BUNĚČNÝ CYKLUS
(1
BUNĚČNÝ CYKLUS OMNIS CELLULA ET CELLULA - buňka vzniká jen z buňky • Sled akcí, ve kterých buňka zdvojí svůj obsah a pak se rozdělí • systém regulace • kontrolní body • molekulární brzdy
Jednobuněčné organismy • Jediným dělením buňky vzniká celý nový organismus
(1)
Mnohobuněčné organismy • • • • •
mnoho dělení během vývoje diferenciace a vznik tkání obnova tkání v dospělém organismu komunikace mezi buňkami regulační mechanismy
Figure 4-72 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Chromozom chromatida centromera p-raménko l-raménko
Jaké má buňka možnosti • Klidová fáze • Proliferace • Diferenciace • Apoptóza
(2)
G0 – fáze klidu G1 – presynthetická fáze (gap) – buňka roste S – replikace DNA (10-12h) G2 – postsynthetická fáze) – buňka roste M – mitoza (1h)
- G1, S, G2
(1)
Figure 17-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
M-fáze Mitóza • Profáze • Prometafáze • Metafáze • Anafáze A a B • Telofáze Cytokineze
Profáze
• Kondenzace chromozómů • Rozchod centrosomů k pólům • Vznik mitotického vřeténka (dynamicky nestabilní)
Prometafáze
• Rozpad jaderné membrány • Vazba chromozómů na mikrotubuly (kinetochory)
Metafáze
• Chromozómy se uspořádají v ekvatoriální rovině vřeténka
Anafáze A a B
• Spojení chromatid přerušeno • Zkracování kinetochorových MT (A) • Vzdalování pólů klouzáním polárních MT (B)
DĚLICÍ VŘETÉNKO
Telofáze
• Tvorba jaderných membrán • Dekondenzace chromozómů
Cytokineze
• Rozdělení cytoplazmy na dvě části (začíná již během anafáze) • Kontraktilní prstenec • Dělící rýha
Video - 17.4-animal_cell_division
Co musí buňka hlídat • Extracelulární signály • Správná posloupnost událostí • Bezchybnost procesů • Dokončení každé fáze před zahájením další
Figure 17-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Restrikční bod v G1 • Molekulární brána do buněčného cyklu • Buňka kontroluje : velikost dostupnost živin signály z okolí (růstové faktory)
Kontrolní bod v pozdní G1 •Kontrola poškození DNA před replikací
Kontrolní bod v G2 • Buňka nevstoupí do mitózy, pokud je DNA poškozena nebo replikace nedokončena
Kontrolní bod v metafázi • • • •
Kontroluje připojení chromozómů na vřeténko Monitoruje aktivitu kinetochorů Pokud je vše v pořádku, dá povel k anafázi Pokud ne - apoptóza
Cyklin-dependentní kinázy • • • •
Řídí průchod fázemi cyklu Každá fáze má svou Cdk Aktivní v komplexu s cyklinem Regulovány fosforylací/defosforilací
Cykliny • Vážou se na Cdk a aktivují je • Každá Cdk (a fáze) má svůj cyklin
Figure 17-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-16 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
http://www.nobelprize.org/educational/medicine/2001/cellcycle.html
• • • •
Meióza
Zvláštní typ buněčného dělení Vznik haploidních gamet Náhodná segregace chromozomů Rekombinace
Rozdíly proti mitóze • Dvě následná dělení, mezi nimiž nenastává DNA replikace • Haploidní produkty • Výrazně delší profáze 1 • Rekombinace mezi homologními chromozómy • Rozdílné chování kinetochorů a chromatid
BUNĚČNÁ SMRT APOPTÓZA
NEKRÓZA • patologický jev • bobtnání buňky • kondenzace chromatinu • dezintegrace membrán • buněčná autolýza • zánět • zajizvení
• • • • •
buněčná sebevražda fyziologický jev smrštění buňky fragmentace DNA membránové blebování • apoptotická tělíska • chybí zánětlivá reakce • bez následků
NEKRÓZA
Buňka a organely bobtnají, chromatin kondenzuje, membrána poškozena, voda vniká do buňky (bobtnání) Buněčné struktury se rozpadají
Rozpad buňky (její vylití), invaze fagocytujících buněk, zánět
APOPTÓZA Uvolnění mezibuněčných spojů, počátek kondenzace chromatinu Smršťování buňky, chromatin kondenzuje na periferii jádra Buňka „blebuje“, pokračuje kondenzace chromatinu Rozpad buňky na apoptotická tělíska ohraničená membránou Pohlcení tělísek okolními buňkami a makrofágy
Video - apoptoza
Vývoj organismu
zygota
Gastrulace ektoderm – nervové a epidermální buňky mesoderm- svaly, kosti, krev endoderm – vnitřní orgány
Video - gastrulace
kmenové buňky (stem cells –SC)
o totipotentní : buňky embryonální, schopny se
vyvíjet v kteroukoli buňku organnismu (latinsky: totus = celý, všeho; potens = schopný). o Pluripotentní: buňky, které vytváří základy exodermu, mesodermu a endodermu (plus = více) o multipotentní : mohou dát vznik jen příbuzným typům buněk – diferencované orgánově specifické bky, tvoří základ orgánů (multi = mnozí, četní)
Kmenové buňky o Nediferencované buňky (ve tkáních společně s diferencovanými) o Schopnost samoobnovy, diferenciace o Stabilní populace – 50% samoobnova
Figure 23-6 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Diferenciace kmenové buňky diferenciace v průběhu několika po sobě jdoucích dělení – finální diferencovaná buňka
Figure 23-9 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Krvetvorba SC
progenitory
dif. buňky
kůže
Figure 23-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Plasticita kmenových buňek
o Některé SC mohou za určitých podmínek
diferencovat na jiný typ buňky o potenciál- repopulace a oprava poškozených tkání o Například: • HSCs (hematopoetická SC): mozkové buňky, buňky kosterního svalstva, srdečního svalu a jaterní buňky • Mozkové SC: krevní buňky, buňky kosterního svalstva
transdiferenciace o non-SC se transformuje na jiný typ buňky o Např. fibroblasty
Tkáňové kultury – in vitro o Vitamíny, aminokyseliny, glukosa, minerály o Sérum – hormony, růstové faktory o Vhodný podklad o Kontaktní inhibice – konfluentní vrstva
Tkáňové kultury – růstová křivka o Lag fáze o Log fáze o Plató (stacionární fáze) – vyčerpání média, kontaktní inhibice
pasážování o Prodloužení proliferace (vyšší počet buněk) o Některé linie omezený počet pasáží X permanentní linie
Tkáňové kultury – kmenové buňky o Složení media (hormony, růstové faktory) vliv na diferenciaci
Obrázky použité v prezentaci: • (1) B.Alberts et al. : Základy buněčné biologie, Espero Publishing s.r.o., 1998 • (2) T.D.Pollard, W.C.Earnshaw : Cell Biology, Saunders, 2002, illustrations G.T.Johnson • http://nobelprize.org/medicine/educational/2001/
