Viry Biologické membrány

http://biomikro.vscht.cz/

Biologie I

Viry

Biologické membrány

Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

►Virus a struktura virové částice ► Klasifikace virů ► Obecné rysy reprodukce virů + několik případů

► Základní strukturní charakteristiky biol. membrán… ► …a jejich funkční dopady ► Transportní děje

Dnes rozlišujeme 2 hlavní typy buněk

EUKARYOTA

PROKARYOTA Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

►Oba jsou obklopeny biologickou membránou, ale liší se složitostí vnitřního uspořádání (membránových systémů) ►Oba obsahují DNA, ale liší se lokalizací genomové DNA ►Oba mohou být napadány viry ► Prvenství „vynálezu“ DNA možná přísluší virům

VIRY

„Virus is a little piece of bad news wrapped in a protein„ sir Peter Medawar

Tabáková mozaika – choroba čeledi Solanaceae

Objev virů Adolf Mayer (1883) – infekční onemocnění přenosné extraktem napadené rostliny

Dimitrij Ivanovskij (1892) – „toxin“/ „zlá síla“ (lat. virus) je infekční i po filtraci přes porcelán, kterým bakterie neprojde

Martinus Beijerinck – v cyklech infekce/extrakce neztrácí „zlá síla“ na síle = není to toxin, ale cosi co se v rostlině reprodukuje

Wendell Stanley (1935) – krystaly „zlé síly“, ale žáná buňka neumí vytvořit pravidelný krystal Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

a) Obecná struktura virové částice: nukleová kyselina (DNA nebo RNA) = genom (4 až stovky genů) → → v komplexu s DNA nebo RNA-vazebnými proteiny = virové „core“→ → obalené tzv. kapsidovými proteiny (kapsomerami) = virová částice, viriony živočišné viriony navíc na povrchu často nesou membránový obal (lipidy hostitele) bohatý na specifické virové proteiny a glykoproteiny.


b) Velikost a tvar: Velká variabilita ve velikosti

-viry 27 nm – polioviry / obrna -viry s 1 rozměrem až řádu mm - ebola chřipka

ebola

HIV

H5N1 Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

b) Velikost a tvar: Tvar udává povaha (geometrie) kapsomer většinou: -helikálně uspořádané kapsomery (tabáková mozaika)

-izodiametrické uspořádání (nejběžněji ikosahedron, např. adenoviry) 20 ▲ ploch:


VIRUS NENÍ ORGANIZMUS Co virům chybí? 1) Vlastní mechanismus genové exprese (nemají vlastní aparát proteosyntézy)

2) Vlastní enzymy energetického metabolismu

Viry jsou 100% parazity

-jsou schopné reprodukce pouze v napadené hostitelské buňce -často napadají specifické buněčné typy v rámci určitého organismu, -ale některé viry mají hostitelský rozsah široký (West Nil Virus – komár, ptáci, kůň, člověk)

-napadení je pro buňku často letální → akutní onemocnění

Klasifikace virů Podle typu nukleové kyseliny DNA viry ►dvojřetězcová DNA (dsDNA, z angl. double stranded) ►jednořetězcová DNA (ssDNA, z angl. single stranded) RNA viry ►dvojřetězcová RNA (dsRNA) ►jednořetězcová RNA (ssRNA) Podle přítomnosti membránových obalů (živočišné)

►bez obalů

►s obaly

Campbell, Reece: Biology 6th edition © Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

OBECNÉ RYSY REPRODUKCE VIRŮ 1) Adheze virové částice na buněčný povrch (specifita viru) 2a) Proniknutí částice a obnažení nukleové kyseliny (příklad HIV), 2b) nebo proniknutí samotné nukleové kyseliny (příklad bateriofág) 3a) Přeprogramování buněčného metabolismu přímo k produkci virionů = produktivní fáze, lytický cyklus 3b) nebo navození fáze latentní (lysogenní cyklus), s virovou DNA ve formě proviru → integrace nukleové kyseliny do genomu hostitele, kde „čeká“ na svůj projev

