G E N E T I K A APLIKOVANÁ V BIOTECHNOLOGIÍCH JAN IPSER

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "G E N E T I K A APLIKOVANÁ V BIOTECHNOLOGIÍCH JAN IPSER"

Transkript

1 G E N E T I K A APLIKOVANÁ V BIOTECHNOLOGIÍCH JAN IPSER Studijní opora pro posluchače navazujícího magisterského studia biologie v kombinované formě na Přírodovědecké fakultě Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem

2 ÚVODNÍ POZNÁMKA Vážené studentky a studenti, dostává se vám do rukou studijní opora k předmětu Genetika aplikovaná v biotechnologiích. Je určena vám, frekventantům kombinované formy navazujícího magisterského studia biologie, realizovaného na Přírodovědecké fakultě Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem. Záměrem autora bylo poskytnout pro vám sylabus a základní informace k obsahové náplni tohoto kurzu, doplněné odkazy na dostupnou odbornou literaturu a další, zejména internetové zdroje k vašemu samostudiu. Kurz Genetika aplikovaná v biotechnologiích je organizován ve formě konzultací, v jejichž průběhu se seznámíte se základy genetiky mikroorganizmů, rostlin, živočichů a člověka, přičemž budou akcentovány molekulárně-genetické metody a aplikační aspekty biotechnologické, šlechtitelské, plemenářské a medicínské. Principy moderních metod buněčné a molekulární biologie byste si měli osvojit tak, abyste se v nich dostatečně dobře orientovali a případně je byli schopni adekvátně a efektivně použít při vlastní experimentální práci. Pro zdárné zvládnutí tohoto kurzu se předpokládají základní znalosti z obecné genetiky, mikrobiologie, buněčném a molekulární biologie, které jste získali v průběhu vašeho předchozího studia v příslušných předmětech anebo jinou formou. Pro účely zopakování nebo rozšíření učiva odkazuji na vhodnou literaturu. Opora tedy není koncipována jako ucelený učební text. Může být chápána pouze jako vodítko k probíraným tématickým celkům. Dovoluji si upozornit, že elektronická verze studijní opory Genetika aplikovaná v biotechnologiích je určena výhradně pro vaše osobní studijní účely a nesmí být dále rozšiřována (kopírována). Přeji vám hodně úspěchu ve studiu zvoleného oboru. V případe potřeby se neostýchejte využít všech dalších obvyklých a dostupných forem komunikace s vyučujícím (elektronické,telefonické, osobní) nad rámec uskutečněných konzultací. Autor

3 SYLABUS I. Genetika rostlin Genetické důsledky různých způsobů rozmnožování rostlin. Genom rostlin (jaderný genom; cytoplazmatické genomy mitochondriální, chloroplastový; vzájemné vztahy; replikace, transkripce, translace a regulace genové exprese; evoluce genomů rostlin). Genetika fotosyntézy. Genetika fixace molekulového dusíku a nif geny. Mutace a metageneze u rostlin. Speciální genetika rostlin (inkompatibilita, cytoplazmatická sterilita, rezistence, genetika fotosyntézy, nif geny a fixace molekulového dusíku). Genové zdroje a původ kulturních rostlin; centra původu. Genetické základy šlechtění (šlechtitelský materiál, typy šlechtění). Genetika rostlinné somatické buňky. Explantátové kultury. Genové manipulace u rostlin. II. Genetika živočichů a hospodářských zvířat. Genetika živočišné buňky (genom jaderný a mitochondriální). Buněčné kultury. Mutace a mutageneze v živočišných buňkách in vivo a in vitro. Oplození in vitro. Transgenoze, transgenní zvířata. Základy plemenitby. Dědičnost kvantitativních znaků, heritabilita, koeficient příbuznosti, selekční indexy, rodokmeny a plemenné knihy. Inseminace. Oplození in vitro. Transgenoze, transgenní zvířata. III. Genetika člověka Genealogie, studium dvojčat, příbuzenské sňatky a incest. Genetické poradenství. Prenatální genetická diagnostika (amniocentéza, biochemické, cytologické, cytogenetické a molekulárně-genetické vyšetření). Molekulární patologie. Genová terapie. IV. Genetika mikroorganizmů. Genetika virů. Genetika bakterií. Genetika hub. Mikroorganizmy v biotechnologiích (potravinářství, zemědělství, farmaceutický průmysl, ekologie a péče o životní prostředí). Mikroorganizmy jako nástroje genového inženýrství. V. Metody molekulární genetiky Izolace, purifikace a kvantifikace nukleových kyselin. Hybridizace nukleových kyselin. Amplifikace DNA. Profilování a sekvenování DNA. Molekulárně genetický polymorfizmus (SNP, STR) a jeho využití v praxi: fingerprinting, RAPD, RFLP, profilování, identifikace biologického materiálu.

