Molekulární podstata patofyziologických procesů Mgr. Petra Linhartová Mgr. Jolana Lipková Dr. Michal Masařík Uvod Proč tento předmět? Co by měl přinést? Propojení klinické biochemie, molekulární biologie a MMMP. Interaktivita a vzájemné učení. Molekulární podstata patofyziologických procesů Týden Datum Téma 1 23.2. MM Úvodní fyziologické poznámky. Buňka, tkáň, orgán. Regulační procesy podstatné pro proliferaci, diferenciaci a zánik buněk. 2 1.3. MM Kontrola buněčného cyklu. Nádorová transformace buňky. Interakce nádoru a organismu. Metastazování. 3 8.3. PL Zánět. Regenerace vs. reparace. Obecné projevy nemocí (horečka, bolest). Nespecifická a specifická imunitní odpověď. Poruchy funkce imunitního systému (imunodeficience, hypersenzitivita, autoimunita). 4 15.3. PL Patofyziologie endokrinního systému. 5 22.3. MM Homeostáza - principy regulace a poruchy fyziologických regulací. Neuroendokrinní regulace, patofyziologie vnitřní sekrece -obecné poznámky. Poruchy transport kyslíku, kyslíkové radikály, oxidatívni stres, mechanismy antioxidační obrany. 6 29.3. JL Poruchy metabolismu a výživy - sacharidy, lipidy, bílkoviny. Poruchy metabolismu mikronutrientů a stopových prvků. Mentální anorexie a bulimie. Obezita. 7 5.4. MM Patofyziologice trávicího systému - dutina ústní, žaludek, játra, žlučové cesty, slinivka, tenké a tlusté střevo. 8 12.4. PL Patofyziologie krve, krvetvorné tkáně a krevního srážení. 9 19.4. PL Patofyziologie srdce a cévního systému. Ateroskleróza. Ischemická choroba srdeční. Poruchy srdečního rytmu. Hypertenze. Nemoci periferních cév. 10 26.4. MM Patofyziologie vylučovacího systému. Poruchy acidobazické rovnováhy. 11 3.5. MM Patofyziologie dýchacího a nervového systému. Obštrukční a reštrikční plieni nemoci. Motorický systém a nejdůležitější neurodegenerativní onemocnění. 12 10.5. PL Základy genetiky. Monogennívs. komplexní nemoci. • Základy buněčné biologie. Alberts and spol. ESPERO publishing • Atlas fyziologie člověka. Edited by Stefan SNbernagl. 3. české vydání. Pľaha: Grada publishing, 2004. ISBN 80-247-0630-X • Atlas patofyziologie člověka. Edited by Stefan 91 bernagl. 1. české vydání. Pľaha: Grada publishing, 2001. ISBN 80-7169-968-3 • Patologická fyziologie orgánových systémů. Edited by Emanuel Nečas. 1. vyd. Praha : Karolinum, 2003. S 381-760. ISBN 80-246- 0674-7. • Nečas, Ea.s. Obecná patologická fyziologie. 1. vyd. Pľaha: Karolinum, 2000. 377 s. ISBN 80-246-0051-X • Patologická fyziologie orgánových systémů. Edited by Emanuel Nečas. 1. vyd. Pľaha: Karolinum, 2003. 379 s. ISBN 80-246-0615-1. Co nás dnes čeká ? • Patologická fyziologie - definice • Popis buněk, jejich kompartment • Transportní pochody • Proliterace (ajejí regulace) • Realizace genové exprese • Buněčná signalizace • Adaptace/ Di f erenciace • Nekróza/Apoptóza Historie patofyziologie Patologie (patologická anatomie) - První dokumentovaná pitva Avenzoar (1091-1161) - Rudolf Virchow (1821-1902) zakladatel mikroskopické patologie Experimentální patologie - Morfologické a funkční studie onemocnění pomocí mikroskopických a molekulárně biologických metod na úrovni orgánů, tkání, buněk a tělesných tekutin Fyziologie - Studie funkcí zdravého organismu Patofyziologie - Funkční studie procesů v nemocném organismu a vývoj experimentálních modelů onemocnění (buněčné linie, experimentální zvířata) Patologická fyziologie -definice Zabývá se funkčními změnami v nemocném organismu Integruj ící biomedičínský obor založený na metodách základního a klinického výzkumu Zabývá