Biologie buňky. proteiny, nukleové kyseliny, procesy genom, architekura (membrána), funkce mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace

Biologie buňky „Molecules of life“

proteiny, nukleové kyseliny, procesy

Struktura buňky Buněčný cyklus

genom, architekura (membrána), funkce mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace

Biologie tkání

extracelulární matrix, mezibuněčné interakce

In- vitro In-vivo Speciální aplikace

Principy laboratorních metod Principy laboratorních metod Krev, cévní náhrady, interakce buněk s materiály

Doporučená literatura

Alberts B. and coll. , 2003, Essential cell biology, New York and London, Garland Science

1665 - Robert Hook (korek, cellulae = buňka) Cytologie - věda zabývající se studiem buňek Buňka ozákladní funkční a stavební jednotka živých organismů onejmenší známý uspořádaný dynamický otevřený systém schopný udržovat se a rozmnožovat oVelká rozmanitost (tvar, velikost, fce) oPro všechny buňky platí: Jsou ohraničené cytoplasmatickou membránou Jde o samostatnou jednotku z hlediska genetické informace a produkce/spotřeby energie

3 hlavní skupiny (buňečných) organizmů oEUKARYA (eukaryota) oBACTERIA (eubakteria, prokarya) oARCHEA (archebakteria)

Figure 1-21, 22 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)

Universal features o o o o o o o o o

Dědičná informace – chemický kód - DNA Přepis genetické informace – replikace Přepis částí DNA do mediátoru – RNA, transkripce Proteiny – katalýza procesů v buňce Synteza proteinů – translace RNA Protein – fragment DNA (GEN) Potřeba Energie Základní stavební jednotky – cukry, nukleotidy, AA, lipidy CM

diversity o Horizontální přenos genetické informace, mutace, konzervativní a variabilní úseky DNA o Biochemická diversita o Zdroje energie, uhlíku (živin)

Nové geny vznikají z již existujících genů

Figure 1-37 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)

Molekuly v živých systémech - polymery

Proteiny – bílkoviny Hierarchická struktura

oPrimární str. (aminokyseliny) oSekundární str.(peptidová vazba, nevazebné interakce, sekundární struktury) Terciární str. (folding) Kavarterní str.

o o

Primární struktura proteinů - AMINOKYSELINY -aminokyseliny: konfigurace (podle Fischera)

D:

COO H CNH3+  R

COO L: NH3+ CH  R

Kódované aminokyseliny (20):  -aminokyseliny (kromě prolinu – NH2 skupina zabudována do cyklu) Amfionty – obojetné ionty Postranní řetězce - vlastnosti AA – skupiny AA

Hydrofobní aminokyseliny

Polární aminokyseliny

Kyselé aminokyseliny

Bazické aminokyseliny

Figure 3-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Peptidová vazba

>gi|307229470|ref|ZP_07515881.1| putative Cerebroside-sulfatase [Escherichia coli TA143] MQKTLMASLIGLAVCTGNAFNPVVAAETKQPNLVIIMADDLGYGDLATYGHQIVKTPNIDRLAQEGVKFTDYYAPAPLSSPSRAG LLTGRMPFRTGIRSWIPTGKDVALGRNELTIANLLKAQGYDTAMMGKLHLNAGGDRTDQPQAKDMGFDYSLVNTAGFVTDATLD NAKERPRFGMVYPTGWLRNGQPTPRSDKMSGEYVSSEVVNWLDNKKDSKPFFLYVAFTEVHSPLASPKKYLDMYSQYMSDYQ KQHPDLFYGDWADKPWRGTGEYYANISYLDAQVGKVLDKIKAMGEEDNTIVIFTSDNGPVTREARKVYELNLAGETDGLRGRK DNLWEGGIRVPAIIKYGKHLPKGMVSDTPVYGLDWMPTLANMMNFKLPTDRTFDGESLVPVLENKALKREKPLIFGIDMPFQDD PTDEWAIRDGDWKMIIDRNNKPKYLYNLKTDRFETINQIGKNPDIEKQMYGKFLKYKADIDNDSLMKARGDK PEAVTWG

Prim. Struktura - ZÁKONITOSTI: Primární struktura je zapsána v DNA (gen). Bílkoviny jeví druhovou specifitu (sekvenční homologie). “Zákon isopolárních záměn”. Polymorfismus bílkovin ("isobílkoviny").