OBECNÉ RYSY REPRODUKCE VIRŮ latentní fáze

impuls

produktivní fáze

4) V produktivní fázi poskytuje hostitel enzymy, ATP, aminokyseliny, tRNA, ribosomy, nukleotidy pro produkci virové nukleové kyseliny a virových proteinů (některé viry si nesou enzymy modifikující běžné nukleotidy → virové DNA viry využívají buněčnou DNA pol RNA viry mají vlastní RNA pol [kopíruje RNA do RNA])

5) Syntetizované virové komponenty se skládají („samovolně krystalizují“) v nové virové částice 6) Nové infekční viriony jsou uvolňovány z buňky (např. pučením bez zřetelné destrukce buňky [HIV/makrofág], nebo buňky lyzují [bakteriofágy; HIV/T-lymfocyt]

OBECNÉ RYSY REPRODUKCE VIRŮ

případ RNA viru

Campbell, Reece: Biology 6th edition © Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

REPRODUKCE VIRŮ ADRESNĚ

případ HIV Glykoprotein gp120, gp 41

obal viru kapsida

Napadá buňky nesoucí - receptory CD4 (CD4+) -a receptor CCR5 (makrofágy) nebo CXCR4 (T buňky)

reverzní transkriptasa Campbell, Reece: Biology 6th edition © Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

RNA dvě stejné

CD4+gp120 = adheze ↓ vazba na CCR5 nebo CXCR4 ↓ konfomační změna ↓ fůze obalu s b. membránou ↓ vstup kapsidy do buňky

REPRODUKCE VIRŮ ADRESNĚ případ HIV

Adheze a vstup kapsidy (virové RNA)

Produktivní fáze – syntéza virových komponent


Reverzní traskripce = RNA → dsDNA (integrace ds DNA do genomu)

Složení virové částice a i) pučení z buněk makrofágů nebo ii) rozpad T buněk a uvolnění virionů

REPRODUKCE VIRŮ ADRESNĚ

BAKTERIOFÁGY – viry bakterií

DNA hlavička

kapsida

krček

bičík

bakteriofág T4 bazální destička

elektronová mikroskopie false staining

háčky


REPRODUKCE VIRŮ ADRESNĚ BAKTERIOFÁGY – viry bakterií


...CHŘIPKA... Virus chřipky je nejletálnějším v historii lidstva

Typ A – většina vážných epidemií napadá člověka, jiné savce a ptáky Typ B a C – pouze lidské, malé problémy

obal (biol. membrána)

Influenzavirus ssRNA, obalený

proteinová

kapsida

neuraminidasa (N) hemagluinin (H)

H – vstup do buněk (vazba na gp receptor)

N – prostup hlenem a uvolnění nových částic z buňky

RNA Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Problém dělají subtypy Typ A:

známo 13 subtypů H a 9 subtypů N vzniklých mutacemi (záměny AK) ve variabilních regionech molekul

Rekombinace H a N = „nové viry“ pro náš imunitní systém a pro farmaceutické firmy např.

kachní A(H3N8) + lidský A(H2N2) = A(H3N2) ... hongkongská chřipka (1968)

„dnešní“ A(H5N1) – oba geny ptačího původu (J. Afrika 1961 jako ptačí) Hong Kong 1997 – první záznam přenosu z kuřat na člověka

Priony

►Specifické infekční proteiny ►Bez nukleové kyseliny ►Kódovaný genem „hostitele“ PrPC

Savčí prion Přirozený glykoprotein (4 a helixy) (v membráně neuronů)

↓

Výskyt patogenního prionu (4 b struktury)

↓ Vakuolizace buněk nervové tkáně

↓

PrPSc

PrPSc

Ukládání amyloidu

↓ ↓ Neurodegenerativní onemocnění (transmisibilní spongioformní encefalopatie)

amyloid

amyloid Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

ŽIVOČIŠNÉ VIRY

(i)

dsDNA, bez obalů čeledi Adenoviridae – (respirační onemocnění, rakovina) Papovaviridae – (bradavice, rakovina děložního hrdla) Iridoviridae – (africký mor prasat, duhovité zbarvení larev hmyzu)

ssDNA, bez obalů čeleď Parvoviridae – virus kočičí panleukopenie (kočičí mor), také viry provázejcí adenoviry („adenoassociated viruses“, u lidí bez příznaků)

ŽIVOČIŠNÉ VIRY dsDNA, obalené např.