se mechanismy ovlivňuj ícími vznik, vývoj a léčbu patologických stavů člověka (a zvířete). Terminologie Biologie (ďľría [aitiá] = příčina) onemocnění - Zabývá se • Poškozením, které vede ke vzniku onemocnění • Podmínkami za kterých je dané poškození schopné vyvolat onemocnění Pathogeneze (pathos = bolest, utrpení, strádání, genesis = vznik) - Mechanisms vzniku a vývoje chorobných změn v těle Onemocnění -Výsledek interakce příčiny, obraných mechanismů a faktorů okolních prostředí • Příznak onemocnění (klinický příznak) - Projev poškození, které je způsobeno onemocněním (objektivně při vyšetření) • Symptom - Projev onemocnění pozorovaný pacientem (subjektivní, neměřitelná) • Syndrom - Spojení několika příznaků a symptomů, které se často vyskytuj í současně - Kombinace jednotlivých nálezů může být typická pro některá onemocnění ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA mikrotuhulus centrosom s dvojici centriol extracetulární matrix aktinová vlákna cytosolové ribosDmv Qoigjho aparát intermediámf plasmatická membrána f i la menta "Tri typy buněk tu jsou znázorněny realističtěji než na obrázku 1-17. Je však použito stejných barev pro odlišení hlavních buněčných složek. Živočišná buňka je podobná fibroblastu, který dokáže prolézat pojivovou tkání a ukládat tam extracelulární matrix. Živý fibroblast je na obrázku 1-4A. Rostlinná buňka je pak typickou listovou buňkou s chloroplasty a velkou vakuolou, Bakterie je zde ukázána jako tyčinkovitý bacil s jediným bičíkem pro zajištěni pohybu. endoplasmatickě retikulum mitochondríe -— plasmatická membrána — buněčná stěna aktinová vlákna BAKTERIÁLNÍ BUŇKA ROSTLINNÁ BUŇKA I_I L 1 tím chromatin {DNA) buněčná stěna kapalinou naplněná vakuola • Lidský organismus obsahuj e více než 200 druhů buněk • Jsou uspořádány do různých typů tkání -Bp\te\ - Pojivová tkáň -3/al - Nervová tkáň Ep\\e\ EPITEL Epiteliální buňky tvoří souvislé buněčné vrstvy, tzv. epitel, který pokrývá některé vnější a většinu vnitřních povrchů těla. Existuje řada specializovaných epitelů. Absorpční buňky nesou na svém volném povrchu vláskovité výběžky zvané mikroklky, kterými se výrazně zvyšuje absorpční plocha tkáně. mikroklky Rasinkový epite! obsahuje buňky, které nesou na volném povrchu řasinky, jež se synchronně vlní a při tom přenášejí různé látky, například hlen, určitým směrem po povrchu epitelu. Sousedící epiteliální buňky jsou navzájem spojeny různými typu spojů, které dodávají tkáni mechanickou pevnost a zároveň znemožňují pohyb malých molekul mezi jednotlivými buňkami mezibuněčný spoj bazálni lamina SekreČní buňky se vyskytuji ve většině epiteliálních vrstev. Tyto buňky produkují různé látky a vylučují je na povrch epitelu. cilia 000202010100020100020201010012000201170101003101 Poj i vo POJIVOVÁ TKÁŇ Prostory mezi orgány a tkáněmi jsou vyplněny pojivovou tkání, což je v podstatě síť tuhých proteinových vláken uložených v polysacharidovém gelu. Tato extracelufární matrix je vylučovány hlavně fibroblasty. Dva hlavní druhy mimobuněčných (extracelulárntch) proteinových vláken: kolagen a elastin. fibroblasty ve volné pojivové tkáni Kosti jsou vytvářeny buňkami zvanými osteoblasty. Ty vylučují extracelulární matrix, v níž jsou uloženy krystalky fosforečnanu vápenatého. Vápenaté soli jsou ukládány v extracelulární matrix. osteoblasty propojené buněčnými výběžky extracelulární matrix Tukové (čili adiposní) buňky patří k největším buňkám v těle a zodpovídají za tvorbu a skladování tuků. Jádro i cytoplasma jsou tu vytlačeny ke krajům buňky velkou tukovou kapkou. 