definice života živý organismus je systém,...vývoj a růst adaptace na prostředí základní...
TRANSCRIPT
živý organismus je
přirozeně se vyskytující
sám sebe reprodukující systém,
který vykonává řízené manipulace
s hmotou, energií a informací
definice života
regulace a udržování vnitřní homeostázy
získávání a využití energie,
výměna látek a energie s prostředím
schopnost reagovat na vnější podněty
reprodukce,
dědičnost a proměnlivost (variabilita)
vývoj a růst
adaptace na prostředí
základní znaky živých systémů
(definice života výčtem jeho vlastností)
složitá organizace a řád
• organizace a fungování živé hmoty
• tok informace v živých systémech
• struktura genetické informace
• variabilita genetické informace
• exprese genetické informace
• principy dědičnosti
• dědičnost ve zdraví a chorobě
• geny a společnost
život v prostoru: prostorová hierarchie živých systémů
na každé úrovni se přidávají nové vlastnosti
biosféra
ekosystém
společenstva
populace
organismus
orgány a orgánové systémy
tkáně
buňky
organely
molekuly
kontinuita života je zajištěna předáváním genetické informace
evoluce vede k univerzalitě a diverzitě
univerzalita života:
nukleové kyseliny, genetický kód, geny, organely, buňky,...
diverzita života:
10-150 milionů druhů (popsáno cca 2 miliony)
život v čase 1: evoluce živých systémů (evolution)
http://rainbow.ldeo.columbia.edu/courses/v1001/arch.berl.gif
T. Dobzhansky:
"Nothing in biology
makes sense except
in the light of evolution."
časové měřítko cca 3.8 mld let od vzniku života na planetě
mikroevoluce a makroevoluce
kontinuita života je zajištěna předáváním genetické informace
univerzalita - příklady:
podobné geny řídí buněčný cyklus, metabolismus,
vývoj různých mnohobuněčných organismů
život v čase 2: vývoj živých systémů (development)
http://www.wellcome.ac.uk/stellent/groups/corporatesite/
@msh_publishing_group/documents/image/wtx054619.jpg
časové měřítko mezi vznikem a zánikem jedince
tři domény života: bakterie, archea, eukaryota
diverzita - strom života
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/d/de/Tree_of_life_by_Haeckel.jpg
http://blogs.scientificamerican.com/a-blog-around-the
-clock/files/2011/10/a1-tree-of-life2.gif
evoluce života na planetě
svět RNA
http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/
images/interviews/rnastructure.gif
Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman
SA, Minorsky PV, Jackson RB: Campbell
Biology (9th Edition), Benjamin Cummings
(2010)
prebiotická evoluce
klasifikace organismů
Reece JB, Urry LA, Cain ML,
Wasserman SA, Minorsky PV,
Jackson RB: Campbell Biology
(9th Edition), Benjamin Cummings
(2010)
nadříše: Eukarya – jaderní
říše: Animalia – živočichové
kmen: Chordata – strunatci
třída: Mammalia – savci
řád: Primates – primáti
čeleď: Hominidae – hominidé
rod: Homo – člověk
druh: Homo sapiens
– člověk moudrý
http://www.mhhe.com/biosci/genbio/espv2/data/cells/002/images/cem2s3_1.jpg
eukaryontní buňka
G1
S
G2
M G0
cykliny B
cykliny A
cykliny E
cykliny D
CDK 1-6
RB1 CDKI
p16
p15
p27
p21
p28
buněčný cyklus
http://www.nature.com/scitable/nated/content/18491/sadava_11_1_large_2.gif
http://www.nature.com/scitable/nated/content/35842/sadava_11_2_FULL.gif
DNA je nosičem genetické informace
Griffith
Avery-MacLeod-McCarty
DNA RNA protein
replikace DNA
replikace RNA
transkripce
reverzní
transkripce
translace
tok genetické informace: centrální dogma
N
N
N N
N
N
N
N
N N
N
NH2 O
NH2
O
NH2
N
O
O
CH3
purinové báze
pyrimidinové
báze
adenin guanin
cytosin thymin
deoxyribonukleotid
(2´ deoxycytidin
5´ monofosfát,
dCMP)
N O
NH2
N
OH
O- O
O P O
1´
2´ 3´
4´
5´
O-
DNA
O- O
O P O
O-
N O
NH2
N
O
O
O P O
O-
N O
CH3
