• Registrace
  • Přihlášení
  • Katalog pro učitele
  • Zeptejte se přírodovědců
  • Razítková samoobsluha
  • Pro média


   Ztráta hesla

košík je prázdný
 
Zobrazit košík
Celkem Kč
0,-
biolog
  • Kalendář akcí
  • Magazín
  • Video
  • Fotogalerie
  • Ke stažení
  • E-shop
  • Sekce biologie na přF UK
  • Články
Nacházíte se na: Úvod Biolog Články Nobelova cena za buněčnou logistiku

Nobelova cena za buněčnou logistiku

22.10.2013 - Biolog Tisknout
0x
  • Tweet

Co mají společného balíková pošta, dálnice D1, provoz na letišti a letošní Nobelova cena za fyziologii a medicínu, kterou společně obdrželi James E. Rothman, Randy W. Schekman a Thomas C. Südhof?

Dalo by se to shrnout jedním nehezkým, ale zato módním slovem: jde o logistiku, čili řízení cíleného přesouvání něčeho či někoho odněkud někam. Zatímco v prvních třech případech z běžného života se ono přesouvání odehrává v měřítku kilometrů nebo metrů, letošní nobelisté se zabývali obdobnými ději v prostoru buněčného nitra – tedy na vzdálenosti zpravidla ne větší než zlomky milimetru.

Vnitřek eukaryotních buněk, jako jsou i ty naše, je rozčleněn lipidovými membránami na řadu dílčích vnitřních prostorů a komůrek, nazývaných kompartmenty. Pomocí čilého provozu drobných membránových váčků komunikují kompartmenty jak mezi sebou, tak s buněčným povrchem.

alt: Membrány na povrchu a uvnitř buněk jsou tvořeny především dvojitou vrstvou lipidových molekul (modré kuličky s „ocásky“) a molekulami různých proteinů (červené a oranžové útvary). Zdroj Wikimedia Commons, copyright Dana Burns.

alt: Buněčné membrány ohraničují v eukaryotické buňce mnoho struktur, které plní různé funkce. Zdroj Wikimedia Commons, autorka Mariana Ruiz, české popisky Michal Maňas, volné dílo / public domain.

 

Váčky se plní příslušným obsahem (například bílkovinami a polysacharidy určenými na export do vnějších obalů buňky, ale také třeba nervovými přenašeči) v jednom kompartmentu. Náklad pak prochází případně navazujícími úpravami v kompartmentech dalších a posléze je doručen k místu určení. Zde obal váčku splyne s cílovou membránou.

Přesouvá se samozřejmě nejen obsah váčků, ale i „kontejner“, tedy sama lipidová membrána. Podobně jako v běžném životě, i v buněčné logistice představuje recyklace a opakované využití obalů dosti významnou část celého provozního hemžení.

Vědci, jejichž práce byly letos odměněny Nobelovou cenou, velmi významně přispěli právě k pochopení zákonitostí „váčkového provozu“ buněk – tedy k objevu způsobu, jak váčky se svým zvláštním nákladem najdou správné adresáty uvnitř buňky.

 

Kam: James Rothman

Jak zajistit, aby zásilka dorazila ke správnému příjemci? V našich krajích jsou od časů Marie Terezie domy očíslovány, odesílateli stačí napsat na balíček adresu i s číslem popisným domu a svěřit zásilku poště, která pak zajistí další. Dokonce i pokud zásilky roznáší brigádník nepříliš znalý místních poměrů, balíček obvykle dojde, protože ulice bývají opatřeny tabulkami a domy jsou (nebo by aspoň měly být) viditelně označeny příslušným číslem.

Ve složitém buněčném prostoru také existuje jakýsi ekvivalent čísel popisných. Místo ruko- či strojopisných záznamů na obalech balíků a tabulek na domech ovšem na transportních váčcích najdeme specifické membránové proteiny (označované zkratkou v-SNARE) a na membránách cílových kompartmentů jiné, i když podobné proteiny zvané t-SNARE.

