8 dnů. HIV Human Imunodeficiency Virus skupina retrovirů - RNA viry se schopností vytvořit podle své RNA řetězec DNA a ten vložit do genomu buňky. Genom: dva řetězce ssRNA Přenos: pohlavním stykem nebo krví Onemocnění: AIDS (Acquired immune deficiency syndrome) Virus obsahuje: •RNA • reverzní transkriptázu - přepis RNA do DNA) • integrazu - začlenění nově vzniklé DNA do genomu (DNA) buňky • kapsidy a membrány z hostitelské buňky, obohacené o glykoproteiny gp120 a gp41, sloužící k identifikaci vhodné buňky a usnadnění průniku do ní. HIV HIV Virus napadá T-lymfocyty (CD4+) - buňky odpovídající za řízení imunitní odpovědi; nepříliš početný typ Inkorporuje se do jejich jádra a čas od času se namnoží (hl. při oslabení organismu) Imunitní systém napadeného zpočátku reaguje na každou větší produkci částic tvorbou velkého množství protilátek - zákopová válka - virus občas udělá krůček vpřed a zase se chvíli nic neděje. Postup je pomalý, ale nezadržitelný. Posléze dochází k tomu, že odpověď imunitního systému na podnět (infekci, zhoubné bujení) je vzhledem ke klesajícímu počtu CD4+ buněk stále váhavější - přichází opožděně (infekce má čas se pořádně rozvinout, rozrůst) a trvá zbytečně dlouho (je opožděně vypínána, což značně vyčerpává organismus). Posléze se potíže nakumulují, špatně fungující systém se nejdříve přetíží a nakonec zhroutí. V posledních fázích je tento proces podpořen extrémním vyčerpáním organismu, který musí vyvinout nezměrné úsilí na zvládnutí i té sebemenší infekce ► propuká AIDS !!! AIDS a virus se začíná masivně šířit organismem. Nyní již napadá i další buňky - makrofágy, nervové buňky a další. HIV INFEKCE V CESKE REPUBLICE PODLE KRAJE BYDLIŠTĚ V DOBĚ PRVNÍ DIAGNÓZY HIV (jefí občané ČR a cizinci s trvalým pobytem) Kumulativní údaje ke dni 30,4.2007 •S fS Umrtdf ( 27 £W*ť*)í 50 Kiá 16 Ktrimankf l Pnht « L St/tdečeskf 85 10 / MmHMÉHV Ptntekv <^_ Ctormucký \*^^ \ 31 Vysočina t u 7 30 J"^ "V/ S 19 / Jtvietkf j »onvr.vflrr £, J 27 72 HIV + CELKEM 968 AIDS V ČESKÉ REPUBLICE (jen občané ČR a cizina's avalym pobytem) Kumulativní údaje ke dni 30.4.2007 AIDS celkem AIDS zemřeli HIV / AIDS V CESKE REPUBLICE (jen občané ČR a cizinci s trvatým pobytem) Kumulativní údaje ke dni 30.4.2007 ----- SPIRÁLA - 28. května 2007, MŠMT 1000: Í9M&m0M9MMttM MV+ celkem z toho AIDS rok Bacteriofágy (fágy) Viry napadající bakterie Možnost terapie onemocnění působených kmeny bakterií rezistentních na antibiotika Lytický nebo lysogenní životní cyklus Head containing DNA Collar Sheath Base plate Tail fibres Lytický - lýza hostitelské buňky Lysogenní - integrace do buněčného genomu Bacteriophage DNA-^ŕ1 Bacterium Bacterial DNA Zdroj: http://encarta.msn.com/media_46 1516656_761575740_-1_1/Lytic_and_Lysogenic_Cycles _of_a_Bacteriophage.html Video lytický/lysogenní cyklus: http://highered.mcgraw-ill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter17/animation_quiz_2.html Vakcinace Ro k Mě sic Týde n Očkování proti Záškrtu, tetanu, dávivému kašli a hemofilovým nákazám typu b, virové hepatitíde typu B a dětské přenosné obrně (DTaP-HBV-IPV+Hib) 6) Tuberkulóze (TBC) Spalničkám, příušnicím a zarděnkám (MMR) 1 1 1-2 od 4.dne do 6 týdnů po narození, 1. dávka 3-4 2 5-6 7-8 3 9-10 Pozn.: D - vakcína proti záškrtu, T - vakcína proti tetanu, aP - acelulární pertussová vakcína, HBV - vakcína proti virové hepatitíde typu B, IPV -inaktivované vakcína proti dětské přenosné obrně, Hib -vakcína proti nákazám Haemophilus influenzae typu b 11-12 4 13-14 od 13. týdne; 1. dávka DTaP-IPV-HBV+Hib 1) 15-16 5 17-18 po min. 1 měsíci od předešlé dávky; 2. dávka DTaP-IPV-HBV+Hib 19-20 6-8 po min. 1 měsíci od předešlé dávky; 3. dávka DTaP-IPV-HBV+Hib 9-12 Po minimálně 6 měsících od podání 3.dávky nejpozději do 18. měsíce života; 4. dávka DTaP-IPV-HBV+Hib 2 13-14 ve 2.-3. roce révakcinace u tuberkulín negativních dětí, po ukončení Základního Pravidelného očkování proti ostatním infekčním chorobám 15 -16 od 15. měsíce, 1. dávka 17-18 19-20 21-22 21.-25. měsíc, 2. dávka 5) 3-4 Preočkovaní Záškrt, tetanus, černý kašel TBC Dětská obrna Tetanus TBC v 5. roce v 11 letech ve 13 letech (obvykle v květnu) ve 14 letech (poté vždy po 10 letech) v 18 roce (jen při negativním testu) DOPORUČENE OČKOVANÍ Aktualizace: 8.1.2007 Herpetické nákazy f HSV) Chřipka Klíšťová encefalitida Lidské papilomavirv (HPV) Meninaokokové nákazy Plané neštovice Pneumokokové nákazy Rotavirové nákazy Vzteklina Virová hepatitída typu A +B Vakcíny, Vakcinace Vakcína (též očkovací látka nebo imunizační agens) je látka, jejíž vpravením do organismu má zajistit navození jeho imunity proti specifické chorobě. Vakcíny můžeme rozdělit podle způsobu přípravy na vakcínu vyrobenou z původce nemoci (dělí se na tzv. živou vakcínu, obsahující pouze oslabeného původce a tzv. mrtvou vakcínu, obsahující mrtvého původce choroby), vakcínu uměle připravenou (obsahující pouze uměle vytvořené složky původce - například jeho charakterisktické proteiny vytvořené zcela uměle nebo za pomoci GMO) a vakcínu připravenou z organismu blízce příbuzného původci nemoci. První očkování prováděli čínští lékaři proti pravým neštovicím. Používali však k němu prášek z rozdrcených strupů pravých neštovic, což bylo dost riskantní a mohlo vést k plnému propuknutí nemoci. Tato metoda se časem rozšířila po světě, v Anglii ji poprvé zavedla v roce 1721 Lady Mary Wortley Montagu, která ji převzala od Turků. Celou metodu radikálně vylepšil anglický lékař Edward Jenner, který v roce 1798 poprvé použil k výrobě prášku strupy z kravských neštovic, které u člověka způsobují jen relativně lehké onemocnění. Ve druhé polovině 19. století francouzský vědec Louis Pasteur, zakladatel imunologie a mikrobiologie, definoval základy teorie imunizace, vypracoval obecné postupy pro přípravu vakcín a několik jich sám vyvinul. Roku 1870 provedl první úspěšné očkování proti anthraxu a zároveň uskutečnil pokus, který dokázal účinnost imunizační metody. Roku 1885 provedl první úspěšné očkování člověka proti vzteklině. Imunizace Imunizace je děj, při kterém je jedinec vystaven působení látky, která je uzpůsobená tak, že posiluje jeho imunitní systém. Tato látka je nazývána imunogen. Imunizace se liší od inokulace (předchůdce očkování) a vakcinace (očkování) v tom, že vakcinace a inokulace využívá jako imunogeny buď živé, ale oslabené mikroorganismy - tzv. atenuovana vakcína, používá se při očkování proti TBC, u tuberkulinových testů, nebo mrtvé mikroorganismy - většina v ČR používaných vakcín. Imunizace využívá pouze části těchto mikroorganismů, obvykle pouze molekuly které přímo vyvolávají imunitní odpověď. Je to nejbezpečnější forma zvýšení aktivity imunitního systému v ochraně před nemocí. Bohužel ne všem nemocem lze předejít pouze imunizací, protože imunitní odpověď vyvolaná pouze imunogenní molekulou nemusí být dostatečně silná, nebo se nevytvoří paměťové lymfocyty. Rostlinné viry a další nebuněčné infekční částice Rostlinné viry Rostlinné buňky • chráněny buněčnou stěnou a nemají na svém povrchu receptory • viry potřebují překonat buněčnou stěnu - pomáhá jim v tom tzv. vektor -hmyz, houba nebo i mechanické poškození. • přenos viru: • určitý druh hmyzu (již blízce příbuzné druhy virus buď nepřenášejí vůbec nebo jen neúčinně) • rostlinné buňky jsou navzájem propojeny pomocí plasmodesmat, takže k infekci sekundárních a dalších buněk dochází prostým pohybem virových replikačních center z jedné buňky do druhé. Plasmodesmata Intercellular Junction Plasma Membrane -ross-Linking GI yean Pectin Cellulose Microfibrils Cell Walls of Adjacent Plant Cells Smooth Endoplasmic Reticulum Middle L.AIlľVllH — Primary Cell Wall Desmotubule Figure 1 Viroidy Rostlinné patogeny skládající se z velmi krátké kruhové jednořetězcové RNA, bez proteinového obalu typického pro viry. Viroidová RNA neobsahuje sekvenci kódující jakýkoli známý protein. Přenos: semeny, pylem a mechanickým narušením tkáně. Symptomy: deformace růstu, zakrslost či žluté skvrny na listech. První objevený viroid: PSTV (angl. Potato Spindle Tuber Viroid; čeleď Pospiviroidae, způsobuje vřetenovitost brambor. Viroid cadang-cadang (CCCV) způsobuje smrtelné onemocnění kokosových palem na Filipínách Mezi další rostliny trpící na viroidová onemocnění patří rajčata, chmel, citrusy, avokáda a další. Viroidy vyskytují u divoce rostoucích rostlin, u kterých nezpůsobují chorobné příznaky a ze kterých se pravděpodobně přenesly na citlivé kulturní plodiny. Virusoidy Rostlinné patogeny, tvořené ssRNA Narozdíl od viroidů se nemohou replikovat nezávisle, ale vyžadují pomocný virus, na kterém vlastně parazitují. Virusoidy se proto též nazývají satelitní RNA či satelity rostlinných RNA virů. Podobně jako viroidy nekódují žádný protein, ale na rozdíl od nich se nereplikují v jádře buňky pomocí jaderných RNA polymeraz, nýbrž v cytoplazmě. Vzhledem k interferenci s hostitelským virem často virusoidy příznaky virové infekce zmírňují, v jiných případech však převažuje jejich vlastní negativní vliv na rostlinu a příznaky infekce zhoršují. • Infekčním agens je protein (PrPSc) katalyzující přeměnu normálního PrPc proteinu v infekční isoformu (změna konformace) • Žádná nukleová kyselina nebyla detekována • Proces přenosu není dosud objasněn, pravděpodobně se děje přijímáním potravy N ióny PrP i:::í Prpsc PrP [ľl im ft O o Prpsc Copy from> http://www.stanford.edu/group/virus/prion/2004anderso n/index.html Priony Nervové buňky savců obsahují tzv. prionové bílkoviny (v angl. literatuře je častá zkratka PrP,). Má se za to, že tyto prionové bílkoviny hrají významnou úlohu při odpočinku a spánku. Důsledkem této změny konformace je mimořádná odolnost vůči různým fyzikálním vlivům, prakticky absolutní odolnost proti štěpným enzymům odklízejícím vadné bílkoviny a schopnost navazovat se na zdravé formy prionových bílkovin a konvertovat je na svoji vadnou formu. Následkem je, že se v buňce hromadí rostoucí chuchvalce propojených vadných molekul prionové bílkoviny, kterých se buňka nedokáže zbavit, posléze je zcela zaplněna a uhyne. K přenosům mezi druhy existuje několik předpokládaných obecností: •šance na přenos mezi druhy je přímo úměrná podobnosti prionových bílkovin obou druhů •největší šance na přenos skýtá konzumace mozku či jiných vysoce inervovaných tkání •masožravci jsou obecně odolnější proti přenosu než býložravci. Onemocnění připisovaná prionům Léčba: velice obtížná, phony extrémně stabilní (134*0 po dobu 18 minut ) BSE způsobuje v mozkové tkáni krav vakuoly, které vypadají jako díry. Lidská •Kuru •Nová varianta Creutzfeldt-Jakobovy choroby •Gerstmann-Straussler-Scheinkerova choroba •FFI Zvířecí •Bovinní spongiformni encefalopatie (BSE) (tzv. nemoc šílených krav) •Scrapie •Přenosná encefalopatie norků •CWD •Spongiformni encefalopatie koček Buněčné jádro (z latinského nucleus nebo nuculeus, jádro ořechu) • Jádro je organela eukaryotických buněk. • Je zde uložena většina genetického materiálu buňky (DNA) ve formě chromozomů. Funguje jako řídící centrum buňky - řídí procesy v celé buňce prostřednictvím regulace genové exprese, zajišťuje replikaci DNA během buněčného dělení. A m j Central framework \ 1------Cytoplasmic filaments Outer membrane JJf ÍBS flftfibk • Inner membrane ^^^ # Ernenn Lamíns ^^hg^s^y^ Nuclear basket Chromatin -" ^ Chromatin = genetický materiál eukaryotické buňky • Komplex nukleových kyselin (DNA a RNA) a proteinů • Struktura závisí na fázi buněčného cyklu Chromatin and Condensed Chromosome Structure Telomere Nuclear Pore Solenoid Chromatin Centromere -Arm Condensed Chromosome Mnohojaderné buňky u živoči Osteoklasty - odbourávají kostní hmotu Vlákna kosterního svalu - (rhabdomyocyty) mnohobuněčné útvary (syncytium) vzniklé splynutím buněk během zárodečného vývoje svalu. Nádorově změněné buňky - mohou mít také více jader Bezjaderné buňky • červené krvinky savců, tedy i člověka Chromatin (2 řec. chroma - barva) = genetický materiál eukaryotické buňky tvořen 30% NK (DNA + RNA) a 70% proteinů Poprvé použil termín chromatin v roce 1882 německý lékař Walther Flemming, když uvnitř jádra pozoroval strukturu, jež byla velice dobře barvitelná basofilním barvivem. Proteiny chromatinu Histony - bázické proteiny obsahující vysokou proporci argininu a lyzinu Proteiny nehistonove povahy - proteiny s enzymovými funkcemi, zajišťující replikaci a transkripci (polymerázy, ligázy aj) a enzymy modifikující histonypři remodelaci chromatinu (acetyltransferázy, metylázy aj)... Úrovně kondenzace chromatinu Interfaze - chromatinová síť vláken Mitóza -jednotlivé