60-120 um NERVOVÁ TKÁŇ Nervové buňky čili neurony se specializují Specializované gliové buňky nebo se svalovou buňkou, na komunikaci. Mozek a mícha jsou tvořeny obalují axon mnohavrstevnou Přes synaptickou štěrbinu hustou sítí neuronů uložených mezi podpůrnými membránovou pochvou. přecházejí chemické signály gliovými buňkami. k dalšímu neuronu nebo ke svalové buňce. SVAL Svalové buňky vykonávají práci svým stahem. U obratlovců se vyskytují tři druhy svalových buněk. Kosterní sval - ten pohybuje klouby svým rychlým a mohutným stahem. Každý sval je svazkem svalových vláken, každé z nichž je ohromnou buňkou s mnoha jádry. jádra buňka příčně pruhovaného svalu Hladký sval - ten je přítomen v zažívacím traktu, močovém měchýři a v cévách. Je složen ze štíhlých protáhlých, nepruhovaných buněk, každá z nichž obsahuje jediné jádro. Srdeční sval - jeho rysy leží mezi hladkým a příčně pruhovaným svalem. Sousedící buňky jsou spojeny elektrickými spoji, které zaručují synchronní práci svalu. KREV Erytrocyty (červené krvinky) jsou velmi malé buňky, které u savců neobsahují ani jádro ani vnitrobuněčné T»embrány. Zralé erytrocyty jsou naplněny hemoglobinem, :ož je bílkovina vázající kyslík. 1 mL krve obsahuje 5 miliard erytrocytu jejich obvyklý tvar je bikonkávní kotouček Leukocyty (bílé krvinky) chrání proti infekci. Krev obsahuje přibližně jeden leukocyt na 100 erytrocytu. Ačkoliv jsou =eukocyty součástí krevního oběhu, mohou procházet stěnami krevních kapilár a působit pak v okolní tkáni, -eukocytů je celá řada druhů, mezi nimi lymfocyty, zodpovědné za imunitní odpověď, —=zi jiným tvorbu protilátek makrofágy a neutrofily, které se pohybují k místu "nfekce a tam pohlcují bakterie a rozbité buňky. stěna kapiláry bakteriální infekce v pojivové tkáni Koordinace jednotlivých buněk ve tkáních STŘEVNÍ LUMEN hladký sval vrstva epiteliálních buněk pojivová tkáň cirkulární vlákna podélná vlákna pojivová tkáň vrstva epiteliálních buněk epiteliální buňka fibroblast buňky hladkého svalu epiteliální buňka Buněčná stěna - nachází se u některých eukaryotických a většiny prokaryotických buněk Stavba: tvoří ji vrstva peptidoglykanů (murein, pseudomurein) Funkce: - je pevná a uděluje buňce tvar a chrání ji. - je plně propustná PERMEABI LNI Plasmatická membrána - většinou jediná membrána prokaryotických buněk Stavba: základ tvoří dvojitá vrstva fosfolipidů a mezi nimi jsou vmezeřeny bílkoviny - INTEGRÁLNI a PERIFERNÍ Funkce: - je místem metabolických dějů - je částečně propustná SEMI PERMEABI LNI hydrofilni hlavička dva hydrofobní konce mastných kyselin ( fosfát glycerol f n dvojná vrstva fosfolipidů čili membrána molekula fosfolipidů Některé funkce proteinů plasmatické membrány Prenasece Spojníky Receptory Enzymy Funkční třída Příklad proteinu Specifická funkce Přenašeče Spojníky Receptory sodná pumpa (Na7K+-ATPáza) integriny receptor destičkového růstového faktoru Enzymy adenylátcykláza aktivně čerpá Na' ven z buněk a K' do buněk spojují aktinová filamenta uvnitř buňky s proteiny extracelulární matrix váže extracelulární destičkový růstový faktor PDGF a v důsledku toho generuje intracelulámí signál, který způsobí růst a dělení buňky katalyzuje tvorbu cyklického AMP uvnitř buňky v odpověď na extracelulární signály přenašeče spojníky receptory enzymy místo infekce Příjem a výdej látek buňkou 1 .Pasivní príjem (transport) a) Prostá difúze - pohyb látek po koncentračním spádu, je velmi pomalá a prochází takto málo látek, malé a málo polární