Poměrně rozsáhlý proteinový aparát, který hraje úlohu pošťáka, porovnává „adresu napsanou na váčku“ (v-SNARE) s „adresou“ (t-SNARE) na cílové membráně. Pokud se „adresy“ shodují, vyvolá tento aparát spárování a následně fyzické propletení příslušných SNARE molekul. Na něj pak navazuje splynutí váčku s cílovou membránou. Zásilka je tím doručena.

alt: Splývání váčku s membránou na povrchu buňky za účasti proteinů SNARE. (Zde na příkladu synapse, která zajišťuje přenos nervového vzruchu mezi buňkami.) Zdroj Wikimedia Commons, autor Danko Dimchev Georgiev, M.D., licence Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Unported.

 

Zásadní příspěvek k pochopení molekulárního mechanismu vzájemného rozpoznávání adres na váčcích a cílových membránách, včetně objevu SNARE proteinů samotných, pochází z převážně biochemických laboratoří Jamese Rothmana a jeho spolupracovníků na Stanfordské univerzitě v Kalifornii a Yaleově univerzitě v Connecticutu.

 

Kudy: Randy Schekman

Představte si nedělní odpoledne na trase Praha–Brno. Dálnicí D1 se bez přestávky šine hustý, ale plynulý proud vozidel – a pak se cosi přihodí. Pozorovatel ve vrtulníku může z toho, jak se začínají vozidla hromadit, velice rychle zjistit, kde přesně problém vznikl, aniž by přitom viděl bezprostřední příčinu (například ty dva pány, kteří nezvládli zipování v zúženém místě kolem staveniště a teď svorně čekají na policii).

Uvnitř buňky samozřejmě žádnou dálnici nenajdeme, najdeme v ní však něco jako koleje či lanovky – vláknité struktury takzvaného cytoskeletu, které slouží jako dopravní tepny pro přesun váčků uvnitř buňky. Přesto není jednoduché určit, odkud kam váčky putují.

alt: Cytoskelet je tvořen několika typy bílkovinných vláken. Na snímku živočišných buněk jsou označeny dvě složky cytoskeletu: zeleně mikrotubuly, červeně mikrofilamenta. Modře jsou obarvena buněčná jádra. Zdroj Wikimedia Commons / http://rsb.info.nih.gov/ij/images, volné dílo / public domain.

 

Randy Schekman společně s Peterem Novickem a dalšími spolupracovníky z Kalifornské univerzity v Berkeley využili ke zmapování cest provozu váčků experimentální postup, při němž v buňkách kvasinek brzdili různé kroky transportu. Uměle tak vyvolávali „dopravní zácpu“ – hromadění váčků, které bylo možné sledovat mimo jiné v elektronovém mikroskopu.

Pro tento výzkum nejprve připravili mutanty kvasinek, u nichž zvýšená teplota znemožňovala růst a současně narušovala vylučování enzymů navenek (což je činnost pro kvasinku v přírodě dost důležitá – vylučované enzymy jí pomáhají těžit potravu z přirozených zdrojů, jako je padané ovoce). Tyto experimenty velice originálně využily postupů klasické kvasinkové genetiky. Navázalo pak na ně klonování řady genů, které se podílejí na jednotlivých krocích transportu váčků. Jim příbuzné geny byly nalezeny také u člověka či u rostlin.

 

Kdy: Thomas Südhof

V dnešní bezpečnostními kontrolami posedlé době je nutno přicházet na letiště dostatečně dlouho před odletem. Cestující pak po odbavení desítky minut okounějí v tranzitním prostoru kolem luxusních obchodů, pijí drahou kávu a vůbec se bezcílně hemží, dokud se na obrazovkách nerozsvítí výzva a všichni se spořádaně neodeberou k bráně, kde nastoupí do letadla.

I v buňce nastávají situace (třeba při přenosu nervového vzruchu), kdy musí s cílovou membránou naráz splynout mnoho váčků, a přitom jejich dodávka vázne podobně jako bezpečnostní odbavení na letišti. Váčky se proto musí hromadit v předstihu a s membránou řízeně splynou až po obdržení specifického signálu.

alt: Nervové vzruchy se z buňky do buňky často přenášejí pomocí takzvaných chemických synapsí. V místě synapse se z membránových váčků uvolňují molekuly nervových přenašečů (neurotransmiterů). Zdroj Wikimedia Commons / US National Institutes of Health, National Institute on Aging. Volné dílo / public domain.