chromozómy, každá molekula DNA je zabalena do mitotického chromozomu tak, že je 50 OOOkrát kratší než v rozvinuté formě Dude, mitosis starts in five minutes...l can't believe youu're not condensed yet. TELOPHASE AND CYTOKINESIS Cleavage Nucleolus furrow forming Spindle I Copyright JÖ Pb*»mi Education, Inc.. publishing as Benjamin Cuinmings Úrovně kondenzace chromatinu nukleozóm struktura tvořená histonovými molekulami omotanými DNA (80 bp). solenoid spiralizované uspořádnání nukleozómů (1 závit tvoří asi 6 nukleozómů a nese 1200 bp). Solenoidy se uspořádávají do smyček, z nichž každá obsahuje okolo 50 otoček solenoidu a nese statisíce bp. 18 smyček uspořádaných okolo proteinové matrice vytváří základní segment chromozómu. Snori řůgiori oí QNAtfouWeheJuc "Scads ort a string" ■iDrm or chromatin 3^r*m chromatin fibre of packed rajcläosürttts Section of úíirorľoSufiw , Qkitrlbutlan / '-, ch-romoagrfne* / '■> tQ Chromosom 5q31.1-q33 Ramena se dělí na oblasti a pruhy. Pro určení konkrétního místa v karyotypu se používá čtyřmístný kód, v němž první znak určuje chromozóm, druhý rameno, třetí oblast (číslují se vzestupně směrem od centromery k telomerám) a čtvrtý pruh (čísluje se stejně jako oblast). Příklad: kód 4q12 -označuje místo na dlouhém rameni čtvrtého chromozómu, oblast 1, pruh 2. Distanz (kB) - í Pruhování chromozómů - barvení různými typy barviv (Giemsa) má za následek vznik světlých a tmavých pruhů. Světlé pruhy - euchromatin Tmavé pruhy - heterochromatin Základní morfologické typy chromozó Na základě umístění centromery rozlišujeme chromozómy: Metacentrické - centromera je umístěna uprostřed chromozómu a dělí chromatidy na dvě zhruba stejně dlouhá ramena. Chromozóm má tvar blížící se písmenu X. Submetacentrický - centromera je výrazněji posunuta směrem ke konci jedněch ramen. Akrocentncky - centromera dělí chromatidy na jedno rameno velké a druhé tak malé, že jde obtížně pozorovat. Telocentrický - centromera je umístěna u oblasti telomer a chromozóm se tak opticky jeví jako jednoramenný a připomíná písmeno V. Tento typ chromozómu se v karyotypu člověka na rozdíl od ostatních nevyskytuje. Downův syndrom (ds) každá buňka těla obsahuje jeden chromozóm navíc Typické příznaky * zjev (šikmo posazené oči, nižší postava, krátký krk) * náchylnost k určitým nemocím (změněná funkce štítné žlázy, nemoci respiračního traktu, srdeční vady, snížená imunita, poruchy zraku a sluchu) * mentální retardace různého stupně — ---------------- Souvislost s věkem rodičů * í It U \l IK H Id U *' __ «J IM It 10 U II H ..-■ Gen = informační a funkční jednotka obsahující genetickou informaci o primární struktuře funkční molekuly translačního produktu (proteinu) nebo funkční molekuly produktů transkripce RNA (tRNA, rRNA, snRNA a dalších RNA) nepodléhajících translaci. synonymum pro vlohu pojmenování pro konkrétní úsek DNA Genetická informace = informace primárně obsažená v nukleotidové sekvenci DNA Pozn.: Samozřejmě existují i jiné definice. Jedna ze starších (a už většinou opuštěných) tvrdí, že gen je úsek DNA kódující bílkovinu. Přestává se používat jednak proto, že ne všechny geny kódují bílkoviny, a jednak proto, že jen málo genů eukaryotických organismů kóduje bílkovinu jedinou. Jednotlivé geny se totiž na DNA mohou překrývat. Způsoby vyjádření genetické informace informace o primární struktuře proteinů geny strukturní - kódují pořadí aminokyselin v určitém polypeptidovém řetězci; Pokud se gen jmenuje stejně jako jím kódovaný protein, tak se gen zapisuje malým písmenem a protein velkým písmenem. Např. „gen bax kóduje protein BAX". informace o primární struktuře RNA geny pro RNA - kódují pořadí nukleotidů v molekulách rRNA a tRNA, které nepřenášejí svou genetickou informaci dále do struktury polypeptidových řetězců. informace, určující navázání proteinů na sekvence NK geny regulační - regulují aktivitu strukturních genů během života jedince v jednotlivých buňkách, čímž dávají celé soustavě genů v genotypu přesný organizační řád. Zajišťují regulaci jiných enzymů a genů. Genetická informace je zpráva zapsaná ve struktuře molekuly DNA, ji; umožňuje buňce (i organismu) realizovat určitý znak v jeho konkrétní formě. Zpráva je v dané systému „zašifrována" pomocí kódu. 5'ATG TAG 3' STRUKTURNÍ GEN GEN PRO FUNKČNÍ RNA 3'TAC AUG ATC transkripce REGULAČNÍ OBLAST DNA (genomová) I 5' mRNA transkripce UAG tRNA nebo rRNA 3' I interakce s proteiny translace i 1 DNA-VIRY, PROKARYOTA, EUKARYOTA primární struktura polypeptidu (proteinu) Struktura eukaryotickeho genu úsek genu, který kóduje určitou část funkční RNA. intron nekódující sekvence RNA, vyčlení se během sestřihu RNA v jádře buňky translace Genetický kód = soubor pravidel, podle kterých je genetická informace uložená v DNA v podobě kodonů překládána do primární struktury bílkovin - tj. pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci. je univerzální - většina kodonů má stejný smysl u všech organismů Podoba genetického kódu společná většině živých organismů se nazývá standardní genetický kód. je tripletový - třípísmenový obsahuje 43 = 64 kodonů Univerzální genetický kó SECOND BASE U 111 \V> U uuu UUC UUA 1 1 UCU Phe Leu UUG CUUn UCC UCA UCG-1 UAU UAC-J UGU \- Ty r UGC > U Cys Ser UAA Stop UGA Stop UAG Stop UGG Trp CUC CUA h Leu CUG^ AUU AUC |-lle AUA-1 AUG Met oř Start GUU-i GUC GUA h Val II GUG-1 CCU^ CAU^ cec kPro CCA C AC -1 CAA^ CCG-I CAG^ ACU-. AAU^ ACC kThr ACA AAC^ AAA -i ACG-I AAG^ GCU-i GAU^ GCC kAla GCA GAC^ GAA-i 000-1 GAG^ CGU-i His Gin CGC CGA CGG-1 U HAr9 u M» hAsn AGC AGA kLys U Ser Arg GGU- U h-Asp Glu GGC GGA GGG-1 Gly ^^g ké detaily iniciační (start) kodon • AUG - kóduje metionin • místo kde dochází k zahájení translace terminační (stop) kodony • UAA - ochre, UAG - amber, UAG - amber • ukončují translaci ^ Ůa:— ti c^^^F c Kodon 1 ^^^Ru ^^ u_ y A A t- —-^ C Kodon 2 ^^^Ů G GH A^^^fc A Kodon 3 a^—^J gJ C ^^^^^^ u Kodon 4 c fc— __>G X^ga G Kodon 5 A^^^^L A s^- 3 G Kodon £ C=:^^# C u^^^F U ^P^* A Kodon 7 ^*G gJ RNA tra n s lační produkt 1 čtecí rámec pro transl. produkt i A U G—Ih^r G AC G C A G G A AU GCAUAG trans lačni produkt 2 iniciační terminaäní kodon kodon AUG CAU AQ čteci rámec pro transl produkt 2 gen kódující produkt 1 gen kódující produkt 2 překrývající se geny Otevřený čtecí rámec (angl. open reading frame - ORF) sekvence ohraničená START-kodonem < STOP-kodonem, podle níž může být spojitě syntetizován polypeptidový řetězec Čtení tripletů závisí na tom, u kterého nukleotidu stanovíme počátek čtení Replikace DNA Na to aby mohla DNA plnit svou funkci a předávat svou informaci do dceřinných buněk, musí být schopná zdvojení sebe sama = enzymaticky řízený proces přesného kopírovaní sekvence DNA na základě komplementarity nuklových baží. probíhá semikonzervativně enzym - DNA-polymeráza Telomery • struktury na koncích eukaryotických chromozómů, * zajišťují stabilitu chromozómů, chrání jejich konce před degradací nebo fúzí Neúplná replikace vede I zkracování - a následně k zastavení buněčného dělení po určitém počtu buněčných generací. Buněčné hodiny - telomery čas určují tím, že sledují, kolikrát se buňka rozdělila. Tím jí určují, jak dlouho ještě bude žít. OWA n?pficatk>rt begins GNAprirrrarfw lůůdiíTj slund synthesis {rod} Lagging strand synflhesis (blin) pjnwvii oí RNA pf imws, swdirtg rwitt Lauding strand is no\ mtrpkíla Eo and Lagging ítrand is f ir^isíi«! í nol repaired, the ío#nwf f coding slrand produces inerwasirkgly irtincatett tůlomwe. ^-=—'»' 1- Vazba telomerázy na telomerícký primer (1). ,3' primer g oh DNA 5' nedoreplikovaný konec i 7GGGGT, A telomerázová I 3' 5" 2. Prodloužení 3'-konce od primem (2). 5' 3' 5' 3. Translokace telomerázy (2). 3* a 3' — G G GGTTGgggt t ľ°-H 5' l y 5' 4. Replikace na 3'-konci matricového řetězce (3, 4). ______ 3", 5' ■GGGGTTggggtt 3'OHttggggttggg9 i — GGGGTTggggtt -3OHttggggttgggg Klonování - historie 1938 teoretické principy klonování popsal německý biolog Hans Spemann. 50.léta 20.stol.: experimenty na obojživelnících později SCNT embryonální buňky savců 1996 - Dolly: poprvé SCNT buňky dospělého savce dosud nakloňováno 14 druhů savců: ovce, myš, kráva, koza, prase, muflon, mula, kůň, kočka, králík, potkan, pes, vlk, velbloud neúspěch při klonování primátů (poruchy mitotického aparátu v důsledku enukleace) Remove ^^t]^*. udder cell from white-face sheep Remove ^M^f DNA from unfertilized «99 Early embryo ^l^g, with donor DNA ♦ Cloned embryo JT * Cloning e| Clone Clone of white-face sheep Embryonic stem cells "Reproductive cloning" 'Therapeutic cloning" aS3j Reprodukční klonování přenos embrya, vzniklého metodou SCNT, do dělohy ženy, následné těhotenství a narození dítěte Terapeutické klonování embryo, vzniklé metodou SCNT, udržováno v podmínkách in vitro výzkum (genetická kontrola diferenciace) izolace ESCs a indukovaná diferenciace (buněčná terapie bez problémů s imunokompatibilitou) Human Therapeutic Cloning Pfttfont SCKltHk €#* jfr EniKtart+d oonor oocvfc v Mudair transfer t«JH v:'J*j ^* #—< Íl Pancrutk Hcmitopoittk Cardvomyocytn Ncynm HepitocyCci Immunologically Compatible Tr j mp I j n t A "Holy greot mother of Sod, I've Panorama biologie 7/12 Centrální dogma mol. biologie Laboratory Only General Special Viruses Only In all Living Cells Lower Life Forms Biological Information Flow Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wikimedia.org/wiki pedia/commons/4/46/CDMB2.png Základní pojmy - replikace: přepis DNA do DNA pomocí enzymu DNA polymerazy (A-T, C-G); u eukaryot probíhá v jádře* DNA ^^ DNA - transkripce: přepis DNA do RNA pomocí enzymu RNA polymerazy (A-U, C-G); u eukaryot probíhá v jádře* DNA ^^ RNA - translace: překlad RNA do primární sekvence proteinu; probíhá v cytoplazmě RNA i -----^> protein *prokaryota jádro nemají RNA - ribonukleová kyselina - podobná struktura jako DNA, jen místo 2-deoxyribózy je ribóza a místo thyminu uracil Párování bází: DNA RNA A-T A-U C-G C-G Zdroj: GeneticSolutions.com http://images1.clinicaltools.com/images/gene/dna_versus_rna_reversed_large.jpg Cytoslfie | C | Jt. i/v^o Guanine f^^^-N'" Adenine | A | -< I Thymine [_TJ O í l i H Nilrogenous Bases Base pair ' Sugar■ phosphate backbone DNA Deoxyribonucleic acid RNA Ribonucleic acid |~Č1 Cytoi tť^iŕ^o Guanine \T "N- | A | AtSernr 0 replaces Thymrrw in RNA Nitrogenous Bases Různé druhy RNA - mRNA (mediátorová RNA): - vzniká přepisem genu z DNA po vystřihnutí nepotřebných intronů - slouží jako vzor pro syntézu proteinů tRNA (transferová RNA): - nese antikodón a příslušnou aminokyselinu - pomocí molekul tRNA je v ribozomu podle sekvence mRNA syntetizován primární řetězec proteinu (viz dále) rRNA (ribozomální RNA): -je součástí molekuly ribozomu, která pomáhá při syntéze proteinů Ester bond I ^HO — C-j-CHR-------Amino acid tRNA molecule Intramolecular base-pairing Zdroj: Structure Tutorials mRNA &- http://www3.interscience.wiley.com:8100/legacy/college/boyer/0471661791/structure/tRNA/trna_diagram.gif -G-C-Č Codon Transkripce DNA - přepis DNA do RNA (hovoříme o tzv. mediátorové RNA: mRNA) - enzym RNA polymeráza se naváže na začátek genu a přepíše část molekuly DNA do mRNA - rychlost je 20-30 nukleotidů za sekundu, chybovost 10~4 -transkripce má tři fáze: - iniciace (navázání RNA polymerázy na DNA) - elongace (prodlužovací fáze) - terminace (uvolnění hotové molekuly mRNA i RNA polymerázy) Transkripce DNA RNAP i Iniciace I Coding ▼ Strand ...................................TTT^ Tern plate Strand Gene C odh i( | Strand Elongace ............tttt;' Tern plate Strand RNAP ^1 * Terminace Coding Strand ...............................TTTTTTTf Template Strand Replikace DNA - přepis DNA do DNA - proces běží obdobně pomocí enzymu DNA polymerázy - chybovost je nižší a to 10~9 - k replikaci DNA v buňce dochází při buněčném dělení DNA: genetický kód - genetický kód je univerzální (stejný u většiny organismů) - genetická informace se z DNA prostřednictvím RNA převádí na primární strukturu proteinů (bílkovin) - primární struktura proteinů je dána pořadím aminokyselin - genetická informace je kódována pomocí kodónů neboli tripletů (= trojice baží) - máme 4 báze, tedy 64 (43) možných kombinací, ale jen 21 aminokyselin => genetický kód je degenerovaný (jedna aminokyselina je kódována více kodóny) DNA: genetický kód 1 SECOND BASE U C A G UUU-i ^Phe uuc-1 UCU^ UAU^ UGU^ U —Tyr -Cys ucc UAC- UGC- C u UUA-i \- Leu UUG-1 UCA -Ser A UAA Stop UGA Stop UCG- UAG Stop UGG Trp G U cuu- ccu- CAU- CGU- -His CUC CCC CAC- CGC C c — Leu — Pro -Arg 111 CUA CCA CAA^ CGA A tu tfí Gin < m CUG- CCG- CAG- CGG- G < H Q « AUU^ ACU^ AAU^ AGUn \- Ser AGC-1 U OE E AUC -lie ACC AAC- — Asn C X H A -Thr AUA- ACA AAA- AGA^ U Arg AGGJ A -Lys Met or AUG start ACG- AAG- G GUU- GCU- GAU- GGU- U -Asp GUC GCC GAC- GGC C G -Val -Ala -Gly GUA GCA GAA-i -Glu GGA A GUG- GCG- GAG- GGG- G Zdroj: Pearson Education Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. http://stevebambas.com/imaqes/03 35GeneticCode-L.jpq Translace - překlad mRNA do primární struktury proteinu - probíhá v cytoplazme - 21 aminokyselin, které se liší díky vlastnostem svého vedlejšího řetězce (označen R) Zdroj: Původ života http://nd.bloa.ez/s/saaan.bloa.cz/obrazkv/31960243.ipg Aminokyseliny -Aminokyseliny můžeme rozdělit podle jejich fyzikálně-chemických vlastností do několika skupin: -Alifatické: alanin (Ala, A), glycin (Gly, G), isoleucin (Ne, I), leucin (Leu, L), prolin (Pro, P), valin (Val, V) -Aromatické: fenylalanin (Phe, F), tryptofan (Trp, W), tyrosin (Tyr, Y) - Kyselé: kyselina asparágová (Asp, D), kyselina glutamova (Glu, E) - Zásadité: arginin (Arg, R), histidin (His, H), lysin (Lys, K) - Obsahující hydroxylovou skupinu: serin (Ser, S), threonin (Thr, T) - Obsahující síru: cystein (Cys, C), methionin (Met, M) - Amidické: asparagin (Asn, N), glutamin (Gin, Q) Am i noacy I -sy ntetázy aminokyselina (Trp) tryptofanyl-tRNA-syntetáza tRNA (tRNATrp) vazba aminokyseliny k tRNA makroergní vazba tRNA se váže na svůj kodon v mRNA mRNA ClSTÝ VÝSLEDEK: AMINOKYSELINA JE VYBRANÁ PODLE SVÉHO KODONU Peptidická vazb; - kovalentní vazba mezi uhlíkem jedné aminokyseliny a dusíkem druhé aminokyseliny - aminokyseliny se pomocí peptidických vazeb spojují do tzv. polypeptidického řetězce Zdroj: Sinauer Associates http://bill.srnr.arizona.edu/classes/182/peptidebond.htm H H O + H------N—®—C H — O H — D Amino group H70 Carboxyl group Peptide linkage H o\ H H^,+ I II I /> H------N—@ —C —N —@—C S 1 t I \ H I "I _L O" D D N terminus C terminus e 2001 Sinauer Associates, Inc. Iniciace translace - ribozom nasedne na mRNA a připojí místě start kodónu příslušnou molekulu tRNA nesoucí aminokyselinu methionin Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation initiation.jpg Elongace - dochází k posunu ribozomu po mRNA a dochází k prodlužování primárního řetězce proteinu (Polypeptid) o další aminokyseliny Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation elongation.jpg Terminace translace - po dosažení stop kodónu dojde k rozpadu ribozomu na velkou a malou podjednoku a k uvolnění mRNA i polypeptidu (= řetězce aminokyselin pospojovaného peptidickými vazbami) - uvolněný Polypeptid se v závislosti na své sekvenci strukturně formuje f UAG, UAA. or UGA) o e e Zdroj: kvhs.nbed.nb.ca http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/bioloav/translation termination.jpg Formování struktury proteinu - primární struktura proteinu: řetězec aminokyselin - vlivem fyzikálně-chemických vlastností aminokyselin v řetězci dochází samovolně k formování 3D struktury proteinu a primární struktura proteinu přechází do vyšších struktur - sekundární struktura proteinu: a-šroubovice a ß-skladany list - terciární struktura proteinu: vytvoření vyšší struktury ze sekundárních struktur - kvartérní struktura proteinu: protein složený z více podjednotek, přičemž každá podjednotka je tvořena samostatným řetězcem aminokyselin Formování struktury proteinu Primary pralein si rud u re is sequence of s chsin of amino adds Amino Acids Alpha helix Steondary protein alnjclur* occurs whan 1ha saquancs of amino acute are linked by hydrogen bends Pla-ated sheel "tertiary protein structure occurs whan carlain aflracöcfis are- praaanl between alctia helicaa and plesrtad snaate. Alpiia Mix Quaternary protein struktur* i& a protein conEiaflng of mere man una amino and chain Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wi kimedia.org/wi kipedia/commons/a/a6/Protein-structure.png Ko- a posttranslační úpravy - Kotranslační úpravy - příklady - odštěpení N-terminálního methioninu i jiných aminokyselin - Posttranslační úpravy - příklady - štěpení peptidů- např. tvorba inzulínu z proinzulínu - přidání prostetických skupin - např. vložení hernu do hemoglobinu Mutace - dědičné změny v genotypu - postihnou-li somatickou (tělní) buňku, předávají se pouze potomstvu dané buňky, postihnou-li gametu (vajíčko, spermie), přenesou se na potomstvo organismu - většina mutací je náhodných (spontánní mutace), může se však jednat také o mutace přímo vyvolané mutageny (chemickou sloučeninou, zářením,...) - tzv. indukované mutace - četnost mutací je nízká (asi 10~7) a drtivou většinu se podaří pomocí reparačních mechanismů odstranit Mutace -jen malá část genomu kóduje proteiny, proto k většině mutací dochází v nekódujících oblastech - z hlediska klinické genetiky mutace vyvolávají genetické choroby a nádorové bujení - z hlediska šlechtitelství mohou mutace vést k vytvoření lepších odrůd či plemen - z hlediska evolučního jsou zajímavé tzv. pozitivní mutace, které jedince v něčem zvýhodňují, většina mutací se však řadí mezi neutrální nebo negativní Mutace - dělení - genové (bodové) - týkají se jednotlivých genů (zaměňují nukleotidy nebo jejich pořadí) - chromozómové - týkají se struktury chromozómů (mění jejich strukturu) - genomove - týkají se počtu chromozómů nebo chromozómových sad (aneuploidie = změna počtu chromozomů (např. 2n-1), Polyploidie = změna počtu chromozómových sad (např. 4n)) Genové (bodové) mutace - probíhají na úrovni vlákna DNA - podle typu změny: - inzerce (adice) - přidání jednoho či více párů bází - delece - odebrání jednoho či více párů bází - inverze - převrácení posloupnosti několika bází - substituce - nahrazení jedné nebo několika bází jinou (jinými) - podle vlivu na proteosyntezu rozlišujeme mutace (budeme tedy uvažovat jen ty, které probíhají v kódujících úsecích DNA) - neměnící smysl („sense" mutations, silent mutations) - tiché mutace - měnící smysl (missense) - dochází ke záměně jedné aminokyseliny za druhou - nesmyslné mutace (nonsense) - zapříčiní vznik předčasného terminačního kodónu v sekvenci DNA Genové (bodové) mutace - při adici (inzerci) nebo deleci jsou nejnebezpečnější takové mutace, kde dochází k posunu čtecího rámce (adice/delece více či méně než 3 nukleotidů) (a) A y G (b) Silent mutation TGT Cys TGC Cys > C y * T Missense mutation Nonsense mutation TGT Cys TGG Trp TGT Cys TGA Stop Zdroj: Web-Books.com http://www.web-books.com/MoBio/Free/imaaes/Ch7E2.gif Chromozómové mutace - označují se také jako chromosomové aberace - dochází ke změně struktury nebo počtu chromosomů - vznikají jako následek chromozomální nestability způsobené nadměrnou expozicí jedince mutagenum nebo zhoršenou funkcí reparačních mechanismů - Následky závisí často na tom, zda je i po přestavbě zachováno normální množství genetické informace Chromozómové mutace - Delece - část chromozómu chybí - Duplikace - část chromozómu přebývá - Inverze - část chromozómu se převrátila - Inzerce - část chromozomu se přesunula na jiný chromozom Translokace - došlo k prohození částí dvou chromozómů - dělíme je na balancované (množství gen. informace bylo zachováno) a nebalancované Zdroj: Wikipedia Commons http://upload.wikimedia.ora/wikipedia/commons/7/79/Tvpes-of-mutation.pna Chrcmoaomo * Types of mutation Deletion Duplication Inversion M i Insertion 1 -L ■=> S Cíiramacamo 30 S 2 ■n 5 .i 2 CtľtimúvúniB 20 ri/omoajmů 4 "ChmmobciMff 4 Translocation ChromDsc-rnD 20 LmrivafcMü ChrůrťiůKpirtů- 2ü íhmYalivn ChrüpnüDüma 4 Mutageny - faktory schopné způsobovat mutace - klinické hledisko: nežádoucí produkty vnějšího prostředí poškozující genetickou informaci člověka - některé mutageny mohou působit jako kancerogeny a vyvolat vznik rakoviny - některé mutageny mohou účinkovat jako teratogeny a vyvolat poruchy v prenatálním vývoji Mutageny - dělení - Fyzikální - UV záření - neproniká hluboko, ale je vysoce nebezpečné; vyvolává vznik pyrimidinových dimerů (T-T, C-C) - Ionizující záření (radioaktivní nebo RTG) - vysoce pronikavé, vyvolává tvorbu volných radikálů které vyvolávají vznik dvouretezcových zlomů; tyto druhy záření mohou vyvolávat vznik zlomů také přímo - Chemické - Aromatické uhlovodíky - v tabákovém kouři a produktech spalování vůbec (např. benzen) - Barviva - např. akridinová barviva - Organická rozpouštědla - Některé dříve běžně užívané látky - např. součásti plastů (PCB), hnojiv, herbicidů, insekticidů (DDT) nebo i léčiv - Bojové látky - např. yperit Mutageny - dělení - Biologické - Viry - retroviry se mohou začlenit do genomu infikované buňky, kde mohou porušit sekvenci genu (např. papilomaviry) - Mobilní genomove sekvence - transposony a retrotransposony (působí stejným mechanismem jako retroviry) Panorama biologie 8/12 Buněčný cyklus Pavel Šimara Buněčný cyklus cyklus eukaryotické buňky od jednoho dělení buňky k dalšímu Skládá se z - interfáze - metafáze (mitózy) - dochází k buněčnému dělení. Buněčný cyklus cyklus buněčných procesů začínajících „zrozením" buňky buněčným dělením a končících tvorbou dceřinné buňky nebo smrtí sousledné uspořádání životních procesů buňky tak, aby mohlo dojít k duplikaci chromozomů a buněčnému dělení za vzniku přesných kopií buňky rodičovské rychlost buněčného cyklu určuje rychlost proliferace podle vnitřních potřeb a vnějších stimulů • podmínka tvorby vícebuněčných struktur • poruchy kontroly cyklu: riziko rakoviny principy řízení buněčného cyklu jsou obdobné ve všech eukaryotických buňkách BUNĚČNÝ CYKLUS Biologický ústav LF MU Brno, 2007 Interfáze Fáze GO - terminálni klidová, funkční Fáze G1- vytváří se živiny, dochází k množení organel, je tam hlavní kontrolní uzel (místo, které rozhoduje o dalším postupu buněčného dělení, cyklus se může zastavit např. kvůli nepříznivé teplotě, nedostatku živin,..) Fáze S - replikace (zdvojnásobení) DNA Fáze G2 (2. růstová fáze) - buňka se připravuje na dělení = snaží se vytvořit zásobní látky, je tam také kontrolní bod, ale méně důležitý než v G1. Fáze buněčného cyklu -Interfáze - tvoří většinu cyklu -G1-fáze - období růstu buňky - S-fáze - replikace DNA - G2-fáze - růst buňky a příprava na mitózu -Mitóza - rozdělení chromozomů - Profáze - Metafáze - Anafáze - Telofáze -Cytokineze G1: 3: Cell grows and DNA replication carries out normal and chromosome metabolism: duplication organelles duplicate Cell grows and prepares for mitosis - rozdělení cytoplazmy - tvorba kontraktilního prstence X fragmoplast Řízení buněčného cyklu poškozená DNA se nesmí replikovat mitóza nesmí začít před dokončením replikace poškozená DNA nesmí být předána do dceřinných buněk chybně spárované chromozomy nesmí dokončit mitózu M checkpoint ■&;DS9ŕddacn WetTey Lompian. kB. Řízení buněčného cyklu f G, checkpoint G2 checkpoint Kontrolní body buněčného cyklu •kontrola bezchybného buněčného dělení • překonání nutné pro vstup do následné fáze buněčného cyklu • případná nalezená porucha je před obnovením cyklování odstraněna nebo buňka odumírá apoptozou • kontrolní body bývají defektní u nádorových buněk G1/S kontrolní bod = hlavní kontrolní bod - průchod závisí na vnějších i vnitřních faktorech - reštrikční (kontrola velikosti buňky) - kontrola nepoškozené DNA (p53) G2/M kontrolní bod - Průchod závisí pouze na vnitřních faktorech - kontrola nepoškozené a zreplikované DNA M kontrolní bod - kontrola sestavení mitotického vřeténka Řízení buněčného cyklu CDK-cvklin -heterodimerní protein kinázové komplexy zajišťující fosforylaci proteinů nezbytných pro průběh buněčného cyklu Cykliny - regulační podjednotky komplexu - zapínají kinázovou (fosfory I a ční) aktivitu CDK -jejich hladiny během cyklu pravidelně kolísají - ve specifických fázích cyklu podléhají degradaci proteolýzou CDK fCyklin dependentní kinázy) ■ katalytické podjednotky komplexu - aktivovány ve spojení s cykliny - aktivita (nikoli koncentrace) během cyklu kolísá t M-phúSP-fíľomolniía füttof Ú^yclľn I i irlúÚůrONAíaptiLatiDrt nuicliic.ny Řízení buněčného cyklu regulace CDK aktivity 4. Association with Cdk inhibitors fCKI's). 