4 Základní literatura: Campbell, N. A., Reece, J. B.: Biologie. Computer Press, a. s. : Brno 2006 Hatina, J., Sykes, B.: Lékařská genetika. Academia : Praha 1999 Křeček, J.: Jedinec: gen prostředí vývoj. Academia : Praha 2007 Snustad, D. P., Simmons, M. J.: Genetika : Masarykova univerzity: Brno 2009 Šilhánová, L.: Mikrobiologie pro potravináře a biotechnology. Academia : Praha 2008

5 POZNÁMKY K JEDNOTLIVÝM TÉMATŮM GENETIKA ROSTLIN ROZMNOŽOVÁNÍ ROSTLIN AMIXIS nepohlaví; kořenové hlízy, oddenky, stonkové hlízy oddenkové a bazální, cibule, cibulky; pupenové variace (=sporty) = mutace (spontánní v iniciálách pupenů) v určitém sektoru pletiva nebo v určité buňce ~ stálost klonů při amixi není basolutní; pupenové variace se využívají pro vyšlechtění nových odrůd ovocných stromů, okrasných dřevin a zelenin. Takto lze množit (roubování, očkování) vysoce heterozygotní odrůdy, které by jinak (rozmnožováním sexuálním) štěpily ve velký počet různých genotypů. vegetativní množení se ve šlechtitelství používá jako následná metoda pohlavního rozmnožování k udržení heterozygotnosti, dále ke zvýšení podílu rostlin jednoho pohlaví v populaci (př. samičí rostliny palmy datlové), nebo k odvození klonů bez patogenů prostřednictvím technik explantátovýck kultur AMFIMIXIS pohlavní rozmnožování; gametofyt ( gamety 1n) + sporofyt ( megasporangia megaspory + mikrosporangia mikrospory) APOMIXIS nepohlavní rozmnožování semeny, při kterém nový jedinec vzniká bez splynutí gamet (tj. bez syngamie) a tedy nevyvíjí se ze zygoty. gametofytická apomixe (diploidní partenogeneze): neoplozená vaječná buňka (2n) buňka vytváří embryo adventivní embryonie: embrya a nové sporofyty vznikají ze somatických vajíček (obvykle z nucellu nebo integumentů, tedy z buněk, které sousedí bezprostředně se zárodečným vakem; vývoj embrya může být závislý na stimulaci opálením (pseudogamie) haploidní partenogeneze: haploidní (1n) zárodek vzniká buď z neoplozené vaječné buňky (gynogeneze), anebo z mikrospory (adrogeneze) využití apomixe ve šlechtění: fixace heteroze, snadnější udržování rodičovských linií, výběr a udržování apomiktických hybridů u vzdálené hybridizace, fixace amfiploidního stavu mezidruhových hybridů, získání čistých homozygotních linií diploidizací haploidů