látky (voda, C02, organické molekuly do 3C.) malé hydrofobní molekuly 02 co2 N2 benzen nenabité polární molekuly větší nenabité polární molekuly H20 glycerol ethanol aminokyselinyNX glukosa J J nukleotidy^y/ syntetická dvojná vrstva lipidů b) Usnadněná difúze - probíhá ve směru koncentračního spádu. Látka je navázána na přenašeč a přenesena na druhou stranu membrány Na + K + 2.Aktivní příjem (transport) Aktivní transport je řízený přenos látek přes plazmatickou membránu i proti koncentračnímu spádu. Jsou to enzymatické děje řízeny enzymově tzv. ATP-ázam i. energre ze slunečního světla nebo potravy -o-p-o- II O anorganický fosfát ih) fosfoanhydridové vazby o- o- o-I I I O-P-O-P-O-P-O-CH2 Ä á A RIBOSA, o- o- energie pro buněčnou práci a chemickou syntézu -O-P-O-P-O-CH, II II O O RIBOSA, ADP K+ SxJno-draselná ATPáza PASIVNÍ TRANSPORT AKTIVNÍ TRANSPORT 3. Endocytóza Buňka přijímá makromolekuly, molekulární komplexy, kapénky nebo i celé buňky. a) PI NOCYTÓZA - buňka pohlcuje kapénky tekutin vchlípením části plasmatické membrány b) FAGOCYTÓZA - buňka přijímá větší částice vytvářením panožek 4. Exocytóza Opačný děj k endocytóze. Buňka vydává nepotřebné, přebytečné a škodlivé látky. Obrázek 14-26 Exocytoza sekrečních váčků. Elektron mikroskopický snímek ukazuje uvolnění insulinu ze sekrečního váčku a-buňky slinivky do extracelulárního prostoru. Insulin je v každém sekrečním váčku skladován ve vysoce koncentrované formě a je uvolněn jen pokud buňka dostane signál k sekreci v podobě zvýšení hladiny glukosy v krvi. Pseudopodium plasmatická membrána bílá krvinka 1 I-1 Obrázek 14-27 Fagocytoza bakterie bílou krvinkou. Na snímku z elektronového mikroskopu je fagocytotická bílá krvinka (neutrofil), která pohlcuje právě se dělící bakterii. Bílá krvinka vytvořila povrchové výběžky zvané panožky (pseudopodia), které postupně obalují bakterii. 5. Osmóza Je to zvláštní případ buněčného transportu. Jedná se o jednostrannou difúzi molekul rozpouštědla - vody přes semipermeabilní membránu z prostředí o nižší koncentraci rozpuštěných látek - HYPOTONI CKÉ do prostředí o vyšší koncentraci rozpuštěných látek - HYPERTONI CKÉ. Cílem je vyrovnání koncentrací, tedy IZOTONICKÝ stav. Buňka umístěná v hypertonickém prostředí Prostředí s vyšší koncentrací rozpuštěných látek než je koncentrace uvnitř buňky, ztrácí vodu a smršťuje se Rostlina buňka - díky buněčné stěně je pevná, zmenší se jen buněčný obsah - PLAZMOLÝZA Živočišná buňka - smršťuje se celá - PLAZMORÝZA Buňka umístěná v hypotonickém prostředí Prostředí s nižší koncentrací rozpuštěných látek než je koncentrace uvnitř buňky, nasává vodu a zvětšuje svůj objem Rostlina buňka - díky buněčné stěně je pevná, a proto nepraskne v buňce se díky příjmu vody zvětšuje vakuola tlak protoplastu na buněčnou stěnu se označuje jako TURGOR Živočišná buňka - praská, nastává - PLAZMOPTÝZA Buněčný cyklus M-FÁZE G2-FÁZE S-FÁZE (replikace DNA) GrFÁZE Je všechna DNA replikována? Je buňka dostatečně velká? Kontrolní body buněčného cyklu Kontrolní bod G2 VSTUP DO M VSTUP DO S Kontrolní bod G-, Je buňka dostatečně velká? Je okolí pohostinné? Je DNA poškozena? Buněčný cyklus - mitóza BUNĚČNĚ DĚLENÍ INTERFÄZE 3 METAFÁZE pól vřeténka zdvojený centrosom 6 cytokineze 5 telofáze profáze buněcnv CYKLUS 2 prometafáze 4 anafáze 3 metafáze M-fáze Rozdelení bunky na dvě buňky dceřiné se odehrává v M-fázi buněčného cyklu. M-fáze obsahuje dělení jádra čili mitozu, a rozděleni cytoplasmy, čili cytokinezi. Na tomto obrázku byla M-fáze rozšířena. Sama mitoza