3. Inhibitory phosphorylation r=~ - přechod jednotlivými fázemi buněčného cyklu je řízen různými komplexy CDK-cydin - limitujícím fatorem je hladina aktivujícího fázově specifického cyklinu Cdkl-Cyůlirl B Cdk Cdk2-cycl Cdk4-cyclin D Cdk6-cvclin D Cdk2-cyclin E Cdk1-cyclinBi p53-kontrola G1/S Zastavení cyklu: p53 indukuje transkripci p21, který se váže na CDK2 - inhibuje přechod do S fáze Aktivace p53: poškození DNA (UV, IR, chemikálie -peroxid), oxidatívni stres, osmotický šok, deregulace onkogenní exprese ► prodloužení poločasu rozpadu p53 a konformační změny - rychlá reakce DNA damage Cell cycle abnormalities Hypoxia mdm2 p53 Cell cycle arrest DNA repair Cell cycte restart Apoptosis Death and elimination of damaged cells CELLULAR AND GENETIC STABILITY Regulace p53 v nestresovaných buňkách: a) kontinuální degradace b) vazba s Mdm2: inaktivuje p53 působí jako ubiquitin ligáza (připojení ubituitinu a degradace proteasomem) Mitóza Zajišťuje rovnoměrné předání nezredukovane genetické informace dceřiným buňkám. Při mitóze předchází samotnému rozdělení buňky proces rozdělení buněčného jádra, při kterém zůstává v dceřiných jádrech zachován počet chromozómů. Hruběji lze buněčný cyklus rozdělit na mitózu a interfázi. Mitóza slouží k: a) budování mnohobuněčného organismu b) nepohlavnímu rozmnožování (jednobuněčné a primitivních mnohobuněčné organismy) Rozmnožování mitozou: Produktem jsou geneticky identické buňky - klony. + praktičnost a efektivnost - uniformita potomstva. Vysvětlení pojmů - proteinová struktura na chromatinu Fragments Kinetochore v místě centromery of nuclear \ Nonkinetochore envelope U microtubules Centromera (chromatin v centru) Chromozom (složený ze 2 chromatid) Centrozom (složený ze 2 centriol) Kinetochore microtubule - tvoří dělící vřeténko Profáze Během této fáze dochází ke spiralizaci vláken DNA a diferenciaci chromozómů, u kterých jsou patrné dvě chromatidy. V závěru této fáze se rozpadá jaderná membrána a chromozómy se rozptylují v cytoplazmě buňky. Pokud je v buněčné plazmě obsažen centrozom (složený ze dvou centriol), rozdělí se a takto rozdělené centrozomy se začnou vzdalovat a vytvářet dělící vřeténko. Prophase fife \. ■ *- ^^—*■ 'í-.s Chromatin condenses into Nuclear envelope dir spears. Metafáze Chromozómy se seskupují v ekvatoriální rovině buňky a vzniká tak charakteristická metafázová destička (chromozomy jsou tvořeny dvěma chromatidami a spojeny centromerou). Tato fáze je nejvhodnější pro pozorování chromozómů a cytogenetická vyšetření. Pokud buňka obsahuje dělící vřeténko je již plně vyvinuto. Anafáze Chromozómy jsou v oblasti centromer napojeny na vlákna vycházející z opačných pólů dělícího vřeténka. Následně se rozpadají centromery na dvě části, každá s jednou chromatidou, které jsou zkracováním vláken přitahovány k opačným pólům vřeténka a tudíž do odlišných částí buňky. Anaphase Sister chromatids sspimfa. Centromeres divide. \ Telofáze Chromozómy jsou nahloučeny u buněčných pólů a despiralizují se, vytváří se kolem nich jaderná membrána. Na konci telofáze dochází k zaškrcení buňky a vzniku dvou dceřinných buněk, z nichž každé případně jedno nové jádro. Nyní buňka vstupuje do G1 fáze, případně (jde-li o již terminálne diferencovanou, dále se nedělící buňku) může vstoupit do GO fáze. V takovém to případě se jejich buněčný cyklus končí - buňka plní svoji funkční úlohu, stárne a umírá. V určitých případech je ovšem možno docílit zvratu a převést buňku z GO fáze do G1 fáze a přimět ji k novému dělení. Telophase Chromatin, expands* Cytoplasm divides. _^-^-^...... ■*■». '■: n i ■ ■ ■ ■ ■ hi ■ ■ ■■■■* 1 Hi" ....... i wo daughter tells Cytokineze proces rozdělující materskou buňku na dvě buňky dceřinné schopné samostatné existence rozdělení buněčné hmoty fragmoplast P h rag mop! a st Cell plate Nucleus Nucleolus kontraktilní prstenec Centrosome <5? Decondensed chromosomes Complete nuclear envelope Contractile ring Rostlinná buňka Živočišná buňka ^^c ^E^m ^P p ^-riflpBC PP 7^^^ ^^^b | _ - I** t;^ E& ■ - ,mm ' ^PH B-"- ■ . - IS ř L ■ v ■ "" l Detekce fáze buněčného cyklu I ■Uli .-:.>!"■■;, i"-n- ■". " Dip&Z T I F I ľ I I I I I2CI 160 Channels (PI-A) 200 mixture of cells in liquid Buněčná membrána je permeabilizována a DNA nabarvena interkalační fluorescenční barvičkou (např. Propidium jodidem) Detekce na FACSu Video - Mitosis: http://www.iohnkyrk.com/mitosis.html Meióza Meióza (meiotické dělení, redukční dělení) je buněčné dělení, během kterého dochází k produkci buněk se zredukovaným počtem chromozómů (2n -> n, 4n -> 2n), což je základní proces umožňující pohlavní rozmnožování. Tyto buňky (gamety) mohou po určité době buďto splynout s další vhodnou gametou a vytvořit nového jedince složeného opět z dvojité sady chromozómů (viz spermie a vajíčko o savců). Nebo mohou dělením vytvořit mnohobuněčný organismus (viz gametofyt u výtrusných rostlin, některých řasy nebo u hub) Meióza se sestává ze dvou odlišně koncipovaných dělení buněk, takže jejím výsledkem jsou 4 od rodiče odlišné buňky, narozdíl od 2 s rodičem shodných buněk, které vznikají při mitóze Heterotypické dělení Během heterotypického dělení (resp. Meióza I) dochází k redukci počtu chromozómů (přesněji chromozómových sad), dceřiné buňky mají jen polovinu chromozómů oproti rodičovské. Následně se pak dělí znovu, tentokráte homeotypicky (mitóze podobně) koncipovaným dělením. B Pflir $f hOrt^lOíŕOUí chromosomes Thi»adi of indle Chromosome with on*ofth+ pai*d chromosome strands: (dhrímitid) Chromosome with two eh»o*nstidi Cell division by meiosis produces cells with half the number of chromosomes as the parent cell. Meiosis occurs in the testes and ovaries producing sperms and ova with 23 chromosomes each. A Chromosomes become shoiter and thicker. B Chrůmoíůtrt« fot m hortiologouj psirí. (Pn* *f **dh p*r ií *awr> in black totuítinguih It from H*partn*r.) Each Chromosom* fortrií «»«ondJirHd C Th* homoiogoua pair« b* com* arrangtd along Ui* «quator of Ih* c*llj attached lo spindl* fib**s. D Th* m*mb*ri of **di homologous pair of Chromosom** f «p vat* «id mov* in opposil* directions, Th* c*ll b*t>n* to divid* in two- E Each chiomosome splits into two parts which move in opposite directions. F The cell divides into foil" pails each containing half the number of chromosomes possessed by the original cell. k\ the testis the four new cells develop into sperms. In the ovary only one of the four develops into an ovum. The remaning three are very small and soon disintegrate. Profáze I Profáze Meiózy jedna je oproti profázi Meiózy II mnohem komplikovanější a dělí se na 5 podfází. Leptoténé Dochází ke spiralizaci vláken DNA a diferenciaci chromozómů. Zygotene Homologní chromozómy (tytéž chromozómy různých sad) se stěhují k sobě a za pomocí speciální bílkoviny se spojují v pár, tzv. bivalent. Pachytene Chromozomy dokončují spiralizaci a bivalenty jsou pozorovatelné jakožto tzv. tetrády - čtyřchromatidový komplex. Nesesterské chromatidy se přitom proplétají, dochází k tzv. crossing-o veru. Diploténé Uvolňují se bílkovinné vazby mezi homologními chromozómy a dochází k jejich postupnému oddalování. Diakineze Dochází k přeuspořádání a rozchodu homologních chromozómů. Obr. 259. Pro fáze I. meiotického dělení. Schéma znázorňuje strukturální změny tří chromosomových párů v průběhu I. meio-tické profáze. Podrobněji je proces popsán v textu. diploten diakineze LEPTOTEN PACHYTEN otcovské sesterské chromatidy materské sesterské chromatidy chromatida 1 chromatida 2 chromatida 3 chromatida 4 vytvářeni centrálního proteinového elementu INTERFAZE ZYGOTEN DIPLOTEN ČAS Obr. 260. Synaptonemální komplex a časový průběh synapse a desynapse. Na schématu jednoho bivalentu je znázorněn začátek formování synaptonemálního komplexu ve stadiu Zygoten, jeho přítomnost v období pachyten a rozpad během diploten. Centrální žebříčkovitá část proteinového komplexu je znázorněna modře, laterální osové elementy červeně. Metafáze I Prolíná se s diakinezí, dochází k napojení vláken dělícího vřetínka na centromery chromozómů, vlákna z různých pólů se napojují na centromery jiných homologních chromozómů. Anafáze I K opačným pólům dělícího vřeténka se rozcházejí dvouchromatidove chromozómy z bivalentů. Telofáze I U protilehlých pólů buňky se seskupují haploidní sady chromozómů. Následuje zaškrcení a rozdělení buňky. Homeotypické dělení Homeotypické dělení (resp. Meióza II, Ekvační dělení) je vpodstatě shodné s mitózou, jen k němu dochází za zredukované sady chromozómů. Dělí se na profázi II, metafázi II, anafázi II a telofázi II, spermatogonie oogonie spermatocyty oocyty I. řádu II. řádu vajíčko Obr. 257. Gametogeneze spermií a vajíček. V průběhu lidské gametogeneze vznikají meiózou z jedné spermatogonie 4 zralé spermie a z jedné oogonie 1 vajíčko a 2-3 pólová tělíska. Modrou a červenou barvou jsou odlišeny původně mateřské a otcovské chromosomy." Rekombinace DNA buněčný proces, při němž vzniká dceřiná DNA obsahující segmenty dvou rodičovských DNA; může spočívat v integraci segmentu DNA do druhé molekuly, substituci jednoho segmentu druhým či výměnu segmentů mezi dvěma molekulami. Pojem rekombinace se používá i pro označení procesů, při nichž je DNA jednoho druhu modifikována in vitro tak, aby mohla být poté vložena do buňky téhož nebo jiného druhu. Tento postup se v genovém inženýrství využívá pro vložení určitého genu do vektoru, který se nejdříve pomocí reštrikční endonukleasy otevře a pak pomocí DNA-ligasy uzavře tak, aby obsahoval nový gen Crossing-over Vzájemné překřížení homologických (párových) chromozómů, při němž se jejich části přehodí a vymění. Překřížením a výměnou částí chromozómů vznikají nové kombinace uvnitř chromozomu samého. Výsledkem crossing-overu je rekombinace. Obr. 261. Crossing-over homologických chromosomů a rekon nace jejich genů. Schematické znázornění dvou typů dvojnásob I ného crossing-overu, A - pericentrický, B - paracentrický. http://biostudio.eom/d %20Meselson%20Rad dinq%2QModel%2QCr ossing%2QOver.htm 3 y y y y y OS- [ rozpad buňky na apoptotická tělíska (apoptosomy), která jsou potom fagocytována. Space Biology www.spacebio.net Kdy probíhá apoptóza spontální homeostatický systém regulace např. zánik nadbytečných buněk v prenatálním období (u embrya, u plodu) např. v prenatálním období se orgány zakládají jako shluky buněk a duté orgány vznikají tak, že vnitřní buňky zaniknou apoptózou např. diferenciace lidkých prstů při vývoji embrya vyžaduje jejich oddělení a tudíž, aby proběhla mezi prsty apoptóza např. zánik buněk ve tkáních - např. zánik červených krvinek po přibližně 80 dnech. indukovaný děj např. po poškození DNA, které již neumí buňka opravit http://www.voutube.com/watch?v=9K TDz-ZisZO 49 Apoptosis.. Death Signafô TNF-a Fsi -10 Oflaved Cleaved Procaspa&=-9 Caspase-B, -10 Caapaae-9 i i I Prcwsapaae-3, -7 "f" Cleaved Caapaso-S, -7 PARR' MA1 Cleaved PŕfiP Apoptosis Cell Signaling Indication of cell death and apoptosis: 1. Cell counting: After staining of the cells with trypan blue 2. Flow cytometry: a) non-stained, based on size and shape of the cells (FSCxSSC) b) fluorescent staining: Annexin/PI, Caspase-3 3. Western blotting: changed levels of apoptic signal mediators: Caspases, PARP, Bcl-2 family proteins... Snímek 211 MAI PARP(llôkDa): nuclear poly (ADP-ribose) polymerase, involved in DNA repair in response to environmental stress. Cleaved by many ICE-like caspases in vitro, one of the main cleavage targets of caspase-3 in vivo. In human PARP, the cleavage occurs between Asp214 and Gly215, which separates the PARP amino-terminal DNA binding domain (24 kDa) from the carboxy-terminal catalytic domain (89 kDa). PARP helps cells to maintain their viability; cleavage of PARP facilitates cellular disassembly and serves as a marker of cells undergoing apoptosis. Michael Allan; 5.6.2009 Annexin... CVlubf Mi|Til)r*fHt emrifrllyljr A Anr**ln V-FITC • PhosphalKfykerineiPSj TTTTTT ...1.. fosfolipid fosfatidylserin Apoptosis / Necrosis řípoíureúíPÍ TTTTTT .11.11 Annexin V FITC staining ----------► j* * * i ■ TTTTTT IIUU PS'KcposirKj celk Ire ilünttl wiUl Aruiesin V-FltC. MA2 Viable cells CML 5-255-662 250n (T|—i i i iiiii| i 11 iini|—i iiiiiii| r ü iü2 \sř iüd iü3 Late apoptotoic or necrotic cells Early apoptotic cells Annexin V (FITC) Snímek 212 MA2 Negatively charged phospholipid Phosphatidylserine is on the inner side of the membrane (held by enzyme flippase) and undergoing apoptos is flipped to the outer side - detected with strong affinity by Annexin-FUC. Michael Allan; 3.6.2009 Další metody detekce apoptózy Pozorování fragmentace DNA pomocí elektronového mikroskopu. ISNTA (in situ nick translation assay) - syntetizuje DNA v místech zlomů pomocí DNA-polymerasy. Takto syntetizované úseky se označí pomocí biotinylovaného dUTP. Metoda označuje buňky v pozdní fázi apoptózy a čím pozdější fáze (čím více zlomů), tím je buňka označena intenzivněji. Používá se na tkáňové řezy i na buněčné kultury. P53: kontrola nádorového bujení za cenu stárnutí Gen p53 hraje důležitou úlohu při kontrole buněčného cyklu: při