6 ALOGAMIE mechanizmy zabezpečující cizosprášení a) prostorové rozdělení pohlavních orgánů b) dichogamie = časově asynchronní dozrávání prašníků a schopnosti blizny přijmout pyl 2 formy protandrie pyl dozrává dříve protogymie blizna dozrává dříve c) uzpůsobení květu př. blizna uložená uvnitř květu ve člunku (př. tolice vojtěška) AUTOGAMIE implikace ve šlechtění: kastrace oboupohlavních květů (mechanická, chemická, genetická), sběr pylu a opálení cizím pylem ~ izolace květtů a selektivní sběr plodů a semen genetika populací převážně autogamiích druhů rostlin viz kurs Genetika ROSTLINNÝ GENOM jaderný cytoplazmatický mitochondriální chloroplastový CHLOROPLASTY - kompletní translační systém; kooperace mezi jaderným a chloroplastovým geonomem při biogenezi chloroplastů; některé chloroplastové bílkoviny (nebo jejich podjednotky) jsou kódovány jaderným a některé chloroplastovým genomem. Značná část polypeptidů chloroplastů je kódována jadernými geny a syntetizována na cytoplazmatických ribozomech; peptidy jsou pak transportovány do chloroplastů posttranslačním mechanizmem. Vlastní genetický systém chloroplastů je pro jejich chloroplastů esenciální; polypeptidy a molekuly RNA kódované ctdna fungují (pouze) uvnitř této organely. Syntéza, transport a sestavení většiny peptidů chloroplastů se realizuje na světle i ve tmě (avšak světlo vykazuje stimulační efekt na různých úrovních). - ctdna: kružnicová, cca kopií ctdna /chloroplast; obsahuje sekvence kódující rrna a trna, geny pro velkou podjednotku RUBISCO, geny pro podjednotky ATP-syntázy a cytochrom f.

7 = chloroplastová genom je podobný prokaryotickému (chloroplastové geny neobsahují introny, mrna nebývá polyadenylována, senzitivita k chloramfenikolu jako inhibitoru prokaryotické genové exprese, ribozómy 70S blíže viz endosymbiotická teorie) MITOCHONDRIE mtdna kružnicovitá nebo lineární; cca kb (< 1% celkové DNA) genom prokaryotického typu (ribozomy ~ 70S); odchylky od univerzálního genetického kódu hlavní produkty: 3 podjednotkycytochrom-c-oxidázy, 2 podjednotky ATPáza citlivé k oligomycinu, nekteré komponenty mitochondriálních ribozomů; souvislost mtdna s CMS SAMČÍ STERILITA GENOVÁ většinou determinována jedním recesivním genem; kontrolována sporofytem udržování linií ms ms: ms ms x Ms ms Ms ms : ms ms Rozlišení genotypů pomocí signálního genu v silné vazbě s genem samčí sterility. Zdroj:

8 CYTOPLAZMATICKÁ kontrolována výlučně plazmatickými faktory (mitochondie, plastidy) ~ rostliny s plazmotypem s faktory (S) a s plazmotypem s faktory (N) neboli (F). pylová sterilita se přenáší pouze po mateřské linii (tzn. pylově sterilní potomstvo se tvoří pouze na rostlinách pylově sterilních). udržování cytoplazmatické sterility: CYTOPLAZMATICKO GENOVÁ existují rostliny s plazmotypem S a N (resp. F); plazmotypy spolupůsobí s jedním (nebo více) párem alel, z nichž jedna alela (většinou recesivní, označovaná symbolem ms nebo rf) je plazmo-senzitivní a s plazmoptypem S dává pylově sterilní rostliny. Dominantní alela Ms (= Rf) obnovuje s plazmotypem S fertilitu, tzn. je to obnovitel (restorter) samčí pylové fertility potomstvo pylově sterilní rostliny nemusí být nutně rovněž sterilní. využití: genetická kastrace obnovení fertility výroba víceliniových hybridů Zdroj: INKOMPATIBILITA U ROSTLIN samičí i samčí gamety jsou funkční, ale z genetických příčin není možné oplození (srovnej: sterilita gamety nejsou funkční z genetických příčin) velmi rozšířený jev; hlavní funkce: (1) zabránění inbrídinku (2) zajištění cizosprášení inkompatibilita gametofytická typ Nicotiana = inkompatibilita mezi 1n genomem pylového zrna a 2n geonomem pletiva pestíku či čnělky (kterou prorůstá pylová láčka) inkompatibilní systém haploid haploid = subtyp typu Nicotina, ale inkompatibilita nastává v zárodečném vaku