 

Thomas Südhof je německý rodák, jehož vědecká kariéra začala v Göttingen a pokračovala na druhé straně Atlantiku na Texaské univerzitě a na Stanfordské univerzitě v Kalifornii. Südhof popsal, jak vápník plní v nervových buňkách funkci „výzvy k nástupu do letadla“ – tedy vyvolává hromadné splynutí váčků s nervovými zakončeními a další přenos vzruchu.

Nešlo přitom o jeho jediný příspěvek k pochopení oběhu buněčných membrán. Jako postdoktorand se totiž v laboratořích nositelů Nobelovy ceny z roku 1985 Michaela S. Browna a Josepha L. Goldsteina zabýval transportem lipoproteinů obsahujících cholesterol. Byl dokonce spoluautorem několika „nobelovských“ prací.

Podílel se též na objevu molekulárního mechanismu, který k membránám přichycuje významné regulační proteiny z rodiny takzvaných malých GTPáz. Ty také slouží jako součást molekulárního adresování (již zmíněné bílkoviny SNARE na to samy nestačí) a směrování dopravy v buňce. Jsou důležité i pro čilé přestavby buněčného systému „kolejí“ (vláken cytoskeletu) tak, aby vedly tam, kam je třeba směřovat náklad. Logistika buňky je opravdu živě biologická.

Autor

Fatima Cvrčková a Viktor Žárský, katedra experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty UK

0x
  • Tweet

Přečtěte si také

Běh pro tygry v okolí Albertova

07.05.2025 Aktuality

Chcete se pobavit, plnit zajímavé úkoly a ještě pomoci dobré věci? Přijďte na benefiční běh pro tygry, který pořádá Centrum environmentálních forenzních věd spolu s Botanickou zahradou PřF UK a spolkem Altaica.

1x Aktuality

Velká výstava bezobratlých 2025

06.06.2025 - 15.06.2025 Kalendář akcí

Oslavte s námi pestrost naší přírody a prozkoumejte zblízka fascinující svět bezobratlých živočichů.

11x Kalendář akcí

+ Načíst další

Získej kartu přírodovědce

Je to hrozně jednoduché, stačí se zaregistrovat, vyplnit o sobě všechny údaje a my ti pošleme Kartu přírodovědce s tvým jménem, na kterou můžeš čerpat mnoho výhod.

Zaregistrovat se a získat kartu

Vybíráme z e-shopu

Recyklovaná plastová taška PřF UK

9 Kč

Mikina Přírodovědecká fakulta UK

650 Kč

Zhoubné houby - Radomír Socha

241 Kč

Deník přírodovědce

149 Kč

Předplatné magazínu Přírodovědci.cz (4 vytištěná čísla)

159 Kč

Pro učitele

Katalog pro učitele je nabídkový systém, kde si zaregistrovaný učitel může zapůjčit odborné přístroje, objednat praktická cvičení nebo přednášky pro studenty.

Zobrazit nabídku

Zeptejte se přírodovědců

Proč je obloha modrá? Proč má beruška sedm teček? Umí žirafa plavat? Vy to nevíte? My vám to řekneme, zeptejte se přírodovědců.

Položit dotaz

Výhody registrace

Karta přírodovědce vám zajistí volný vstup do muzeí PřF UK.

Zobrazit výhody

Archiv

Odebírat novinky


banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

banner

Přírodovědci

  • O projektu
  • Naši partneři
  • Razítková samoobsluha
  • Autoři
  • Vědci
  • Zeptejte se přírodovědců
  • FAQ
  • Výhody registrace

Učitelé

  • Registrace
  • Nabídka služeb

E-shop

  • Registrace
  • Otevírací doba
  • Vše o nákupu
  • Reklamační řád

Kontakt

Všechny kontakty
Pro média
Copyright © 2013, Prirodovedci.cz jsou komunikačním projektem Přírodovědecké fakulty UK v Praze. Vytvořilo Andweb s.r.o. Mapa stránek