poškození buněčné DNA zabrání dělení buňky, dokud nedojde k opravě, nebo ji dovede k apoptóze. Tím také brání dělení malformovaných nádorových buněk a růstu nádorů. Mutace genu p53, která vede ke ztrátě jeho regulační funkce a antionkogenní aktivity, je nacházena u velké _ Tne structure of the core domain or the p53 části lidských malignit a je považována za nejčastější protein(iightbiue) bound to dna (dark biue) The six most frequently mutated amino acids genetickou poruchu vedoucí ke vzniku nádoru. Při pokusech na myších ale bylo nedávno pozorováno, že také fyziologická funkce nepoškozeného genu může mít nepříznivé důsledky -může způsobit předčasné hynutí normálních buněk. requently in human cancers are shown in yellow - all are residues important for p53 binding to DNA. Red ball: zinc atom. [Reproduced from Cho, Y, et al. (1994) Science, 265, 346-355, with kind permission.] Nekrosa neprogramovana (pathologicka) smrt buňky, ke které dochází v důsledku nevratného narušení některé ze základních buněčných funkcí, např. poškození biomembrán nebo zástava oxidační fosforylace způsobující energetické vyčerpání buňky. Příčinou smrti buňky jsou pak vnitřní rozkladné (autolytické) procesy. Cell dehydration (shrinkage) ApoptotM; bodiů* APOPTOSIS —+■ Crirc-nisiin condensation Mu clear rragrrieniaiiun Membrane iniegniy preserved Cell and mitochondrial swelling Plasnw membrane rupture NECROSIS 49 Panorama biologie 9b/12 Teorie vzniku života Kreacionismus • rozšířený zejména mezi protestanty v USA • rozlišujeme ortodoxní a umírněné kreacionisty „Ortodoxní" kreacionismus • Země je stará jen 6000 let a byla stvořena v šesti dnech • kapitola Geneze je deníkovým záznamem toho, co se stalo • Nálezy dinosauřích kostí apod. jsou následkem potopy světa „Umírněný" kreacionismus • Země je stará 4,65 mld. let, ale každý rostlinný či živočišný druh byl stvořen božím zásahem • evolucí lze vysvětlit jen vznik různých plemen psů apod. • stvoření skončilo, vývoj ustal • tzv. „vědecký kreacionismus" není výzkumem, soustředí se pouze na napadání evoluční teorie Inteligentní design • vznikl jako odpověď na faktickou neobhajitelnost kreacionismu • připouští Zemi starou 4,65 mid. let a částečně i evoluci • evoluci nelze vysvětlit jen fyzikálními zákony, je nutno připočíst Boží zásahy • evoluce probíhá, ale Inteligentní designér její směr řídí Inteligentní design • zastánci této teorie tvrdí, že život je příliš komplexní, než aby jej bylo možné vysvětlit pouhou darwinovskou evolucí • protiargumentovat lze např. zcela neinteligentní strukturou lidského genomu, neinteligentním lidským okem (s nervy vpředu a slepou skvrnou) narozdíl od „dokonalého" oka hlavonožců Evolucionismus • evoluce probíhá zcela v rámci přírodních zákonů • všechny organismy mají jednoho společného předka • nové druhy vznikají a jiné vymírají i dnes • vývoj nemá žádný předem stanovený cíl • organismy se snaží přizpůsobovat změnám v prostředí Vyvracení námitek Vznik nového druhu... • ... nikdo nikdy neviděl - omyl, při křížení v laboratoři je to relativně snadné -v přírodě nové druhy nejčastěji vznikají v uzavřených ekosystémech, kde se rychle mění podmínky k životu (sopečné ostrovy, vysychající bažiny, jezera v poušti apod.) - vznik např. nové čeledi nebylo zatím možné pozorovat, protože evolucí se zabýváme asi 150 let Evoluce je jen teorie... • ... a nikdy nemůže být dokázána -v přírodních vědách nikdy nelze nic dokázat absolutně - věda nezná dogmata (ani tzv. dogma molekulární biologie není dogma, prochází vývojem) -vědecká fakta = hypotézy, které přežily mnoho pokusů o vyvrácení • fakt evoluce je již ve vědeckém světě zcela mimo diskusi • Evoluce byla potvrzena - biogeografií, nálezy zkamenělin, srovnávací anatomií, srovnávací embryológií i molekulární genetickou Evoluce je proti... • ... druhému zákonu termodynamiky -„entropie uzavřeného systému neklesá" - entropie = míra uspořádanosti systému - podle kreacionistů proto příroda nemůže sama spět k většímu pořádku a složitějším bytostem - Země však není uzavřený systém (život je závislý na neustálém dodávání energie ze Slunce) Náhoda nemůže... • ... vytvořit komplexní struktury - to je pravda © - náhodné procesy evoluce však nutně nespějí ke složitějším strukturám (viz zakrnělá křídla nelétavých ptáků, nefunkční oči jeskynních živočichů apod.) - komplexní struktury vznikají působením přírodního výběru Neexistují mezičlánky • existují, ale je jich málo - Mezonychid, Ambulocetus (vlevo), Rodhocetus a Basilousaurus (vpravo) jsou mezičlánky k vývoji dnešních velryb - ale pozor, není to tak, že z Ambuloceta se vyvinul Zdroj: Becoming whales Zdroj: Basilosaurus http://www.indiana.edu/~ensiweb/images/whal.amb.ipeg http://cask.nate.com/imgs/grsi.tsp/9314173/12815994/0/8/A/719119316 1229970122.jpg Neexistují mezičlánky Archaeopteryx - ani ten není přímým mezičlánkem mezi plazy a ptáky, jde o úspěšný druh, který spojoval znaky plazů a ptáků Zdroj: Dinosaur and Vertebrate Paleo Art and Fossil Replicas http://web.me.com/dinoruss/iim-robins-art/Archaeoptervx.gif Projekt lidského genomu... • ...nám mimo jiné odhalil, že - minimálně 95% genomu sdílíme s šimpanzem - 51% genomu sdílíme s kvasinkami - 57% s brukví zelnou © (květák, kedluben a zelí byly vyšlechtěny z brukve zelné) Historie • Platón - svět je stálý, každá věc má svou substanci ve světě idejí, v čase se zvířata, rostliny ani lidé nemění • Aristoteles - rozdělil organismy na rostliny a zvířata, všímal si různé složitosti, na vrchol umístil člověka • křesťanství - sloučení představ Platóna a Aristotela s Biblí Historie • Karl Linné - 18. století, otec systematické biologie, zavedl rodová a druhová jména • geologie - objevy zkamenělin vyhynulých živočichů => počet druhů na Zemi se musí od stvoření snižovat Historie • Georges Cuvier - 18./19. století, teorie kataklyzmat - Bůh stvořil skupinu rostlin a zvířat, přišla katastrofa, Bůh stvořil novou skupinu rostlin a zvířat,... až v posledním stvoření Bůh stvořil také Adama a Evu - rozdělil živočichy na 4 kmeny Historie • Jean Babtiste Lamarck -18./19. století, lamarckismus - evoluce probíhá mechanismem předávání rozvíjených vlastností dětem (žirafa se natahuje po listech vysoko, prodlouží sejí krk => její potomci budou mít delší krk,...) Historie • Charles Darwin -19. století - O původu druhů - vydáno 1859 - sesbíral důkazy pro evoluci (přijetí vědeckou komunitou trvalo jen 15 let) a vysvětlil její mechanismus = přírodní výběr Darwinismus • tzv. Darwinova teorie dnes zahrnuje hlavních různých myšlenek: - druhy nejsou stálé, mění se v čase -všechny organismy pocházejí ze společných předků -evoluce je gradualistická (postupuje bez skoků a diskontinuit) - nové druhy mohou stále vznikat - evoluce postupuje principem přirozeného výběru Darwinismus • jedinci se odlišují a jejich schopnost přežít a rozmnožit se je nestejná, což vyvolává změny v populaci • vhodné vlastnosti se hromadí • prostředí změny netvoří, prostředí změny vybírá Neodarwinismus spojení Darwinismu s dalšími vědami (především genetikou populací a molekulární biologií) Zdroj: 3D Science.com http://www.3dscience.com/3D Models/Bioloqy/DNA/DNA with Phosphate.php Teorie sobeckého genu • autoři: George Williams a William Hamilton, zpopularizoval Richard Dawkins • přírodní výběr probíhá na úrovni genů • organismy jsou pouze schránky sloužící k šíření genů • protinázor - geny nejsou přírodnímu výběru přímo viditelné, důležitý je fenotyp Pohlavní výběr jeden z nejdůležitějších aspektu evoluce může působit proti obvyklým selekčním tlakům může působit jen do určité hranice Zdroj: Naturfoto.cz http://www.naturfoto.cz/fotoarafie/sevcik/pav-korunkatv-pavo-cristatus-1.ipg Evoluce sociálního chování • u sociálně kooperujících organismů se vyvinuly instinkty, které daly základ morální chování • to umožnilo jedincům navzájem spolupracovat a přežít Teorie sobeckého genu • autoři: George Williams a William Hamilton, zpopularizoval Richard Dawkins • přírodní výběr probíhá na úrovni genů • organismy jsou pouze schránky sloužící k šíření genů Genetický determinismus • versus sociální determinismus, znamení horoskopu apod. • svoboda spočívá v projevení vašeho vlastního determinismu © Děkuji za pozornost ... then he yelled "evolution!" and simply jumped out ... Zdroj: Klang Art http://www.klanaart.ch/wordpress/wp-content/uploads/2008/04/evolution fishioke.ipg Literatura pro zájemce • Matt Ridley: Červená královna, Původ ctnosti, Genom • Jared Diamond: Třetí šimpanz • Marek Orko Vácha: Návrat ke stromu života Panorama Biologie 1/10 ŇáŠĚt - f A,! líCÝ ■:7-rr" 'IV ff J «^ blood circulation KREV a OBEHOVÁ SOUSTAVA Krev Krev je kapalná cirkulující tkáň složená z tekuté plazmy a krevních buněk. Řadí se mezi trofické (tekuté) tkáně, jejichž funkce se týkají výživy. Řecký výraz pro „krev" je „haima", medicínské termíny související s krví proto často začínají na herno- či hemato-. Funkce krve * doprava živiny (kyslík, glukóza) a stopových prvků do tkání a odvod některých odpadních produktů (např. oxid uhličitý, kyselina mléčná) * transport buněk (leukocyty, abnormální nádorové buňky) a různých substancí (aminokyseliny, lipidy, hormony) do tkání a orgánů Anatomie krve Krev se skládá z krevních elementů (45%) a plazmy (55%). Krevní plazma Vodní roztok obsahující 90 % vody, 7 % plazmatických proteinů, 1 % anorganických solí a roznášené látky. Bílkoviny krevní plazmy (např. albumin, globulíny) tvoří osmotický tlak krve, přenášejí různé látky. Plazma po odstranění srážecích faktorů (např. fibrin) se nazývá sérum. Krevní buňky Červené krvinky (96%), bílé k. (3%), krevní destičky (1%) Průměrný lidský organismus obsahuje asi 4-6 litrů krve (asi 8 % tělesné hmotnosti). Dospělí lidé mají asi 60 ml krve na kilogram tělesné hmotnosti. Hemoglobin - červený dýchací protein, který transportuje dýchací plyny. Přenos dýchacích plynů Volně rozpuštěné v plazmě: někteří bezobratlí, např. hmyz Vázané na respirační proteiny: * hemoglobin - železo, červený * hemocyanin - meď, modrý; korýši a měkkýši * vanadiny - vanadium, zelené, modré či oranžové; pláštěnci Hemoglobin Iron Fe u Nteme J-i^V &v Respirační proteiny zvyšují kapacitu pro přenos kyslíku. U mnohých bezobratlých jsou tyto proteiny volně rozpuštěné v krvi. U obratlovců jsou obsaženy v červených krvinkách, což umožňuje další zvýšení koncentrace respiračních proteinů bez zvýšení viskozity krve nebo bez poškození ledvin. Produkce a rozklad krve Tvorba krve * kostní dřeň produkuje krevní buňky v procesu zvaném krvetvorba * játra tvoří proteinové složky krve * endokrinní žlázy produkují hormony * zažívací trakt a ledviny udržují vodní frakci Rozklad krve * slezina - zánik krevních buněk * játra - zánik krevních buněk, vychytávání proteinů a AK * ledviny - vychytávání proteinů, regulace množství vody Životnost krvinek <1 týden (bílé kr.), 2 týdny (kr. destičky), 120 dní (červené kr.) Krvetvorba - hematopoéza Kmenové buňky I-----------------1 Prekurzory Zralé buňky u sebeobnova T - lymfocyt B - lymfocyt Erytrocyt Trombocyt Bazofil Eosinofil Neutrofil Monocyt Osteoklast Červené krvinky - erytrocyty Popis • kulovitý, na průřezu piškotovitý tvar (zvětšení plochy pro výměnu plynů) • neobsahují buněčné jádro a organely (nejsou to plnohodnotné buňky) m^s%&+p ptáci räü"3- Äl «TO savci 0 v Affe ^ * I * il JF2000. OfttehenE. Karncin Funkce • přenos dýchacích plynů, které jsou uvnitř buňky vázány na hemoglobin • transport kyslíku z plic k tkáním, oxidu uhličitého z tkání do plic a pryč z těla RedblcxKj 3^ „ * Irum uirjgs Červené krevní buňky nesou na svém povrchu molekuly, které definují různé krevní typy. tu tissue cells —^ j» molecules ÍKvgiírt himtleJ with ticniugítrfiin molecules Krevní skupiny - systém ABO Typ krve je určen jediným genem se třemi alelami: A, B a O A, B ... dominantní (kodominance) 0 ... recesivní Krevní skupiny dány přítomností antigénu A a B na povrchu erytrocytu. skupina genotyp antigen protilátky A (45 %) AA A0 A anti-B B (20 %) BB B0 B anti-A AB (5 %) AB AiB - 0 (30 %) 00 - anti-B i anti-A Krevní transfúze Je životně důležité použít pouze krevní skupinu, která příjemce nepoškodí. AB ... univerzální příjemce 0 ... univerzálního dárce Krevní skupiny - systém ABO Dědičnost Krevní skupiny se dědí po obou rodičích. př. Které krevní skupiny mohou zdědit děti rodičů: matka s genotypem AO, otec genotypu AB? r\? A 0 A AA AO B AB BO možné skupiny: A B AB př. matka AB, potomek AB, možní otcové 1. A 2.0 3. AB Krevní destičky - trombocytv Popis drobné buňky oválného tvaru s výběžky a panožkami, neobsahují