9 sporofytická reakce pylového zrna je podmíněna 2n genotypem pletiva somatického, ve kterém pyl vzniká. inkompatibilita homomorfní heteromorfní - vztahuje se pouze k morfologii květu EXPLANTÁTOVÉ KULTURY živná média pevná (solidní) tekutá (likvidní) kultivace stacionární průtoková chemostat turbidostat růst a růstová křivka explantát kořen, stonek, list 2n endosperm 3n prašník, plodolist 1n mikropropagace in vitro ~ regenerace regenerant kalusová kultura: indukce orgánů (růstové faktory NAA, IAA, GA3, BAP) regenerant protopalstová kultura: buněčná suspenze celulóza, celobiáza, pektináza protoplasty transgenoza; izoosmotické prostředí hybridizace (PEG, elektroporace) hybridy (intraspecifické, interspecifické) regenerace ( kalus; orgány nadzemní + podzemní) regenerant aplikace šlechtění: vzdálená hybridizace, odvození čistých linií, mutační a rezistenční šlechtění ochrana fytogenofondu genové manipulace, GMO

10 REZISTENCE PROTI PATOGENŮM oboustranný vztah mezi hostitelem a patogenem Porovnání tzv. klasického šlechtění se šlechtěním založeným na genových manipulacích Klasické metody (křížení) Somatická hybridizace Rekombinantní DNA rekombinuje velký počet rekombinuje mnoho genů rekombinují jednotlivé geny genů ovlivněno mnoho znaků, ovlivněn menší počet znaků, ovlivněn pouze jeden nebo obvykle časově náročná selekce časově méně náročná několik jednotlivých znaků, selekce a specifičtější vysoce specifická selekce nízká predikční schopnost vyšší predikční schopnost vysoká predikční schopnost introdukce velkého počtu introdukce omezeného počtu introdukce jednoho určitého genů genů genu (nebo několika převážně šlechtění v rámci druhu, příp. evolučně blízce příbuzných převážně šlechtění v rámci druhu, ale je možná i interspecifická (vzdálená) hybridizace jednotlivých genů) možný přenos genů mezi evolučně velmi vzdálenými ( nepříbuznými ) taxony KLASICKÉ (KONVENČNÍ) ŠLECHTĚNÍ omezeno na přirozené procesy, umožňující diverzifikaci rostlin (šlechtitelského materiálu) a křížení (reprodukce) vnitrodruhové, resp. blízce příbuzných druhů častá sterilita (snížená fertilita) a snížená vitalita interspecifických (obecně vzdálených) hybridů ( k tomu uvažte vztahy a důsledky, které z nich vyplývají: w = f v; w = 1 s). přenos všech (nebo většiny) genů od rodičů na potomky, tedy i těch, které nejsou z hlediska stanovených konkrétních šlechtitelských cílů žádoucí nutné zpravidla časově a materiálově náročné systémy zpětného křížení a selekce požadovaných genotypů termíny: druh populace - odrůda (varieta, rasa) kultivar čistá linie rodina klon inzucht (inbrídink): koeficient příbuznosti Populace soubor jedinců určitého druhu se společným genový (gametovým) fondem