se skládá z pěti kroků a o těch, spolu s cytokinezi. bude řeč na tomto panelu. V metafázi jsou chromosomy srovnány v ekvatoriálni rovině vřeténka uprostřed mezi jeho póly. Párové kinetochorové mikrotubuly na každém chromosomu jsou připojeny k opačným pólům vřeténka. dekondenzovane chromosomy v jadre kinetochory všech chromosomu jsou srovnány v rovine mezi obéma poty vřetének Čas = 250 min Během interfáze nabývá buňka na objemu. Chromosomální DNA je replikována a centrosom je duplikován. Fotografie ze světelného mikroskopu na této dvoustraně byly pořízeny s živou buňkou z plicního epitelu čolka. Táž buňka byla fotografována v různých okamžicích jejího dělení na dvě buňky dceřiné. 4 ANAFÁZE dceřiné chromosomy ikracujici se kinetochorový m ik rot u bul us V anafázi se párové chromatidy synchronně oddělují od sebe a tvoří dva dceřiné chromosomy, při čemž je každý z nich pomalu tažen k póiu svého vřeténka. Kinetochorové mikrotubuly se zkracují a póly se oddalují, což oboji přispívá k separaci chromosomu. čas ■ 279 min PROFÁZE V profézi replikované chromosomy. každý sestávající ze dvou sesterských chromatid, kondenzují. Vně jádra se tvoři mitotické vřeténko mezi dvěma centrosomy, jež se replikovaly a nyní se pohybují od sebe. kondenzující se Chromosom s dvěma sesterskými chromatid;]mi spojenými po celé své délce 5 TELOFÁZE sada dceřiných chromosomu - na pólu vfaténka začíná se tvořit kontraktil™ prstenec Během telofáze se obé sady dceřiných chromosomu dostanou k pólům vřeténka. Tvoří se nový jaderný obal, který uzavírá každou sadu, což znamená tvorbu jader a tedy i konec mitozy. Rozdělení cytoplasmy nastává spolu s tvorbou konuaktilního prstence. mikrotubuly polárního vřeténka jaderný obal se znovu tvoři okolo jednotlivých chromosomu Čas = 315 min PROMETAFÁZE Prometafáze začíná náhle rozpadem jaderného obalu. Chromosomy se nyní mohou připojit k mikrotubulům vřeténka svými kinetochory a zahájit aktivní pohyb. Chromosom v aktivním pohybu CYTOKINEZE hotový jaderný obal obklopuje kondenzující chromosomy Cas = 79 min Během cytokineze živočišné buňky se cytoplasma rozdělí do dvou buněk kontraktilním prstencem aktinu a myosinu, který se stáhne, a tak vytvoří dvě dceřiné buňky, každou s jedním jádrem. nové vytvořeni interlázových mikrotubulú vYcházejících z centrosomu Čas = 362 min jádro jaderný obal kondenzované chromosomy (B) (C) |_ 25 um diploidni prekursor zárodečné buňky ♦ REPLIKACE DNA PÁROVÁNÍ HOMOLOGNlCH DUPUKOVANÝCH CHROMOSOMÚ překřížení chromosomů (rekombinace) PRVNl MEIOTICKÉ DĚLENI druhé meiotické děleni diploidni rodiče I I MEIOZA haploidní haploidní vajíčko spermie OPLODNĚNÍ diploidni zygota MITOZA haploidní gamety diploidni organismus (A) . diploidni rodiče matka otec haploidní vajíčko haploidní spermie -1- OPLODNĚNÍ diploidni zygota I MITOZA mateřský Chromosom otcovský Chromosom diploidni organismus ÍB1 MEIOZA NORMÁLNI BUNĚČNÉ DĚLENÍ Sľovnání meiozy s mitozou o otcovský homolog mateřský homolog replikace DNA párování homolognich chromosomů a křížení homologní páry duplikovaných chromosomů se řadí při vřeténku a oddělují se buněčné dělení I j replikace DNA duplikované chromosomy se řadí jednotlivě při vřeténku DNA, RNA, proteiny - DNA nese informaci potřebnou pro regulaci vývoje, růstu, metabolismu a reprodukce - složena z nukleotidů (zbytek kys. fosforečné, deoxyribóza a dusíkatá báze [A, G, C, T]) • DNA kostra-polynukleotidový řetězec - zbytky deoxyribózy a kys. fosforečné spojené fosfodiesterovou vazbou • DNAdvojšroubovice - 2 pol