čeledi

Herpesviridae – Herpes simplex 1 a 2 (opary), EB virus (mononukleóza až např. Burkittův lymfom), Roseolovirus (6. nemoc) KSHV (nádory) Poxviridae – virus varioly (pravé neštovice) Hepadnaviridae – HBV (hepatitida B)

(i)

ŽIVOČIŠNÉ VIRY dsRNA, bez obalů čeledi Reoviridae – (průjmy, reovirus respirační onemocnění, rakovina Birnaviridae – pancreatic necrosis virus

ssRNA, bez obalů čeledi Picornaviridae – rhinovirus (rýma), virus hepatitidy A, poliovirus (poliomyelitida) Caliciviridae – Norovirus (gastroenteritida)

(i)

ŽIVOČIŠNÉ VIRY ssRNA, obalené čeledi Coronaviridae – SARS (z angl. severe acute respiratory syndrome) Flaviviridae – virus žluté zimnice, hepatitidy C Paramyxoviridae – spalničky, příušnice Togaviridae – virus zarděnek Ortomyxoviridae – Influenzavirus (chřipka)

Rhabdoviridae – virus vztekliny Filoviridae – virus ebola (hemorrhagická horečka) Retroviridae – HIV (z angl. Human immunodeficiency virus), RNA tumor virus (leukémie) … a pár dalších čeledí

(i)

Buňka a její biologické

membrány

Alberts a kol.: Základy buněčné biologie, 1998; © Espero Publishing, s.r.o.

Plazmatická membrána a buněčné membrány ►vymezují biologický systém jako kompartment schopný komunikovat s okolím

►je na nich zakotvena řada biochemických reakcí (enzymů) a proteinů zajišťujících přenos signálů, mezibuněčný kontakt a propojení s některými intracelulárními strukturami (např. cytoskelet)


Prokaryota – „1 kompartment“ (invaginace plazmatické membrány mezozomy až intracelulární váčky (chlorosomy) - zvětšení povrchu, zakotvení enzymů aktivních v energetickém metabolizmu, např. fotosyntéze)

●Obligátní fototrof Chlorobi GSB1 v hloubce 2391 m (podmořský kuřák) (bakteriochlorofyl c labs= 750 nm) ●fotony z rozžhavených hornin (lem = 600 – 1000 nm) Chlorobi GSB1 Beatty a kol., PNAS, 102:9306-9310, 2005

Eukaryota

– 1 000 – 10 000 větší objem buňky → malý poměr objemu k povrchu → membránové organely řeší mj. i tuto situaci

Membránové organely – oddělení biochemických reakcí a intracelulární vesikulární transport látek

Membrány obsahují především proteiny, lipidy a sacharidy ►biomembrána se chová jako dvojrozměrná tekutina ►možňuje laterální difuzi membránových lipidů a proteinů a interakce mezi nimi

►míra tekutosti – fluidita – závisí na délce a stupni nasycení uhlovodíkových řetězců polárních lipidů popř. přítomnosti cholesterolu („tmelí“ živočišné membrány)  poměr nasycené nenasycené je většinou 1:1 při zvýšené teplotě roste podíl delších nasycených uhlovodíkových řetězců – silnější hydrofobní interakce působí proti zvyšování fluidity tepelným pohybem molekul


Membrány obsahují především proteiny, lipidy a sacharidy Přibližné látkové složení sušiny membrán eukaryotické buňky: Cytoplasmatická membrána buňky, membrána organely

Proteiny [%]

Lipidy [%]

Sacharidy [%]

Erythrocyt

49

44

10

Neuron

70

17

13

Hepatocyt

54

36

10

Jádro

66

32

2

Endoplasmatické retikulum

62

27

1

Golgiho aparát

64

26

10

Mitochondrie (vnitřní membr.)