Kovalentní struktura bílkovin (primární struktura + posttranslační modifikace) 1. Propojení řetězců kovalentními vazbami 2. Odštěpení částí řetězců 3. Úpravy postranních řetězců aminokyselin 4. Připojení mastných kyselin 5. Glykosylace 6. Fosforylace (dočasné či trvalé) 7. Připojení dalších prosthetických skupin (kofaktory enzymů...) 8. Metaloproteiny (koordinační kovalentní vazby různé síly) 1 - 3: jednoduché bílkoviny 4 - 8: složené bílkoviny

Typy nekovalentních interakcí uplatňujících se v živých systémech

Hydrofobní interakce

Sekundární struktura

Ramachandran Plot

Terciární struktura

hemoglobin




Svinování (folding) - neprobíhá náhodným způsobem - probíhá postupně a) malé dočasné periodické struktury b) supersekundární struktury c) strukturní domény a "roztavená" glubule d) závěrečné úpravy za účasti enzymů (peptidylprolin-cis-trans-isomerasa, proteindisulfid-isomerasa) - Potřebují bílkoviny ke svinování pomocníky?



Figure 3-37b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Konformace peptidového řetězce OBECNÉ ZNAKY PROSTOROVÉHO USPOŘÁDÁNÍ "ORGANISOVANÝCH" BIOPOLYMERŮ:

o Nativní struktuře odpovídá minimum Gibbsovy

energie, dané výhodností nekovalentních interakcí. o Nativní struktura je zakódována v kovalentní struktuře. o Prostorové uspořádání závisí na mnohočetných interakcích s okolím. o Prostorové uspořádání je jistým způsobem hierarchické. o Nativní struktura je vždy do jisté míry pohyblivá (konformační dynamické systémy). o Nativní struktura je kooperativní (náhlý denaturační přechod).

Dělení bílkovin podle jejich funkce stavební a podpůrné

transportní a skladovací

pohyb ochranné a obranné regulační

katalytická

kolageny, elastin, keratiny (fibrilární) bílkoviny cytoskeletu (tubulin, vimentin, též pohyb) nukleoproteiny (histony, ribosomální bílkoviny) hemoglobin a myoglobin (O2) transferrin a ferritin (Fe) sérový albumin (mast. kyseliny, bilirubin, hem...) apolipoproteiny (lipidy, cholesterol) cytochrom c (elektrony) bílkoviny zajišťující membránový transport aktin a myosin (+další) imunoglobuliny fibrinogen hormony receptory (membránové a intracelulární) regulační bílkoviny proteosynthesy enzymy

Enzymy = biokatalyzátory Každá (metabolická) reakce má svůj enzym

Enzymy – biologické katalyzátory

Jak dosáhnouti úspěchu aneb Co musí umět enzym? · účinné snížení aktivační energie · specifita účinku · specifita substrátová · regulovatelnost účinnosti (aktivity)

Enzym = buď jednoduchá bílkovina nebo apoenzym (peptidový řetězec) + kofaktor = holoenzym kofaktor: nepeptidová součást enzymu, která se přímo účastní chemické reakce (bez něj by to nešlo), častá souvislost s vitaminy

oprosthetická skupina (př. FAD, PLP, hem) okoenzym (druhý substrát) (př. NAD(P),CoA, ATP) o"nespecifické" organické sloučeniny: - kyselina askorbová (komlex s Fe) - některé další vitaminy okovy přímo se účastnící reakce (metaloenzymy, Zn, Fe, Se, Cu ...) ospecifické kovy, působící "nepřímo" (např. Mg a ATP)

Indukované přizpůsobení

Změna konformace hexokinasy způsobená vazbou substrátu

Regulace enzymové aktivity:

o„perfect enzyme“??? ona úrovni transkripce a translace (synthesa enzymu) opomocí změn kovalentní struktury (řízeno specifickými enzymy) - nevratné (aktivace stìpením peptidové vazby - proenzymy) - vratné (fosforylace, adenylace...) oAllosterické interakce oefektory (aktivátory a inhibitory) oPřístup k substrátu (koncentrace)

AKTIVACE A INHIBICE FOSFORYLACÍ

ALOSTERICKÉ ENZYMY Zpětná vazba (P, syntéza cholesterolu) Sigmoidní závislost [v] - [S] často složeny z více podjednotek- podjednotky se vzájemně ovlivňují kooperativní efekt: vazba substrátu na podjednotku změny u ostatních podjednotek změna jejich afinity k substrátu

Alosterický aktivátor usnadňuje vazbu substrátu posun saturační křivky k nižším koncentracím substrátu saturační křivka méně sigmoidní, při vysoké koncentraci aktivátoru hyperbola

Alosterický inhibitor znesnadňuje vazbu substrátu posun saturační křivky k vyšším koncentracím substrátu zesílení sigmoidního efektu

INHIBICE: - nevratná - vratná: a) substrátem b) kompetitivní (competitive) c) akompetitivní (acompetitive) d) nekompetitivní (noncompetitive) e) smíšená

Kompetitivní inhibice (př. chemoterapie)

Nekompetitivní inhibice

„Suicide inhibition“ Ireversibilní vazba inhibitoru (kovalentní) penicilin (G+)

Biologie buňky. proteiny, nukleové kyseliny, procesy genom, architekura (membrána), funkce mitoza, buněčná smrt, kmenové buňky, diferenciace

Recommend Documents