ynukleot i dové řetězce v opačné orientaci - jedno vlákno v 5' -> 3' směru, druhé opačně - vodíkové vazby mezi páry bází (A=T, G=C) - dvoj šroubovíce se rozpadá při replikaci a transkripci - molekulárně-biologické dogma: DNA^ RNA^ protein Centrální dogma molekulární biologie DNA replikace Lagging strand New complementary DNA DNA obsahuj e def i nované úseky zvane geny -základní jednotky dědičnosti gen = segment molekuly DNA, který obsahuj e kód pro AK přísl. polypeptidu a nezbytné regulační sekvence pro regulaci své exprese - promotor (5'-konec) • vazebná místa pro transkripční faktory - exony - introny - 3' nepřepisovaná oblast (UTR) při transkripci vzniká RNA - 1) hnRNA j e komplementární celému genu (1. exon -> poly-A konec) - 2) mRNA vzniká sestřihem hnRNA (intronů) translací vzniká protein Exon 2 Exon 3 Intron 3 'Mature'transkript (mRNA) Protan I Spkcing (sestřih) Translace DNA RNA polymerase Sugar-phosphate RNA" splicing" Eukaryotic I E DNA I- hnRNA r |-transcript I- (A) Entire gene (both introns and exons) is transcribed to RNA by RNA polymerase enzymes Processing enzymes remove introns. Excised introns (C) Exons are spliced together, without introns, forming mRNA that can pass through the nuclear membrane into the cytoplasm and be translated. Note that although introns were transcribed, they will not be translated. 50S ribosome Step 1 subunit P site A site Ribosome attaches to mRNA. 5' Step 2 /First amino acid Me, 3' 5' tRNA tRNA anticodon attaches to the matching mRNA codon. Anticodon Peptide bond forms enzymatically between first two amino acids. -Amino acid (Trp) (a) 1. pozice 2. pozice 3. pozice u u uuu Phe ucu Ser UAU Tyr UGU Cys U uuc Phe ucc Ser UAC Tyr UGC Cys C UUA Leu UCA Ser UAA Stop UGA Stop A UUG Leu UCG Ser UAG Stop UGG Trp G CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C CUA Leu CCA Pro CAA Gin CGA Arg A CUG Leu CCG Pro CAG Gin CGG Arg G AUU lle ACU Thr AAU As n AGU Šer U AUC lle ACC Thr AAC As n AGC Ser C AUA lle ACA Thr AAA Lys AGA Arg A AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G GUU Val GCU Ala GAU As p GGU Gly U GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly G určuje pořadí AK v proteinu - univerzální • podobný princip u většiny živých organizmů - tripletový • trojkombinace z celkem 4 nukleotidů (A, C, G, T) - degenerovaný • 43 = 64, ale aminokyselin jen 21 Buněčná signálizce -co všechno musí buňka vnímat ? • Přítomnost živin/růstových faktorů • Toxické látky • 9gnály produkované ostatními buňkami • 9gnál je poté zachycen buď na povrchu buňky nebo v cytoplazmě • úlohu signálů zajišťují speciální molekuly • pro j ej ich detekci j sou buňky vybaveny příslušnými receptory (A) (B) Na buňku působí současně několik typů signálů Na každé buňce jsou speciální receptory Rozhoduje se na jaké signály bude buňka reagovat c A — přežívá — děli se \ \ i \ . \^^F^J — diferencuje se Komplex signál-recept or vyvolá specifickou odpověď Změnu genové exprese Změnu aktivity metabolických enzymů Změnu konfigurace cytoskeletonu Změnu permeability membrány pro ionty Aktivaci syntézy DNA Smrt buňky Sgnální dráhy podle rychlosti reakce zménéna bunécna pamét Rozdělení signálů živočišných buněk podle dosahu Endokrinní -hormony Parakrinní - lokální • molekuly regulující buněčnou proliferaci při hojení ran • zánětlivé molekuly Nervové -synapse Přímý kontakt -důležité např. v embryonálním vývoji Aut okri nní (B) Paracrine signaling Delta/ notch signalizace membránově vázaná signálni molekula (Delta) receptorová