78

22

0

Mitochondrie (vnější membr.)

55

45

stopy

Buněčné membrány jsou obecně asymetrické ►Zastoupení membránových lipidů a proteinů

se ve vnější a vnitřní vrstvě liší → rozdílné funkce vrstev

Polární lipidy

glykolipidy jsou součástí sacharidického pláště buňky (glykokalyxu)


 s polárními hlavicemi interagují specifické proteiny, např. proteiny účastnící se přenosu signálu

Glykokalyx i) ochraný plášť živočišné buňky ii) ve struktuře sacharidů uložen „rozpoznávací signál“ pro receptory (lektiny) jiných buněk (např. adsorce neutrofil na endotel cévní stěny jako první krok transportu do místa infekce)


Proteiny v membránách funkční polarita Alberts a kol.: Základy buněčné biologie, 1998; © Espero Publishing, s.r.o.

►Transmembránové proteiny - transmebránová část

(i)

exponuje hydrofobní AK do kontaktu s hydrofobními řetězci membránových lipidů ▪nejčastěji obsahují ●a-helix(y)

●b-struktury stočené do soudku

Obrázky z Alberts a kol.: Základy buněčné biologie, 1998; © Espero Publishing, s.r.o.

Přenos látek a objektů přes biologickou membránu 1) Přenos molekul ve směru koncentračního spádu

Usnadněná difúze ►Transportér přenáší polární molekuly přes hydrofóbní membránu ►„Vyrovnání“ koncentrací je samovolný děj a nevyžaduje dodat energii

-pasivní transport -specifický pro určitou molekulu -může být saturován přebytkem substrátu (omezený počet transportérů)


Přenos látek a objektů přes biologickou membránu 1) Přenos molekul ve směru koncentračního spádu

Osmoza výška sloupce 3% NaCl

semiper. membr.

~ osmotický tlak

voda

prostředí

v biologické membráně je přenos vody difúze usnadněná aquaporiny

Hypertonické: > konc. polárních látek Isotonické: = konc. polárních látek Hypotonické: < konc. polárních látek Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Udržování osmotické rovnováhy

Projevy osmózy Hyper-

Iso-

plasmolyza

Hypo-

plasmoptyza

►nastavení isotonické situace (mořské organismy, krev a albumin) jiné řešení ►Extruze – pulzující vakuola (Paramecium) ►Turgor jako fyziologická výhoda

červená krvinka

plasmolyza

turgor rostlinná buňka Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Přenos látek a objektů přes biologickou membránu 2) Přenos molekul proti koncentračního spádu je homeostáza

Primární aktivní transport (spotřeba ATP) extracelulární

Na+/K+ transportér

intracelulární prostor


Přenos látek a objektů přes biologickou membránu 2) Přenos molekul proti koncentračního spádu je homeostáza

Sekundární a spražený aktivní transport (i) Symport Antiport

zpražený transport

Na/K transportér

extracelulární

intracelulární prostor Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Přenos látek a objektů přes biologickou membránu 3) Přenos látek a objektů

Endocytoza a exocytoza

cytoplasmatická membrána

cytoplasma cytoplasma

jádro

fagocytóza

cytoplasma

jádro

pinocytóza Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Endocytóza pinocytóza zprostředkovaná specifickými receptory na povrchu membrány membrána

klatrin (protein)

transportovaná molekula

receptor (protein)

membránový váček


Exocytoza

plasmatická membrána

sekretované molekuly

sekreční váček cytoplasma Johnson R.: Biology, 5th edition 1999; © The McGraw-Hill Comp., Inc.

Viry Biologické membrány

Recommend Documents