11 SOMATICKÁ HYBRIDIZACE (FÚZE PROTOPLASTŮ) izolace protoplastů (celulóza, celobiáza) v kultivačním prostředí musí být zajištěny izoosmotické poměry (není buněčná stěna) a zamezeno resyntéze (rekonstrukci) buněčné stěny kultivace v tekutém médiu (suspenze ptoroplastů) navození fúze (PEG) somatická fúze: a) přenos neklonovaných větších částí genetické informace (částí geonomů, příp. celých geonomů) b) možná i mezi evolučně vzdálenými taxony, mezi nimiž existuje v přírodě reprodukční bariéra c) hybridní buněčná jádra obsahují genetický materiál fúzujících buněk (protoplastů) d) restrukturace genomu (přestavby chromozomů, eliminace části genomu původních fúzujících protoplastů, vznik nového karyotypu apos.) somatického hybrida e) v některých případech (jsou-li fúzanti produkty fúze protoplastů téhož druhu nebo hybridy blízce příbuzných taxonů) je možná jejich regenerace (totipotence): protoplasty fúze somatický hybrid buňka somatického hybrida (regenerace buněčné stěny) regenerace regenerant: projev totipotence metodou fúze protoplastů lze rekombinovat genetický materiál partnerů, kteří se za přirozených podmínek nemohou křížit (inkompatibilita) a přenést tak značnou část neklonované genetické informace (genomu) mezi zástupci vzdáleně příbuzných taxonů. Ještě před fúzí je možné inaktivovat část genomu některého partnera, čímž lze omezit přenos celého genomu fúzujících partnerů a zvýšit pravděpodobnost přenosu požadovaných genů. MOLEKULÁRNÍ ŠLECHTĚNÍ problémy: a) relativně malý počet izolovaných a přesně definovaných genů b) užitkové znaky jsou většinou znaky kvantitativní, tedy polygenně založené ~ participace jednoho genu na determinaci a fenotypovém projevu znaku je (zpravidla) velmi malá ~ účinnost přenosu takového genu je z hlediska šlechtitelských cílů (výnos apod.) značně limitovaná, protože přenos většího počtu jednotlivých polygenů je téměř nemožný. Obtížná je už sama identifikace a detekce takovýchto genů ( uvědomme si vztahy: V P = V G + V E ; V G = V A + V D + V I ; V E = VEt + VEp; h 2 = V G / V P, resp. h 2 = V A / V P )

12 transgenní rostliny: ve svém genomu obsahují jeden nebo několik genů pocházejících z jiných (nepříbuzných) druhů a vnesených do něho člověkem prostřednictvím metod genových manipulací (rekombinantní DNA apod.) a) introdukce rezistence vůči virům: rezistence je založena na inzerci a manifestaci části virového genomu (př. projev proteinu obalu viru obvykle znemožňuje nebo omezuje infekci rostliny příslušným virem) b) rezistence vůči herbicidům a insekticidům c) transgenní rostliny a fytoremediace: fytoextrakce, fytoakumulace (př. N. tabacum: gen z kvasinek pro metalothionein CUP s histidinovou kotvou - akumul,ace Cd), fytotransformace (transgeny pro metalothioneiny vazba těžkých kovů; biotransformace, bioprecipitace, biosorpce), fytovolatizace, fytostimulace, rhizofiltrace, fytostabilizace; využití rostlin k zachycení, akumulace a eliminace kontaminantů životního prostředí. Agrobacterium tumefaciens transformace vnáší své specifické geny lokalizované na části plazmidu Ti (příp. Ri) do rostlinného genomu T-DNA (transferred DNA) = konstantní část plazmidů Ti (resp. Ri). T-DNA obohacuje rostlinný genom (1) o geny, které navozují nové biosyntetické dráhy auxinů a cytokininů, které způsobí dediferenciaci rostlinných buněk a transformovaná pletiva pak vytvářejí nediferencované nádory, tzv. crown-galls (2) o geny pro syntézu nádorově specifických látek (tzv. opiny ty jsou zdrojem C, N a energie pro A. tumefaciens; existují 2 typy plazmidů i nádorů: oktopinový a nopalinový) používá se ke včleňování klonovaných genů do genomu rostlin TRANSPOZONY transpozon = transponovatelný úsek DNA McClintocková (50. léta 20. st.): nestabilní mutace mohou být způsobeny inzercemi nebo excizemi transponovatelných elementů do genu a z genu. Na systému kontrolních elementů u kukuřice (aktivátor disociátor, Ac Ds) demonstrovale, že tyto elementy jsou krátké úseky DNA, které se mohou v genomu přemísťovat (transponovat). Autonomí (regulátorové)