molekula (Notch) nespecifikované epiteiiální buňky vyvíjející se nervová buňka \ inhibovaná epiteiiální buňka Signální molekula Původ Chemická podstata Některé účinky Hormony Adrenalin nadledvina derivát tyrosinu zvyšuje krevní tlak, zrychluje tep srdce a metabolismus. Kortisol nadledvina steroid (derivát cholesterolu) ovlivňuje metabolismus proteinů, sacharidů a lipidů v mnoha tkáních Estradiol vaječník steroid (derivát cholesterolu) indukuje a udržuje sekundární samicí pohlavní znaky Glukagon a-buňky slinivky břišní peptid stimuluje syntézu glukosy, odbourání glykogenu a odbourání lipidů například v jaterních a tukových buňkách Insulin P-buňky slinivky břišní protein stimuluje příjem glukosy, syntézu proteinů a syntézu lipidů například v jaterních buňkách Testosteron varlata steroid {derivát cholesterolu) indukuje a udržuje sekundární samčí pohlavní znaky Thyroidní hormon (thyroxin) štítná žláza derivát tyrosinu stimuluje metabolismus řady buněčných typů Lokální mediatory Epidermální růstový faktor (EGF) různé buňky protein stimuluje epidermální buňky a řadu jiných buněk k proliferaci. Růstový faktor krevních destiček (PDGF) různé buňky včetně krevních destiček protein stimuluje mnoho buněčných typů k proliferaci Nervový růstový faktor (NGF) různé inervované tkáně protein zajišťuje přežití jistých tříd neuronů; působí růst jejich axonů Histamin žírné buňky derivát histidinu působí prodlužování buněk a zvyšuje jejich propustnost, pomáhá vytvářet záněty Oxid dusnatý (NO) nervové buňky; endoteliální buňky, které vystýlají cévy rozpuštěný plyn působí uvolnění hladkého svalstva, reguluje aktivitu nervové buňky Nervové mediatory Acetylcholin nervová zakončení derivát cholinu excitační nervový mediátor v mnoha nervosvalových synapsích a v centrální nervové soustavě Kyselina y-aminomáselná (GAEA) nervová zakončení derivát kyseliny glutamové inhibiční nervový mediátor v centrální nervové soustavě Signální molekuly, které závisejí na kontaktu Delta zárodečné neurony, různé další buňky embrya transmembránový protein zabraňuje sousedním buňkám, aby se specializovaly stejným směrem, jako signalizující huňka Typy signálů • proteiny • peptidy • aminokyseliny • nukleotidy • steroidy • mastné kyseliny a jejich deriváty • plyny Význam rozpustnosti signální molekuly -hydrofilní vs. lipofilni signály Stimulus Receptor Effector (Ugand) Activated ^ effector Steroid hormone O Hyperplazie vs. aplazie Hypertrofie vs. atrofie Met aplazie Pregnancy (uterus) Normal Hypertension (heart) Sport (heart, skeletal muscles) v v y Hypertrophy —■ Plaster cast (skeletal muscles) 1 — Epithelial cells -Basal lamina Reflux Ösophagitis (esophageal epithelium) Chronic gastritis (gastric epithelium) Pregnancy (uterus) I Smoking (respiratory epithelium) Hyperplasia V Y v Metaplasia Atrophy Stem cell Committed cells Maturing cells Pluripotent stem cell Monoblast Promonocyte Monocyte Macrophage Neutrophil Eosinophil Proerythroblast Basophilic Potychromatophilic Orthochromatic b|ood erythroblast erythrobiast erythroblast Hencuiocyte Faktory nutné pro hemopoezu • pluripotentní buňka -schopnázracího i meiotického dělení • mikroprostředí - např. kostní dřeň - součást í j sou buňky a extracelul. hmota • růstové faktory -tzv. kolonie stimuluj ící faktory = CSF -např. erytropoetin - uvolňované podle potřeby erytropoetin, Fe, kys. listová, vit. proerytroblast -krajkovýchromatin bazofilní erytroblast - silně baz. ctpl. - bazofilní vzhledem k syntéze Hb polychromatofilní erytroblast ortochromatofilní