Fyziologie člověka FSS 2011 zimní semestr MUDr Dagmar Brančíková, email dagmar.brancikova@fnbrno.cz Biologické vědy morfologické Jak to vypadá? Co tam patří? Kde to najdu ? •Tvar, vývoj a stavba živých •organismů • • •Anatomie • tvar velikost a uložení orgánů, pitva •Histologie a cytologie – • mikroskopická stavba tkání •Embryologie • vývoj vajíčka a zárodku • • • j0406796 > Biologické vědy funkční Jak to funguje ? K čemu to je ? Co se stane, když se to porouchá ? • •Fyziologie funkce a řízení orgánů •Biofyzika fyzik. Změny buněk a tkání, vliv záření •Biochemie •Genetika • j0400947 > Buňka •Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence • J.E.Purkyně 1837 • základní funkce - uchovat DNA a reprodukovat se; podle DNA syntéza bílkovin pro sebe i celý organismus, udržovat stálost vnitřního prostředí a řízenou výměnu látek a energií • •Lidské tělo obsahuje 75x1018 • • > Buňka •Je schopna •Samostatnému příjmu,zpracování a vyloučení živin •reprodukce •diferenciace specializace • stárnutí •smrti • > Buňka - složení •Jádro – genetická informace , • RNA, DNA, chromozomy , exprese genu •Organely – metabolismus, systémová funkce mitochondrie , endoplazmatické retikulum,ribozomy Golgiho komplex,lyzosomy,mitochondrie •Cytoskelet + cytoplazma - tvar a dělení •Obal - signály, ochrana > Funkce obalu •Transport aktivní-ATP , • pasivní-difuze ,bez ATP • •Komunikace kontakt sousedy • receptory a) signály v rámci celků autokrinní apokrinní • b) signály v rámci organismu elektrické humorální ( endokrinní) • • • • • > HER rodina Sc2-3_00180 HER1 HER2 HER4 HER3 The 4 receptors of the HER family are structurally similar, but have distinct characteristics that dictate their signaling specificity. HER receptors share a structural configuration comprised of an extracellular domain, a single hydrophobic transmembrane domain and a highly-conserved tyrosine kinase domain. The extracellular region contains four subdomains. Structural analysis suggests that domains I and III are similar, with repeating sequences of hydrophobic residues folded into a beta-helix. Cysteine-rich domains II and IV are also structurally similar, with a number of disulfide bonded moieties. The helical folds in domains I and II are largely responsible for ligand binding; domain II has a beta hairpin protusion that represents the dimerization loop exposed for interreceptor interactions in the ligand-bound state, and is held within a hydrophobic pocket of domain IV in the unbound state. In the ligand-bound state, domains I and III are closely apposed.^2,5 Proliferace Metastazování Angiogeneze Apoptoza Shc PI3-K Raf MEKK-1 MEK MKK-7 JNK ERK Ras mTOR Grb2 AKT Sos-1 Cílená molekulární léčba Identifikace cílových struktur a cest přenosu maligního signálu > I. Serebriiskii and E. Golemis, Fox Chase Cancer Center. Sos-1 Ras MEKK-1 MEK Shc PI3-K Raf MKK-7 Grb2 AKT JNK ERK Úplná identifikace cílových struktur a cest přenosu maligního signálu - mechanizmus účinku EFAS0074CZ052009 Funkce jádra kuchařka,knihovna •Jaderný chromatin • •Chromozomy- v průběhu dělení ,23 párů, 1 pár pohlavní XX nebo XY, DNA • •Jadérko- uložena RNA, vznik ribozomů, tvorba bílkovin > Jádro (karyon, nucleus) •základní genetický materiál DNA je v jádru uložen v podobě komplexu s pomocnými bíkovinami - histony v tzv. chromatinu. •v době buněčného dělení se chromatin organizuje do vyšších stupňů integrace a vytváří chromozómy, •existují mnohojaderné buňky, např. osteoklasty, které odbourávají kostní hmotu, nádorově změněné buňky i bezjaderné např.erytrocyty • > Funkce organel •Mitochondrie - elektrárna buňky , jejich funkcí je buněčné dýchání - mají tedy aerobní metabolismus, jehož pomocí vzniká energie v podobě ATP (adenosintrifosfát), kterou buňka následně může využívat k svým životním pochodům •mitochondrie obsahují svou vlastní mitochondriální DNA • > Funkce organel •Lysozomy- hydrolýza poškozených složek buňky +fagocytosa •Endoplazmatické retikulum- tvorba proteinů(informace) •Ribozomy malé zrnkovité útvary skládající se z proteinů a rRNA. Translace •Golgiho aparát složenou z plochých cisteren a různých váčků. dokončuje modifikace produktů syntetizovaných buňkou (přicházejících např. z endoplazmatického retikula), které se potom pomocí transportních váčků dostávají na místo určení (často jde o produkty určené na export z buňky. > Dýchací řetězec •Lokalizován ve vnitřní membráně mitochondrií mitochondrie > Buňka •Je schopna •Samostatnému příjmu,zpracování a vyloučení živin •reprodukce •diferenciace specializace • stárnutí •smrti • > Reprodukce – a proliferace •4 fáze: profaze, metafaze , interfaze, telofaze •Geny: retinoblastomový gen Rb , p53 •Cykliny, cyklindentdentní kinazy • •Mnohobuněčné organismy jsou členy vysoce organizované komunity ,jejich proliferace musí být regulována tak, aby se jednotlivé buňky dělily jen v případě , když je další buňka zapotřebí (náhrada nebo růst) • > Mitóza •1) Profáze Rozpuštění jaderné membrány a jadérek, vznikají 2 centrioly -> vzniká dělící vřeténko (mikrofilamenta, mikrotubuly), z chromatinu a jadérek vznikají pentlicovité chromosomy. (Touto dobou je již dávno po S fázi a veškerý genetický materiál je tudíž znásobený. Chromosomy jsou zdvojené, jsou ale stále spojeny v centroméře, než budou v anafázi roztrženy). •2) Metafáze Chromosomy se seřazují do rovníkové (ekvatoriální) roviny. Dělící vřeténko se navazuje na centromery chromosomů. Chromosomy zůstávají spojeny jen v centromerách. •3) Anafáze Roztržení chromosomů v centromerách zkracováním mikrotubulů dělícího vřeténka. Chromosomy putují k pólům buňky. •4) Telofáze Zánik dělícího vřeténka, despiralizace chromozómů, vzniká jaderná membrána a jadérka, počátek cytokineze. • > Meióza •redukční dělení dává za vznik haploidních buněk (pohlavní buňky). Jejím cílem je tedy zajistit, aby buňka získala pouze polovinu genetického materiálu. Má 2 fáze, a to 1. a 2. meiotické dělení. •1. Meiotické dělení Chromosomy nejsou roztrhávány, k pólům buňky putují celé sady. Na každém pólu tak zůstane vlastně 2krát jedna polovina gen. kódu. •2. Meiotické dělení Navazuje na první meiotické dělení. Mezi nimi již NEDOCHÁZÍ k další replikaci DNA. Probíhá téměř stejně jako normální mitóza. Výsledkem jsou tedy 4 dceřinné buňky, každá s jednou polovinou genetické výbavy. •pohlavní buňka se špatnou chromosomální výbavou dává za vznik zygotě, ze které vzniká celý plod, jehož každá buňka ponese příslušnou chromosomální aberaci > > Specializace - typy buněk podle funkce Co se po nich bude požadovat? •Multipotentní kmenová buňka –změní se v cokoli •Pluripotentní kmenová buňka –změní se v jakoukoli z okolí – jaterní, skeletární, krevní •Diferencovaná buňka –může se rozdělit a vytvořit stejnou jako je sama •Specializovaná - terminálně diferencovaná již se nemůže dělit ( červená krvinka, nervová buňka) • • • • > Krvetvorba (150) PLuripotentní autologní transplantace • > Protinádorové vakcíny pluripotentní buňka • > Tumour angiogenesis complex: many cell types and factors are involved Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Ferrara, et al. Nature;438(7070):967–74, copyright 2005 BMC PDGF-B Other angiogenic factors such as bFGF VEGF-A BMC BMC VEGF-A Other angiogenic factors SDF-1 HGF TGFa EGF PDGF-A PDGF-C TGFb Pericyte Capillary bud Endothelial cells Tumour cells Stromal cells > proliferace (dělení) diferenciace (specializace) proliferace diferenciace proliferace diferenciace proliferace diferenciace proliferace diferenciace diferenciace diferenciace proliferace (dělení) diferenciace (specializace) proliferace diferenciace proliferace diferenciace proliferace proliferace proliferace proliferace proliferace proliferace Blok diferenciace Leukémie Stárnutí a smrt buňky •Živočišné buňky mají vnitřně limitovaný počet buněčných dělení, kterými mohou projít –telomery •Pro své přežití i proliferaci potřebují živočišné buňky signály od jiných buněk, jinak nastupuje „sebevražedný program „ • zvaný apoptoza . •Nekrozou umírají buňky vlivem zevního poranění > Tkáň - soubor stejnotvarých buněk s jednou hlavní funkcí •Epitel - kryje volný povrch těla a vystýlá jeho dutiny • •Pojivo : vazivo, chrupavka, kost-regenerace,jizva • •Sval :hladká a příčně pruhovaná • •Nerv •Tekutiny : lymfa,krev,moč,slzy,sliny • > Tkáně jsou výsledkem specializace buněk • •Orgán je soubor tkání. •Stavební hierarchie organismu: • •buňka >> tkáň >> orgán >> orgánový systém >> organismus . • > Regenerace •obnova tkání je závislá především na výživě (cévním zásobení) tkání a geneticky podmíněné schopnosti tkáňových buněk dělit se. •Bezcévné tkáně (chrupavky, šlachy) se hojí pomalu. •Kosterní a srdeční sval se hojí vazivovou jizvou. •Nervová tkáň centrálního nervového systému nemá regenerační schopnost. • > Regenerace •Ad i ntegrum •Plnohodnotná •Fetální a embryonální •Dospělost: 1. jaterní tkáň 2. kostní dřeň 3. epitely (střevní sliznice) 4. transplantace •Jizva -reparace •Neplnohodnotná •Jen dospělost •Granulace • •Bez náhrady •Mozek, nervová tkáň >