N
O
H
O
O
O P O
N
N N
N
O
NH2
O
5´ konec
3´ konec
jednořetězec DNA
(sekvence 5´ GCT 3´)
fosfodiesterová
vazba
O- O
O P O
O-
O
O
O P O
O-
O
H
O
O
O P O
O-
5´
3´
G
C
T O-
O O P O
O
O O
O P
O
O
O
H
O-
O O P
O
O-
3´
5´
C
G
A
dvouřetězec DNA
H-můstky
dvojitá spirála
O-
DNA
DNA
http://web.virginia.edu/Heidi/chapter30/Images/30_01.jpg
ribonukleotid
(uridin 5´ monofosfát,
UMP)
N
N
O
O
uracil
OH
O-
O
O P O
1´
2´ 3´
4´
5´
O-
OH
akceptorové rameno
(váže aminokyselinu)
tRNA
(struktura
jetelového
listu)
3´
5´
antikodonové rameno
antikodon
RNA
aminokyselina
H3N+ C
R
COO-
H
postranní
řetězec
N konec
polypeptidický řetězec
C
R1
H
H3N+ C
N
C H H
O
R2
C
N
C H H
O
R3
C
N
C H H
O
R4
COO-
peptidická
vazba
C konec
proteiny
aminokyseliny
http://atlasgeneticsoncology.org/
Educ/Images/AminoAcids1.jpg
sekundární struktura proteinů
α-helix β-skládaný list
S S
S
S
S S
disulfidické můstky v řetězcích A a B lidského inzulínu
proteiny
http://www.bio.davidson.edu/Courses/Molbio/MolStudents/spring2005/Dresser/preproinsulin.gif
proteiny
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Spombe_Pop2p_protein_structure_rainbow.png
proteiny
počátek replikace
5´
5´
3
´
3´
5´
3´
diskontinuální
vlákno
(Okazakiho
fragmenty)
kontinuální
vlákno
primer
směr rozevírání
replikační vidlice
DNA
polymeráza
primer
DNA
polymeráza
zvětšující se replikační bublina
další počátek replikace
splynutí replikačních bublin
jedna replikační vidlice
dceřinné molekuly DNA - jeden starý a jeden nový řetězec
replikace DNA
vytvoření iniciačního komplexu, začátek syntézy RNA
promotor
posouvání bubliny a elongace RNA
ukončení syntézy
dokončený primární transkript
uzavření bubliny
5´
5´
3´
3´ pracovní vlákno
směr
postupu
transkripční
bubliny kódující vlákno DNA RNA
polymeráza
RNA
3´
5´
transkripce RNA
5´ 3´
mRNA
P
velká podjednotka
ribozómu s místy P a A
malá podjednotka
ribozómu
Me
t
UAC AUG
A
inic
iace
na
vá
zá
ní
2.
akti
vo
van
é t
RN
A
tran
sp
ep
tid
ace
tra
ns
lok
ace
pe
pti
dy
l-tR
NA
na
vá
zá
ní
3.
akti
vo
van
é t
RN
A
UGA
vazb
a
term
inačn
ího
fakto
ru
term
inace
tran
sla
ce
translace
1. pozice
kodonu
2. pozice kodonu 3. pozice
kodonu U C A G
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
C
CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg U
CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C
CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A
CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G
A
AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U
AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C
AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A
AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G
G
GUU Val GCU Ala GAU Asp 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
genetický kód
defekt v DNA (např. T-T dimer) je rozpoznán specifickými proteiny
TT
excizní reparace
proteiny XP
(geny mutovány u choroby
xeroderma pigmentosum)
heli
káza
XP XP
XP XP heli
káza
5´ 3´
5´ 3´
reparace DNA
otevření bubliny v dvouřetězci DNA
TT
TT vyštěpení defektního úseku
syntéza nové DNA polymerázou a spojení zlomu ligázou
reparovaný dvouřetězec DNA
transkriptom = soubor všech transkriptů RNA v buňce (organismu)
proteom = soubor všech proteinů v buňce (organismu)
gen = úsek DNA kódující protein nebo RNA
genomika = nauka o genomech genom = souhrn veškeré DNA organismu, všechny geny
genotyp = genová výbava jednice, soubor alel
fenotyp = morfologické, biochemické a d. charakteristiky jedince
podmíněné jeho genotypem a vnějším prostředím
exprese genu = vyjádření genu;
proces, kterým je informace kódovaná genem
převedena do molekul proteinu (nebo funkční RNA),
plnících určitou funkci a spoluurčujících fenotyp