erytroblast - nedělí se retikulocyt - vypudil jádro - zbvtek do! vri božom ů Primitive/mature c* Red Proerythroblast Basophilic Polychromatophile Orthochromatic blood erythroblast erythroblast erythroblast reticulocyte ^ Kidney Low tissue oxygen tension Erythropoietin 1 Proliferation Maturation Bone Marrow Committed ceN erythroid precursor Extruded / nucleus Red blood cell mass Release Reticulocytes -*-[ 0 0 Blood © Mature erythrocytes J Folate Folate deficiency K in food (<50ug/d) Cobalomirw (vitamin Bcl B-» deficiency in food(<3ng/d) Malabsorption Gastrectomy, atrophic gastritis, etc. Mu»mI«II Me-H,-folate if IF Intrinsic tack* Bacteria, broad tapeworm Folate deficiency ^ r^— Pteroypoly-glutamatA ' hydrolase u Gut resection, ileitis J. focvplcrof ifeurn mtKOM I I u CHj N— R H N'-methyltetrahydrofolate Homocysteine Methionine -4 I- H N Serine aiycwe « ^> H (lHjC)-N— R N'.^^Methylen. tetrahydrofolate Deeoxyuridylate • Methyfcobalamtne IIADP Cellular metabolran Aminopterin, methotrexate hip.iirrtl folate metabolism /-"7 . DNA synthesis Apoptóza/ nekróza • Programovaná buněčná smrt • Izolované buňky • Aktivní proces-ATP • Bcl2 onkoprotein • P53 onkoprotein • Intravitální odumření tkáně • Jsou patrné morfologické změny • Autolýzavs. heterolýza Rozdíl mezi nekrózou aapoptózou Enzymatic digestion and leakage of cellular contents normal ■i 8$ NECROSIS O Ö body * « i Phagocyte Phagocytosis of apoptotic cells and fragments APOPTOSIS • Apoptozou zanikaj í buňky při různých fyziologických a patologických procesech, účastní se kontroly buněčné populace ve zdravých tkáních, i v nádorech, při odstraňování nechtěných buněk • fyziologická apoptóza: -v embryogenezi- při redukci buněk a programované buněčné destrukci -při normální buněčné a tkáňové obnově-např. enterocyty -při atrofii- hormonálně stimulované- např.artrofie mléčné žlázy v menopause, zánik buněk endometria pri menstruaci, atrofie prostaty při snížení hormonální stimulace • patologická apoptóza: • apoptóza se vyskytuj e v buňkách reaguj ících na různé patologické stimuly, např. -buňky napadené viry- Councilmanová tělíska v hepatocytech při virové hepatitíde -spontánní regrese nádorových buněk, regrese buněk po chemoterapii -zánik lymfocytů v aktivovaném sekundárním zárodečném centru Ivmfatinká uzlinv Apoptóza-význam a výskyt Obrázek 18-18 Programovaná buněčná smrt tvaruje prsty vyvíjející se nohy myši. (A) Zobrazená noha byla označena barvivem (Červeně), které se specificky váže na buňky, které prodělaly programovanou buněčnou smrt. Touto buněčnou smrtí se odstraní tkáň mezi vyvíjejícími se prsty, jak je vidět na noze zachycené o jeden den později na obrázku (B). 1 mm 10 um pohlcená mrtvá bunka fagocytotická bunka Apoptóza-morfologické změny Bevace intracelulárního kalcia- nápadná a rychlá redukce objemu buňky Aktivace enzymu endonukleázy (aktivace je závislá na vápníku) Fragmentace DNAendonukleázou a nápadná kondenzace j ak j ádra.tak plasmy Vznik apoptotických t ělísek-apod. tělísko se skládá bucľjen z fragmentů jádra s kondenzovaným chromát i nem nebo z části jádra a plasmy se zachovalými organelami Apoptotická tělíska jsou fagocytována okolními buňkami amakrofágy Intrinsic (mitochondrial) pathway Extrinsic (death receptor-initiated) pathway 1 Withdrawal of growth VV factors, hormones r*^. Receptor-ligandinteractions 1 • FAS 1 Regulators: Bcl-2 family members Injury • Radiation • Toxins • Free radicals Ligands for phagocytic cell receptors Cytoplasmic bud č) Elsevier 2005 Apoptotic body