jádro vznikají fragmentací cytoplasmy obrovských buněk megakaryocytu Funkce • trombocyty mají schopnost přilnavosti a shlukování se • podílí se na procesu srážení krve (koagulace), při každém poranění krevní cévy umožňují tvorbu uzávěru (trombu), který brání větším ztrátám krve --^Ve3Síl Injury Blood coagulation cascade Fibrinogen Trombin Fibrin + trombocyty + zachycené erytrocyty i trombus fibrinolýza Koagulace je zahájena kaskádou reakcí koagulačních faktorů. Chyběni kteréhokoli z nich vede k poruchám srážlivost krve, což se projevuje navenek projevuje chorobnou krvácivostí. Např. hemofílie A (FVIII), hemofílie B (FIX) Opačným problémem může být trombóza, kdy v organismu vznikne nežádoucí trombus Bílé krvinky - leukocyty Popis • leukocyty = souhrnný termín označující krevní buňky, které mají ve srovnání s červenými krvinkami světlejší barvu a obsahují jádro • rozlišujeme několik druhů leukocytu lišících se velikostí, tvarem jádra a funkcí agranulocyty granulocyty lymfocyty 23% monocyty 5% bazofily 1 % neutrofily 65% eosinofily 3% Funkce pohyblivé buňky (améboidní p.) se schopností adheze, diapedézy a fagocytózy jsou součástí imunitního systému, podílejí se na obraných reakcích organizmu, zmnožují se při infekcích a zánětech agranulocyty monocyty granulocyty 1 % neutrofily 65% eosinofily 3% Lymfocytv Popis • kulaté jednojaderné buňky s malým množstvím cytoplasmy • 2 základní skupiny lymfocytu lišící se svojí funkcí T - lymfocyty B - lymfocyty Funkce • zajišťují specifickou imunitu organismu (antigen specifické receptory) • pouze menší část lymfocytu je obsažena v cirkulující krvi, většina je v kostní dřeni, ve slezine, lymfatických uzlinách a míze • po rozeznání cizí částice spustí obrannou reakci organismu vedoucí k odstranění patogena • B - lymfocyty produkují protilátky T- lymfocyty působí přímo likvidací buněk B - lymfocyty vznikají a dozrávají v kostní dřeni odkud krví putují do lymfatických uzlin, sleziny a střeva hlavní funkcí B - lymfocytů je tvorba protilátek (imunoglobuliny - Ig) po rozpoznání antigénu (cizí částice) se B - lymfocyty pomnoží a přemění na tzv. plazmatické buňky, které produkují velká množství protilátek. Ty se pak dostávají do krve, dýchacích cest, střeva, a dokonce do slz (u kojících žen pak do mateřského mléka). Invading >, Macropl bacteria Antibodies upon bacteria ff -« Plasma cell Protilátky Protilátky jsou vysoce specializované bílkoviny séra, které rozeznávají a zneškodňují cizí objekty v organismu. Dokáží reagovat prakticky s jakýmkoliv antigenem, a tedy se součástmi jakéhokoliv mikroorganizmu, který napadne naše tělo. Existují tedy protilátky, které reagují na virus dětské obrny, jiné jsou namířeny proti viru spalniček a jiné proti bakteriím způsobujícím záškrt... Specifické rozeznání antigénu funguje na principu „zámku a klíče". Jakmile protilátka zareaguje na specifický antigen, spustí se řetěz reakcí, které vedou k eliminaci daného patogena. Funkce protilátek: opsonizace = „ochucení", neutralizace, tvorba komplexů Jednotlivé protilátky se od sebe liší nejenom svojí schopností vázat se na různé typy antigénu, ale i rozdílnou chemickou strukturou. Tyto třídy jsou: IgG, IgA, IgM, IgEalgD. Protilátky třídy IgG jsou schopné pronikat do tkání a jako jediné během těhotenství prostupují placentou do těla plodu. Protilátky třídy IgA vznikají hlavně ve sliznicích (střeva a dýchacích cest) a zabraňují průniku mikroorganizmů do těla. Protilátky třídy IgM se tvoří jako první během infekce. Zajišťují tak ochranu organizmu během prvních dní, než se vytvoří ostatní typy protilátek. Protilátky třídy IgE se účastní hlavně při obraně proti cizorodým parazitům a účastní se alergických reakcí. Funkce protilátek třídy IgD je stále nejasná. ioo tgžkě řelězc« r 11 »lü vázající antigen ft Iŕrhkŕ řetězce IgA J-řetězec &ekrečrii komponenta Ig* se vyskytuje nasüimckih »lwaMie«iíí molekul p«j*iiáHty SppjewpíHiJ-Jftůupem, opetíefTrBííMí1^ ttfcieéni kĎmfXmsiitou- IgMse shfedá i5 motekul rxotiiateKsooteriřih (tohro-rnactř VonSbětiu "fekse ee BKHjníiišiksíípn jsfeppfvni'. Základní struktura imunoglobulinu & Antigens Antigen Antigen-binding site light cha i n heavy chain Antibody T - lymfocyty vznikají v kostní dřeni, záhy putují do brzlíku,. dokončen (pokud brzlík chybí, chybí i zralé T lymfocyty)" zralé T lymfocyty putují do lymfatických orgánů, hlavně lymfatických uzlin, sleziny, kostní dřeně a krve. stejně jako protilátky mají i T lymfocyty schopnost specificky vázat antigény. Umožňují jim to molekuly podobné protilátkám na jejich povrchu. T- lymfocyty nemají schopnost tvořit protilátky. Jejich funkce je jednak přímá (likvidují buňky napadené mikroorganizmy), jednak nepřímá (regulují funkci ostatních imunitních buněk). TOR Podle funkce rozdělujeme T lymfocyty do dvou základních skupin: zabíječské (Tc - cytotoxic) T - lymfocyty přímo zabíjejí nežádoucí buňky. Viry mají schopnost přežívat, a množit se uvnitř buněk lidského těla. Infikované buňky musejí být zlikvidovány, aby se infekce dále nešířila. pomocné (Th - helper) T lymfocyty, které podporují funkce ostatních buněk imunitního systému (Tc, B -lymfocyty, makrofágy) Killer cell Target-oriented granules Surface contact Target cell {infected with a virus) Death of both the infected cell and the virus T - lymfocyty jsou cílovými buňkami viru HIV agranulocyty lymfocyty granulocyty 1 % neutrofily 65% eosinofily 3% Monocvtv Popis * • velké, jednojaderné buňky s kulatým nebo ledvinovitým jádrem • tvořeny v kostní dřeni, vyplavovány do krevního oběhu, kde kolují cca 8 hodin. Poté vstupují do tkání a tam se mění na makrofágy. Tkáňové makrofágy se liší v závislosti na tkáni - Kupferovy buňky, histiocyty, osteoklasty či mikroglie. Funkce • monocyty a makrofágy jsou součástí imunitního systému. Základní funkcí makrofágu je fagocytóza bakterií, cizorodých látek či mrtvých buněk Alveolárni makrofág atakující E. coli (zvětšeno 3.500x) agranulocyty lymfocyty monocyty 23 % 5 % granulocyty bazofily neutrofily eosinofily 1 % 65 % 3 % Granulocyty Popis • obsahují členité (polymorfní) jádro tvořené 2 - 5 segmenty • v cytoplazme obsahují cytotoxicka granula, dle kterých se granulocyty dělí na: * neutrofilní - růžovo-fialová granula * eozinofilní - oranžová až červená granula * bazofilní - tmavomodrá granula Funkce • granulocyty jsou součástí nespecifické imunity • podílejí se na likvidaci bakterií a parazitů Neutrofilní granulocvtv • profesionální fagocyty s nezastupitelnou rolí při zánětech • jejich hlavní úlohou je fagocytoza cizorodého materiálu. Pokud je cizorodá částice obklopena specifickými protilátkami (opsonizace), je jejich pohlcení usnadněno. • schopnost chemotaxe = schopnost migrovat k místu s největší koncentrací určitých látek bakteriálního nebo vlastního původu • schopnost diapedézy = proces pronikání neutrofilů z krevního řečiště stěnou krevních kapilár do místa zánětu • nejčetnější typ bílé krvinky v krvi člověka s nejkratší životností (12 hod v krvi, 1-2 dny v tkáních). Neutrofily mohou fagocytovat pouze jednou, potom buňka zahyne. Vytéká-li z rány hnis -je tento tvořen především mrtvými neutrofily. Activation Rolling AdhEsion Transmigration O q #5 m. «4^ Eosinofilní granulocvtv • slabá fagocytární aktivita • hlavní úlohou je obrana proti parazitárním onemocněním (prvoci, tasemnice, hlístice). Hromadí se v místech pronikání parazitů do těla (plíce, trávící ústrojí), přichycují se na jejich povrchu a degranulací uvolňují látky, které parazity poškozují. • uplatňují se také při alergiích, při kterých se může jejich množství znatelně zvyšovat. Histopatologický snímek močového měchýře ukazující vajíčka Schistosoma haematobium obklopená eozinofily. Bazofilní granulocvtv • málo pohyblivé, nejméně četné ze všech granulocytů i bílých krvinek • na membráně přítomny receptory pro protilátky typu IgE • jejich hrubá granula obsahují značné množství heparinu a histamínu, což jsou látky účastnící se zánětlivé odpovědi a především alergických reakcí • obdobou bazofilů v tkáních a pojivu jsou žírné buňky Histamin • fyziologicky účinný - působí na hladké svalstvo, rozšiřuje cévy • uplatňuje se při vzniku zánětu (prostupnost cév) a zvyšuje vylučování žaludeční šťávy Mast ceUs release histamines • nadměrné uvolnění při alergické reakci ^^ the atiergen is encountered způsobuje otok, zúžení průdušek, poruchy činnosti cév, kopřivku aj • potlačení jeho působení je součástí léčby alergických stavů a žaludečního vředu (antihistaminika) • -*■.* . "« . ©ADAM, Inc. Alergická reakce přehnaná, nepřiměřená reakci imunitního systému na látku, se kterou se běžně setkáváme v našem prostředí (alergen) způsobena nesprávnou aktivací protilátek IgE a vyplavením určitých látek (př. histamíny) ALLERGIC REACTIONS Injection Ingestion Inhalation 4U? 9 široké spektrum projevu: * lokální symptomy = alergická rýma, zánět spojivek, zúžení průdušnice, ekzém, vyrážka aj. * systémová alergická reakce nazývána anafylaxe může vyvolat dokonce smrt poison JEk plants i^ animal b« medication sting animal medicatio dander pollen latex & dust « moLd & .Ju,- mildew animal dander ^ a léčba * tlumení projevů alergie některými léky (antihistaminika, kalcium, kortikoidy) * u některých typů alergie je možná postupná desenzibilizace (ztráta přecitlivělost na příslušnou látku) dotaz na alergii je součástí anamnézy, důležité je zjištění alergie na léky (některá antibiotika, Acylpyrín, místní anestetika aj.) Vyšetření krve Normální hodnoty laboratorního vyšetření krevního obrazu Hemoglobin (HB) Hematokrit (HT) Erytrocyty (RBC) Střední objem erytrocytu (MCV) Střední hmotnost erytrocytu (MCH) Střední koncentrace Hb v erytrocytech (MCHC) Distribuční křivka erytrocytu (RDW) Trombocyty (PLT) Střední objem destičky (MPV) Distribuční křivka destiček (PDW) Leukocyty (WBC) muži: 134-175 g/l ženy: 120-165 g/l muži: 0,40-0,54 ženy: 0,35-0,45 muži: 4,0-5,3 xio12/l ženy: 3,8-5,2 xio12/| 80-95 fl 27-32 pg 320-370 g/l erytrocytu 11,6-15,2% 140-440 xl09/l 7,8-11,0 fl 15,5-17,1 % 3,8-10,0 x109/I Plazma Flementy Leukutyly d trombocyty ťyLiuCyly Diferenciální rozpočet leukocytu Segmenty neutrofilní 50-75 % Tyče 1-5% Eozinofily 1-5% Bazofily do 1 % Monocyty 3-10 % Lymfocyty 15-40 % Lvmfocvtv T-lymfocyty 30-60% B-lymfocyty 20-30% Imunoqlobulínv IgG 75% IgA 15% IgM 10% igD 0,2% "gE 0,004% White Blood Cell Distribution Basophils Eosinophils Monocytes Lymphocytes Neutrophils 0.00%' ■ Maximum Q Minimum 60.00% 80.00% o - 5 I Z E Monocytes V utlE* ' ' / Neutrophils r I-------1-------1-------1-------r T I-------1-------r 7* - COMPLEXITY Nemoci krve Normal amount of red blood cells Anemic amount of red blood ceils Anémie (chudokrevnost) • soubor příznaků, při kterém je v krvi snížený počet červených krvinek a množství hemoglobinu. Snížený bývá také hematokrit. příčiny vzniku anémie * porucha tvorby červených krvinek (nedostatek Fe, vit. B12, kyseliny listové) * útlak kostní dřeně nádorovými buňkami (př. leukémie) * ztráty krve * poruchy hemoglobinu (př. srpkovitá anémie) příznaky anémie * výrazná bledost, únava a rychle dýchání * bolesti hlavy, hučení v uších a bušení srdce * nechutenství, obtíže při polykání, hubnutí, zácpa nebo průjem * opakované infekce a špatné hojení ran * celkově podrážděnost anebo naopak lhostejnosti až apatii Leukémie Jedná se o skupinu nádorová onemocnění krvetvorby. Její příznaky byly známy již v době starověkého lékaře Hippokrata (asi 460 - 370 př. Kr.), avšak jako nemoc je popsána až v letech 1839 - 1845, kdy již bylo možné klinické vyšetření doplnit mikroskopickým vyšetřením krve. Byl to Rudolf Wirchow, jeden z nejslavnějších lékařů všech dob, který v listopadu 1845 publikoval svou práci, v níž dokázal, že u 50leté kuchařky, která zemřela po roční nemoci a měla „bílou krev", nešlo o hnisavý proces, jak se tehdy myslelo, ale o samostatnou zhoubnou nemoc, kterou po 2 letech nazval leukémií. Dnes víme, že leukémie představují nesourodou skupinu nádorových chorob, u nichž nádorové bujení vychází z nezralých stádií buněk krvetvorby. Tato jediná nádorově zvrhlá krevní buňka se začne nekontrolovane množit, poškozuje a nakonec zatlačuje buňky normální krvetvorby, využívá možnosti rozsevu krevní cestou a zaplavuje různé orgány organismu. Leukémie jsou poměrně vzácné. V ČR se jich odhalí ročně méně než 1000, což odpovídá asi 1,7% všech nově zjištěných zhoubných nádorů. STEM CELLS COMMITED PROGENITORS MATURE CELLS T-Lymphocyte B-Lymphocyte /Plasma cell lymfoidni leukémie u Self-renewal O^0oo Erythrocyte Megakaryocyte /Platelets Basophil /Mast cell