13 elementy jsou geneticky nestabilní, jsou schopné navodit excizi a transpozici vlastní i elementů neautonomních. Neautonomní (receptorové) elementy jsou v genomu stabilní za nepřítomnosti autonomního elementu; transponují se pouze za jeho přítomnosti. Začlenění transpozonu do lokusu některého genu na chromozomu může rezultovat ve vznik nestabilní alely. Zjistila, že jsou odpovědné za jisté mutace typu adice, delece nebo translokace. Některé mutace byly nestabilní; to lze vysvětlit tak, že inzercí transpozonu do určitého genu vznikla přímá mutace a jeho pozdější excizí se obnovil původní fenotyp (zpětná mutace). Příkladem může být mutantní alela bz-m1, vzniklá vlivem transpozonu z dominantní alely Bz, která se fenotypově projevuje odlišně (hnědě) zbarvenou aleuronovou vrstvou obilky. V buňkách, ve kterých došlo k excizi transpozonu, se fenotypově projeví dominantní alela Bz. Uskutečněné excize a transpozice transpozonů v buňkách různých částí obilky se v tomto případě projeví jako odlišně zbarvené sektory obilky. Vysoká frekvence excize a transpozice některých transpozonů (autonomních) má za následek genetickou nestabilitu příslušného znaku, naopak velmi nízká frekvence excize a transpozice jiných transpozonů (neautonomních) má za následek relativně vysokou genetickou stabilitu příslušného znaku. mohou se inzerovat do různých míst na chromozomech a způsobovat rozličné chromozomální přestavby ~ transpozony jako vlastní mutageny. Například včlenění transpozonu do exonu může vést k syntéze změněného genového produktu; včlenění transpozonu do intronu může mít za následek chybné (odlišné) posttranskripční úpravy, které též mohou vést k syntéze změněného genového produktu; mezera, vzniklá po excizi transpozonu, může být chybně reparována; transpozon v místě inzerce může vést ke vzniku inekválního crossing-overu při meióze a tak by bylo možné pokračovat dále. Současně lze připustit, že některé ze změn v genomech, vyvolaných transpozony, se mohly významně uplatnit v evolučním procesu. transpozice = přemístění úseku DNA z donorového místa do recipientního v mezích genomu jedné buňky, které není způsobeno mutací, ani meiotickou nebo mitotickou rekombinací. klasifikace transpozonů: a) retrotranspozony obsahují reverzní transkriptázu, integrázu, na koncích mají LTR. Do této skupiny se řadí i retrosekvence (= cdna-geny), které však nemají reverzní transkriptázu, integrázu, ani LTR; představují repliku určitého transkribovaného genu (donorového místa) bez intronů. Je-li produkt exprese retosekvence identický (či téměř