Eosinophil Neutrophil Monocyte/ Macrophage/ Kupffercell Langerhans cell Dendritic cell Osteoclast myeloidni leukémie Oc-CFC(?) Oběhová soustava Krev se pohybuje v oběhové soustavě, která se skládá ze srdce a cév. Činnost srdce přiděluje krvi příslušnou energii. Srdce: dutý sval tvořený srdeční svalovinou. Svalovina tvoří síť a pracuje jako celek ve 2 fázích: neustále se rytmicky smršťuje (systola) a ochabuje (diastola). Střídání těchto dvou fází způsobuje přečerpávání krve. Diastola: srdce se plní krví, která přitéká ze žil. Nejprve se plní síně (levá se plní okysličenou krví, pravá odkysličenou) => Systola: krev přichází do komor přes srdeční (cípaté) chlopně. Postupně se smršťují nejprve síně (krev se dostane do komor), pak se cípaté chlopně uzavřou, zvyšuje se tlak a pak se otevírají chlopně poloměsíčité, ze kterých se krev pod tlakem dostává do tepen. Oběhová soustava Krevní oběh: Okysličená krev jde z levé síně do levé komory a poté aortou do celého těla. Tam se krev odkysličuje, protože 02 se přeměňuje na C02 Odkysličená krev jde žilou do pravé síně, pak do pravé komory, plicnicí (plieni tepnou) do plic, kde se okysličuje a vrací se zpět plieni žilou jde do levé síně. Oběhová soustava Cévy Tepny vedou krev od srdce. Krev v nich proudí pod vysokým tlakem, proto mají tlustší stěnu než žíly (obsahují také elastickou blanku, umožňující pružné roztahování a stahování tepny) Žíly přivádějí krev z těla do srdce. Stěna cév je tenčí než u tepen a má kapsovité chlopně, které zabraňují zpětnému toku krve. Vlásečnice tvoří jedna vrstva buněk (endotel). Stenaje tenká a umožňuje pronikání plynu a živin z krve do tkání. Při průchodu živin vlásečnicemi do tkání se vytváří tkáňový mok. Mízní soustava Odvádí ze tkání velké molekuly a jiné látky, které nemohou projít stěnou kapiláry (bílkoviny, kapénky tuku), část tkáňového moku míza (lymfa): podobné složení jako krevní plazma, obaluje však méně bílkovin a jsou v ní obsaženy bílé krvinky mízní cévy: začínají ve tkáních jako slepé výběžky, postupně se spojují v hrudní mízovod (odvádí mízu do žilní krve) . mízní uzliny: vloženy do mízní soustavy. Jejich hlavní funkce je filtrování mízy (zbavuje se mikroorganismů, toxických látek, prachových částic). Obsahují vysoký počet bílých krvinek. tfADAM Dárcovství krve • jedná se o odběr krve pro medicínské účely • odběr: 470 ml krve, 8-12 minut, muži 4x/rok, ženy 3x/rok • podmínky pro dárce + občan ČR, zdravotní způsobilost, 18-65 let, > 50 kg + 12 hodin před odběrem nekonzumovat: alkohol, tučná jídla, čokoláda, ořechy, mléčné výrobky, kořeněná jídla - onemocnění ledvin, srdce, nervové s., jater, TBC, malárie, AIDS, syfilis - alkoholismus, toxikománie - kontakt s infekčními osobami - užívání léků (1 měsíc), transplantace orgánů, krevní transfuze, imunizace - přisáté klíště (1 měsíc) - pobyt ve vězení, tropech - rizikové zákroky mimo zdravotnická zařízení (tetování, piercing, akupunktura; 6 měsíců) - těhotenství • výhody pro dárce placené pracovní volno (24 hod.) snížení základu daně z příjmů (2000 Kč/rok) občerstvení v místě odběru Využití darované krve 1. krevní transfúze • těžké úrazy, operace, léčba otrav • lidé s umělou ledvinou, zhoubným onemocněním krve 2. léky vyrobené z krve • léčba poruch srážlivosti krve, obranyschopnosti • léčba popálenin OVEMU ŘEKNI „ANO" BEZPRISPEVK DÁRCOVSTVÍ KRVE Každé tri sekundy někdo potřebuje krev. Nikdy nevis, kdy sám ji budeš potřebovat! zlín Trr ,-KOHAK Klf?U ■...!■■!.: iii.i ■ ■. ii ■ = 1. ■.--......i ■■.!■.! 1 ■!, i. j£ .-.ii. :'.. prima v rtócnůcrijťc prů pacFemy po autohavArlich, p>rl růísáhlýeh opeMficn, pta řrtiy pot^žkych porodech. A dále Je ípraMi/ávánů ha kr—>-i n deriváty pro utmiocn? s po«Jthiimi srážlivostL imunity Ö s onkológ irkýrn on e moc n en [m. *w* anriban\na ŕ\ nn.rrtnwi irawnŕ t -M t*** J ■ Zlínský kraj /P* á%rJm\ *w' r Jiitrauwrv r 1 Nikol - studentka zdravotní š koty 20 let Aiia daruji krev. protože si jako jrdravcinkf uvedomuj i doJcíiiosr lidské kr ve pre záchranu ti vi hú. .. NUTNÉ däj ik HLED/ÍME/C i DÁRKYNĚ A DÁRCE ^T. £ PLAZMVJ J^JT > ji*uphF-f mi iiii| ky^htui«^ kurJiHtahvUtUilrKj. ŕfe V[ 1 ]a^*!m' '......mi \r*+* -+ľ>«±i±i*t>*T JH 1 ■riťHt-TiHr-íTJr-Hrt^v —+nirŕ-'-'t If J .- i[ Äf ph^-u«^ ■■ 1 jŕ j jFi 0*tt*Iť*JtM! Rnét 10.00 - 1H30 tntifl Vt.ŕ*- prosakuje větší množství plazmy do tkáňové tekutiny a buňky z něj tvoří pot Mazové žlázy: ústí do vlasové a chlupové pochvy, produkují kožní maz (ze kterého se z těla dostává cholesterol), činí pokožku vláčnou a hebkou, vlasy a chlupy chrání před vysycháním Mléčné žlázy: obalené tukovým pouzdrem,hormonálně řízená tvorba mateřského mléka Sexuální pachové žlázy: v podpaží, okolo konečníku, v kůži pohlavních orgánů Krycí soustava - kůže Kožní deriváty - chlupy, vlasy a nehty Nehty: zrohovatělé destičky na koncových článcích prstů vyrůstající z nehtového lůžka Chlupy, vlasy: vyrůstají z váčků ve škáře - vlasová cibulka - oblast neustále se dělících buněk, růst vlasu (0,3mm za den) - vlasová bradavka - vyživuje rostoucí vlas - vlasový váček - ústí mazové žlázy je-li výživa přerušena, netvoří se nové buňky, chlup odumře a vypadne Vlas má svůj sval "vzpřimovač,,: reaguje stahem na chlad, psychické podráždění Vlas obsahují pigment melanin melaninu s věkem ubývá - uvnitř vlasu vznikají vzduchové bublinky a z toho jsou šedé až bílé vlasy Padání vlasů:vratné a nevratné. Příčinami vratného vypadávání může být stres, těhotenství nebo nedostatek vitamínů. Nevratné vypadávání vlasů je důsledkem činnosti mužských hormonů testosteronu (adinydrotestosteronu). Pro omezení vypadávání vlasů je důležitá řada faktorů - zejména dostatečné prokrvení pokožky. Proto se dá vypadávání vlasů zmírnit masáží hlavy. Opěrná soustava - kostra Kostra (skelet) je oporou měkčím tkáním, tvoří pevný a přitom pohyblivý podklad pro upnutí svalů i ochranná pouzdra jiným orgánům např. lebeční kost mozku, žebra plícím atd.. Je tvořena kostmi a jejich spoji (klouby, vazy, chrupavka) Dospělý člověk má v těle 206 kostí (dítě po narození 270). Kostní tkáň buňky: osteocyty a osteoblasty - produkují kostní hmotu, osteoklasty - mnohojaderné, při přestavbě kostí odbourávají kostní hmotu mezibuněčná hmota: organická: kolagen,glykoaminoglykany anorganická: hydroxyapatit, CaC03 Stavba kosti Základní stavební jednotkou kosti je Haversuv systém (osteon). Je tvořen Haversovým kanálkem (prochází jím nervy a cévy) okolo nějž jsou buňky uspořádané do soustředných kruhů. -m ■ ..-.r i fc ■ ■ , ."--TT % ;■ - . . i Kostní tkáň: -Houbovitá: tvořena sítí kostních trámečků. -Kompaktní: pevná a tvrdá, tvoří souvislou tkáň Okostice: tuhý vazivový obal protkaný cévami a nervy, upínají se zde svaly. Pokrývá celou kost kromě kloubních konců, -vnitřní vrstvy okostice obsahuje buňky tvořící kosterní hmotu, pomoci nich kost tloustne - větví se do: Haversových kanálků (zalistují výživu do kosti) Chrupavka Kloub se skládá z kloubní hlavice a kloubní jamky Z vnitřní strany ho vystýlá synoviální vrstva - produkující tekutinu zmírňující tření Kloubní konce kostí jsou povlečeny chrupavkou Chrupavka: pevná a pružná nažloutlá tkáň tvořena chondrocyty, mezibunecnou hmotou a vazivovými vlákny (kolagen, elastin) Neobsahuje skoro žádné cévy => rány se nehojí Z chrupavky je tvořen hrtan, přední konce žeber, ušní boltec, nosní přepážka 49 Kostí Ír i v v i dren Nachází se v uvnitř dlouhých kostí a v kostech plochých. Je tvořena vazivem tvořící prostorovou síť, v níž jsou uchyceny buňky. Dření prochází bohatě větvené cévy. červená kostní dřeň: tvoří se zde krevní buňky - bílé a červené krvinky, krevní destičky. Ve vyšším věku je nahrazována tukovou tkání a vzniká žlutá kostní dřeň, červená dřeň zůstává pouze v plochých (lebka, lopatky, pánev, žebra) a krátkých kostech (obratie). žlutá kostní dřeň (morek): nemá krvetvornou funkci. Šedá kostní dřeň je degradovaná žlutá dřeň, můžeme ji najít u starých, podvyživených jedinců. Pohybová soustava Soustava svalová: svalová soustava tvoří s kosterní soustavou jeden funkční celek umožňující veškerý pohyb těla a udržení jeho vzpřímené polohy. Svaly umožňují pohyb jednotlivých orgánů a kostry, trávení, dýchání, vyprazdňování střev. Nejobjemnější tělní soustava (40% celkové hmotnosti). V lidském těle cca 600 svalů. Svalovina Existují 3 základní typy svalové tkáně: Hladká svalovina: tvořena jednojadernými buňkami, tvoří stěny žaludku, střev, dělohy a cév. Pracuje pomalu a dlouhodobě, nezávisle na naší vůli Příčně pruhovaná svalovina: kosterní svalstvo, skládá se z mnohojaderných buněk, řízena CNS, pracuje krátkodobě - po určité době nastává únava a tvorba kyseliny mléčné (bolest svalu po cvičení) Srdeční svalovina: kombinace hladkého a příčně pruhovaného svalstva, tvořeno jedno- až dvoujadernými buňkami, které jsou spojeny můstky, smršťuje se rytmicky nezávisle na naší vůli Stavba svalu Sval se skládá ze svalových vláken, vaziv a cév. Svalová vlákna jsou spojena řídkým vazivem ve snopecky a snopecky ve snopce. Na obou koncích sval přechází ve šlachy, jimiž se napojuje na kosti. Svalový úpon je velmi pevný -snáze se přetrhne sval než se vytrhne šlacha od kosti. Svalové vlákno je syncitium až 100 svalových buněk. Na jeho povrchu se nachází plazmatická membrána zv. sarkolema. Uvnitř jsou po stranách uložena jádra, mitochondrie, sarkoplazmatické retikulum a myofibrily (buňka -až několik desítek). Stavba svalu Myofibrily: Skládají se ze dvou typů vláken (filament) - aktinových a myosinových, které umožňují smršťování svalu. Myosinove filamenty: tvořená bílkovinou myosinem. Aktinove filamenty: obsahuje bílkoviny aktin vytvářející šroubovici, troponin a tropomyosin. z Aktin Myosin Dýchací systém Dýchací systém zajišťuje výměnu dýchacích plynů mezi organismem a vnějším prostředím. Dýchání zevní: výměna dýchacích plynů mezi krví a plícemi v plicních sklípcích (aveoly) Vdechovaný vzduch = 21% kyslíku, 0.03% C02 Vydechovaný vzduch = 14% kyslíku, 5% C02 Dýchání vnitřní: výměna dýchacích plynů mezi krví a buňkami (tkáněmi) Složení dýchací soustavy: Horní cesty dýchací: dutina nosní, vedlejší dutiny nosní, hltan Dolní cesty dýchací: hrtan, průdušnice, průdušky Plíce Dýchací systém Horní cesty dýchací: Dutina nosní: začíná nosními dírkami (nozdry) a ústí do nosohltanu. Dutina nosní je vystlána silně prokrvenou sliznici (řasinkový epitel) v něm jsou uloženy drobné hlenové žlázky. Funkce dutiny nosní je zbavování prachu (prach se zachycuje na řasinkovém epitelu) a oteplení přijímaného vzduchu. Dolní cesty dýchací: Hrtan: Dýchací cesty se kříží s trávicí cestou v oblasti hltanu (proto můžeme dýchat nosem i pusou). Je složen z 3 chrupavčitých prstenců (štítná, prstencová a hlasivková chrupavka). Mezi hlasivkovými chrupavkami jsou natažené hlasivkové vazy - umožňují artikulaci. Hrtan je vystlán sliznici, hrtanová záklopka zaklopí dýchací cesty (aby se to co polykáme nedostalo do dýchacích cest). Dolní cesty dýchací Prudušnice: Trubice dlouhá asi 10-15 cm. Větví na 2 prudusky. Tvoří prstenčité chrupavky tvořené vazy. Průdušnice je vystlána sliznici a kryta řasinkovým epitelem, ve kterém jsou uloženy hlenové žlázy (astmatici - velká produkce hlenu) Průdušky: Větví se na průdušinky (250 tisíc), které zasahují do plícních sklípků Plíce Párový orgán uložený v hrudní dutině nad bránicí. Vazivovou mezihrudní přepážkou je rozdělen na pravou plíci (má 3 laloky) a levou plíci (2 laloky a je menší). Má houbovitou strukturu složeny z plícních sklípků. Na povrchu plic je vazivová blána poplicnice. denně se vymění 10-15 litrů vzduchu novorozenec-růžová barva, dospělý člověk-šedá ADAM FTigTTiTtBlTiil © 1998 AD.AM. Software, Inc. Vylučovací systém Podílí se na udržení homeostázy, umožňuje vylučování zplodin metabolismu a toxických látek, s výjimkou C02, který je vydechován. Látky jsou vylučovány většinou ledvinami ve formě moči. Vylučovací orgán: ledviny Močové cesty: močovody, močový měchýř, močová trubice Moč je čirá světle žlutá tekutina, pH 5-7 (vegetarián - zásaditější moč) (95% voda, 3% organické látky (kyselina močová, močovina), 2% anorganické látky (soli - chloridy, fosforečnany, uhličitany, sírany) Moč zdravého jedince neobsahuje bílkoviny, krev a glukózu Toilets Ledviny Párový orgán uloženy ve vazivovém pouzdře obaleném tukovými polštáři, které je chrání před nárazy a nachlazením. Základní stavební a funkční jednotkou je nefron. Na povrchu je vazivové pouzdro, pod ním je ledvinová kúra (světlejší a zrnitější) a dřen (tmavší, má žíhání). Moč vytvořená v nefronech přechází do ledvinové pánvičky, ze které je vylučována do močovodu. Ledviny jsou bohatě zásobeny krví, pomocí krevního tlaku dochází k filtraci krve přes stěny vlásečnic glomerulu. Přefiltrovaná krev dále přichází do Bowmanova váčku a odtud do kanálků ve formě ultrafiltrátu krevní plazmy (bez bílkovin). V kanálcích nefronu dochází ke zpětnému vstřebávání vody a dalších látek do krve. V Henleově kličce a distálním tubulu se moč zahušťuje a odchází do sběrného kanálku a močovodu Glomerulus «PADÁM Močové cesty Ze 2 ledvinových pánviček vedou 2 mocovody, které ústí do močového měchýře močové trubice Močovod: párová trubice dlouhá 25-30 cm,stěny jsou tvořeny hladkým svalstvem vyplněným mnohovrstevným epitelem Močový měchýř : dutý orgán,tvar podle objemu - 500-700 ml, po naplnění 150-200 ml nutkání močení. Vyprazdňování ovlivněno 2 svěrači močové trubice - vnitřní svěrač je Kidney z hladké svaloviny a brání zpětnému chodu moči, vnější svěrač je z příčně pruhované svaloviny Ureter Vyprazdňování je částečně ovlivněno vůlí (do 720 ml), pak je reflexní - řízeno z křížové míchy Močová trubice : Vyúsťuje ze spodiny močového měchýře (u žen je dlouhá 3-5 cm, u mužů 15-20 cm) Bladder *ÁDAM Panorama biologie I 12 Smyslová soustava člověka Smysly - schopnost přijímat a vnímat podráždění nebo podněty z vnějšího nebo vnitřního prostředí prostřednictvím smyslových orgánů. Základní smysly: zrak, sluch, chuť, čich, hmat (teplo, chlad, bolest), smysl statický (polohový). Živočichové mají různě vyvinuté smysly a smyslové orgány. Zrak Orgánem zraku je oko. Oko je uložena v očnici, kde je napojena na zrakový nerv. čoŕka duhovka Stěna Oka bělima - tuhá bílá vazivová blána, vpředu přechází v průhlednou rohovku. cévnatka - obsahuje cévy a pigmentové buňky, má hnedočervenou barvu. Vpředu přechází v řasnaté těleso, na něm zavěšena čočka. Řasnaté těleso mění zakřivení čočky. Dále cévnatka vpředu přechází v duhovku - kruhový terčík z hladkých svalů, má otvor (zornice). Zornice se zmenšuje na světle a zvětšuje ve tmě, upravuje se tím množství světla vcházejícího do oka. Sítnice - nejvnitrnější vrstva, pozoruje se jako oční pozadí (oranžová až červená barva). Je na ní bělavé místo, kde odstupuje zrakový nerv = slepá skvrna. Blízko slepé skvrny je žlutá skvrna - místo nejostřejšího vidění. Čočka je průhledná bikonvexní útvar v oku. Láme paprsky tak, aby se koncentrovali do žluté skvrny na sítnici. To ji umužňují svalová vlákna řasnatého tělesa, které čočku vyklenují (akomodace čočky, při pohledu na blízké předměty), při pohledu na vzdálené předměty se naopak zplošťuje. S věkem pružnost čočky klesá - stařecká dalekozrakost. Zakalením čočky vzniká šedý zákal (katarakta). Zvýšený nitrooční tlak způsobuje zelený zákal (glaukom). Sklivec - rosolovitá průhledná hmota vyplňující vnitřní prostor oční koule. Oční komory - přední (mezi rohovkou a duhovkou) a zadní (mezi duhovkou a čočkou). Jsou vyplněné komorovou vodou. Vidění Sítnice obsahuje fotoreceptory (tyčinky a čípky). Tyčinky využíváme hlavně za šera a v noci (černobílé vidění). Tyčinky obsahují pigment citlivý na světlo -rhodopsin. Když rhodopsin absorbuje světlo, jedna jeho součást, retinal změní svojí strukturu a tím ovlivní celou konformaci proteinu, což je doprovázeno vznikem signálu na v neuronu. Čípky umožňují barevné vidění. Existují tři druhy čípků obsahující různé opsiny citlivé na rozdílně vlnové délky světla (rozlišují barvy -modrá, červená, zelená). Nejvíce soustředěny ve žluté skvrně. InMdiSisal aide Přídatné orgány oka 1) Okohybné svaly - příčně pruhované, upínají se na oční kouli (čtyři přímé, dva šikmé). 2) Oční víčka - chrání oko, mrkáním se zvlhčuje slzami, podkladem víček je kruhový sval oční, vnitřní stranu víček pokrývá tenká blána - spojivka. 3) Slzné žlázy - produkují slzy, zvlhčují oko, chrání před infekcí. Sluch Vnímání zvukových vln, orgánem sluchu je ucho . Lidské ucho vnímá zvukové vlny v rozsahu frekvencí 20 - 20 000 Hz. Nejcitlivější je pro tóny v oblasti okolo 1000 - 3000 Hz (mluvené slovo). I utlieť CörtlJiO ticniiit £Vllk3 vo ä rjMiŕrtá (ftíska F.iKtachDva trnhicť Boltec - elastická chrupavka, nezasahuje do ušního lalůčku, zachycuje zvukové vlny. Zevní zvukovod - dlouhý 2 - 3 cm, jeho kůže obsahuje mazové žlázy, produkují žlutohnědý ušní maz, vede zvukové vlny k bubínku. Bubínek - průměr 10 mm, tloušťka 0,1 mm, velmi pružný, zvukové vlny ho rozkmitají. Střední ucho - prostor v kosti spánkové, vpředu spojen Eustachovou trubicí s nosohltanem (ta vyrovnává tlak vzduchu před a za bubínkem). Střední ucho se skládá ze tří kloubně spojených sluchových kůstek. Kladívko leží jedním koncem na bubínku, druhým je spojeno s kovadlinkou , ta je spojena s třmínkem. Sluchové kůstky převádějí kmitání bubínku na předsíňové okénko. Vnitřní ucho - uloženo v kosti skalní, ohraničeno kostěným pouzdrem = kostěný labyrint. V něm je blanitý labirint vyplněný perilymfou. K němu je přisedlý blanitý hlemýžď. Spodní stěnu blanitého hlemýždě tvoří bazálni membrána, pod kterou jsou ukryté sluchové buňky Cortiho orgánu. Sluchové buňky mají vlásky (cilie), které se těsně dotýkají bazálni membrány. Vnímání zvuku Třmínek rozkmitá předsíňové okénko, rozechvěje se perilymfa, endolymfa a dojde k posunu krycí membrány proti membráně bazálni.Posun vede k nepatrnému ohybu vlásků sluchových buněk. Tento podnět vyvolá jejich podráždění. Vzruchy vedou nervem do spánkového laloku koncového mozku (centrum sluchu). Chuť Sliznice jazyka vybíhá v bradavky, kde jsou chuť ové pohárky s chuť ovými buňkami (chemoreceptory). Na nich začínají nervová vlákna. Chemické látky rozpuštěné ve slinách se dostanou do kontaktu s chuťovými buňkami, které se podráždí. Bitter Salty Sweet Umami Soui Čich Horní část nosní dutiny je pokrytý čichovým epitelem, který obsahuje čichové buňky (chemoreceptory). Plynné látky se rozpustí v hlenu, podráždí čichové buňky, vzruchy vedeny vlákny čichového nervu. Receptory na teplo a chlad (termoreceptory) a receptory zaznamenávající bolest (nociceptory) jsou velmi jednoduché. Jsou to volná zakončení dostředivých nervových vláken. Teplo a chlad - nejvíce tepelných receptoru je v kůži obličeje a na hřbetu ruky, nejméně v kůži zad. Chladových receptoru je v kůži asi 8krát více než tepelných. Receptory pro chlad jsou uloženy povrchově, pro teplo hlouběji v kůži. Bolest - je informace o ohrožení nebo poškození organismu. Receptory bolesti jsou často stimulovány chemickými látkami uvolňovanými poškozenými tkáňovými buňkami. Hot object Direction of impulse Pain receptors in skin Axon of afferent neuron Cell body of interrteuron Spinal cord Muscle contracts and withdraws part being stimulated Nervová soustava Nervová soustava slouží k zachycení a zpracování podnětů působících organismus a zajištění odpovídající reakce na ně. Pravá nervová soustava Pravá nervová soustava, přítomna v určité formě u všech ostatních kmenů živočichů, je tvořena sítí specializovaných nervových buněk -neuronů. Podněty jsou přijímány receptory ve smyslových orgánech (extero receptory) nebo ve vnitřních orgánech a tkáních (proprioreceptory) a neurony zajistí přenos vzruchu do efektom, výkonného orgánu, kterým je buďto sval nebo žláza. Průběh vzruchu Receptor => Neuron => Efektor se nazývá reflex a je základem všech nervových činností. Neuron Neuron, nervová buňka, je základní funkční a histologická jednotka nervové tkáně. Jsou to vysoce specializované buňky, schopné přijmout, vést, zpracovat a odpovědět na speciální signály. Výběžky neuronu Výběžky neuronů jsou dvou typů: krátké - tzv. dendrity a jsou dostředivé dlouhé - tzv. neurity neboli axony a jsou odstředivé Dendrity mají stejnou strukturu neuroplasmy jako tělo neuronu. V místě odstupu od těla jsou tlusté, postupně se větví. Dendrity jsou většinou krátké, větví se v blízkosti neurocytu a nemají myelinovou pochvu. Na povrchu dendritů bývají přítomné dendritické trny. Axon je vždy pouze jeden. Přenáší elektrochemický signál (akční potenciál) z neuronu na ostatní neurony. Axony jsou dlouhé až několik centimetrů a jsou obalené myelinovou vrstvou (ta izoluje axon a eletrochemický impulz od dalších neuronů). Každý axon je zakončený synapsemi (až 1000 synapsi na axon). Synapse se vyskytují v blízkosti dentritu jiných neuronů. Dojde-li k synapsi elektrochemický impuls, ze synapse se do prostoru uvolňují chemické látky-neurotransmitery ze synaptických váčků. Neurotransmitery jsou přijímány receptory na dentritech a indukují vznik akčního impulsu v dalším neuronu. Vznik nových kontaktů axon - dentrit je důležitý při procesu paměti. Axon NeurotransíriiHer released inlo synapse NeLľrotransnniKer auached to reoepior Neuínjiran3rmrr$r aioíedin vesicles Enzyme that deairoys neumí ran «ni »er Neurotransmitery: Glutamat - nejčastější aktivátor neuronů, učení, paměť. Hyperaktivace - epileptický záchvat. GÁBA- nejčastější inhibitor. Relaxace svalů, protikřečový. DOPA - chování, poznání, motivace, uspokojení, spánek, nálada, učení, soustředění. Snížení DOPA produkce - např. schyzofrenie. Serotonin - nálada, apetit, spánek. MDMA - zvyšuje uvolňování serotoninu. Melatonin - spánek. LSD - zvýšená syntéza melatoninu, autisté - snížená hladina. Acetylcholin - autosomální nervový systém. Nervové jedy - blokace rozkladu acetylcholinu - přeaktivování neuronů. Atropin - blokace vazby acetylcholinu na recpetor. Mozek Mozek je řídící orgán nervové soustavy (15-33 mld neuronů). Je uložen v lebeční dutině, ohraničen a chráněn lebkou. Společně s míchou tvoří centrální nervovou soustavu, která je nadřazeným nervovým centrem. Mozek je proti mechnickému poškození chráněn soustavou plen meningem. V lebeční dutině „plave" v mozkomíšním moku, který je rozváděn soustavou mozkových komor. Zadní mozek Zadní mozek je, s výjimkou mozečku, který je evolučně mladší, nejstarší částí mozku. Prodloužená mícha a most jsou součástí mozkového kmene, zodpovídají za udržení základních životních funkcí. Prodloužená mícha zajišť uje řízení činnosti srdce, cév, dýchacích pohybů, polykání, sání. Také se účastí mimických pohybů a koordinaci řeči. Copyright © The McGraw-Hill Companies, Ire, Permission required lor reproduclwn or display, Autonomic respiratory centers Pneumotaxic Apneustic center center Pons Medulla- oblongata Fourth ventricle Reticular formation a) Longitudinal section (cut-away) Varolův most je přímo napojený na prodlouženou míchu a ústí do středního mozku. Kontroluje žlázy vylučující sliny a slzy. Reguluje též zužování zornice, REM, okulokardialni reflex a hlavně dýchání. Střední mozek Zajišťuje souhru očí a pohyb hlavy za zvukem. Procházejí jím zprávy ze zrakového a sluchového ústrojí. Koordinuje převod signálu z míchy do mozku a naopak. Je součástí mozkového kmene. Mozeček zajišť uje udržování rovnováhy a řízení přesnosti pohybů. Copyright ©The McGraw-Hill Companies, Ire, Permission required tbr reproduction or display. M esence p hů!ic aqueduct Mam miliary body Mesencephalon Fourth ventricle Puns Medulla oblongata Pinea! gland , Corpora q u adrige min a White matter | (arbor vitae) f (a) M id sagittal section Mezimozek (diencephalon) je evolučně mladší část předního mozku, jeho součástí je Thalamus, kde se přepínají veškeré podněty z periferie, thalamus je považován za centrum zodpovědné za emoce, pocit hladu, agrese, strachu. V horní části se nachází žláza s vnitřní sekrecí - šišinka (epifýza), v dolní části se nachází podvěšek mozkový - hypofýza místo, kde dochází k propojení nervového a hormonálního řízení. Thalamus Hypothalamus Podvěšek mozkový (hypofýza) Žízeň Hlad Reprodukce Termoregul Spánek _/ šišinka Překřížení očních nervů Hypofýza Sytost C Amygdala párová mozková struktura umístěna ve střední části spánkového laloku. Amygdala hraje hlavní roli ve formování a uchování paměťových stop spojených s emočními prožitky s emocionálním zabarvením. Významně ovlivňuje chování při strachu, radosti. Hypocampus - párová struktura umístěná blízko maygdaly. Krátkodobé zpracování informací a prostorová orientace. www.BraixiGcntnetí ion.com * I W$ 4íienti|k LrJiinilt; CurptiľJiiun Koncový mozek - je nejmladší část mozku. Je rozdělen na dvě hemisféry, na povrch je kryt pláštěm který je krytý kůrou (kortex, tvořenou šedou kůrou mozkovou, což jsou těla neuronů). Vnitřek je vyplněn bílou hmotou (vlákna neuronů) a okrsky šedé hmoty, které tvoří podkorova centra, tzv. bazálni ganglia (ty jsou zodpovědné za koordinaci úmyslných i neúmyslných pohybů). Koncový mozek zpracovává vnější podněty - čichové, chuťové, zrakové, sluchové. Řídí úmyslné pohyby a řeč, provádí myšlenkové činnosti, iniciuje podmíněné reflexy.