14 identický) s produktem původního genu, označuje se taková retrosekvence jako retrogen; není-li tomu tak, označuje se jako retropseudogen (např. Alu-sekvence). b) retropozony obsahují reverzní transkriptázu a integrázu, nikoli LTR. c) P-elementy - vhodný nástroj přenosu genů. Do P - elementu je možné vpravit určitý gen, takto upravený P - element (vektor) injikovat do zárodku v raném stadiu vývoje a po jeho včlenění do genomu zárodku získat transgenního jedince. d) Tn-elementy obsahují gen pro transponázu a strukturní geny, které kódují enzymy inaktivující antibiotika. Bakterie s Tn elementy, umístěnými v bakteriálním chromozomu nebo v plazmidech, jsou na příslušná antibiotika rezistentní. Na vysoké rychlosti šíření rezistence bakterií na antibiotika se významně podílí přenos takovýchto plazmidů mezi bakteriálními buňkami. e) MITE (miniature inverted-repeat transposable elements) velmi krátké repetitivní sekvence. Např. u rýže má MITE následující uspořádání a jsou popsány případy, kdy inzerce MITE do určitého genu vedla ke stabilní změně jeho fenotypového projevu ve smyslu mutace: 5 GGCCAGTCACAATGG nukleotidů...ccattgtgactggcc 3 3 CCGGTCAGTGTTACC nukleotidů...ggtaacactgaccgg 5 Internetové zdroje: - Mobile Elements: Drivers of Genome Evolution - Transposoon silencing.

15 MOLEKULÁRNÍ GENETIKA NUKLEOVÉ KYSELINY Izolace DNA a RNA. Purifikace a kvantifikace izolovaných nukleových kyselin. Hybridizace nukleových kyselin. Molekulární (DNA) sondy. Rekombinantní DNA. Amplifikace DNA PCR (princip, typy PCR). Izolace nukleových kyselin Nukleové kyseliny lze izolovat z degradovaných (lyzovaných buněk): 1. homogenizace tkáně (pletiva, tkáňové kultury mechanická homogenizace biologického objektu zmrazeného tekutým dusíkem, vortexování se skleněnými kuličkami) 2. odstranění (degradace) buněčné stěny (bakterie, rostliny, houby) 3. rozvolnění buněk (proteináza K) a lýze buněk - hypotonace (živočišných buněk nebo protoplastů) 4. degradace biomembrán a denaturace proteinů (natriumlausylsulfát, N-laurylsarkozin, TritonX-100) 5. uvolnění buněčného obsahu do pufru s EDTA (~ chelatace: vyvázáním Ca 2+ se inhibuje aktivita nukleáz, jejichž kofaktore jsou tyto ionty) 1. organická (fenol-chloroformová) extrakce: směs fenol : chloroform : izoamylalkohol fáze vodní (obsahuje NK) a chloroformová (látky rozpustné v nepolárních rozpouštědlech), na rozhraní obou fází vrstvička proteinů; při izolaci NK z buněk rostlin, hub a některých bakterií nutno ještě extrahovat polysacharidy (extrakcí s CTAB /cetyltrimetylamoniumbromid/). Po extrakci se nukleové kyseliny vysrážejí etanolem a poté rozpustí ve vodě; lze deponovat při teplotách kolem -40 C. 2. adsorpce na silikát adheze nukleových kyselin na silikátový povrch v přítomnosti chaotropních solí (NaI, guanidin) 3. chelexová metoda

16 Chelex 100 = chelatační styren-divinylbenzenová pryskyřice; polární chelexové částice vyvazují polární buněčné komponenty, nukleové kyseliny zůstávají v roztoku mimo chelexové částice, odkud se oddělí ultracentrifugací. Štěpení nukleových kyselin HYDROLÝZA (ŠTĚPENÍ) NK NEENZYMOVÁ ALKALICKÁ KYSELÁ - v mírně kyselém prostředí - v silně kyselém prostředí ENZYMOVÁ EXONUKLEÁZY ENDONUKLEÁZY - α-enzym (α endonukleáza) - β-enzym (β endonukleáza) - restrikční Alkalická hydrolýza Alkalickou hydrolýzou mohou být štěpeny pouze (poly)ribonukleotidové řetězce (RNA), protože k jejímu uskutečnění je nutná přítomnost OH-skupiny v poloze C2. Tuto podmínku splňuje ribóza, nikoli deoxyribóza a proto DNA je alkalirezistentní. Alkalická hydrolýza probíhá v těchto krocích: 1) v hydrolyzovaném polyribonukleotidovém řetězci dochází k přesunu fosfodiesterové vazby z polohy C5 následujícího ribonukleotidu na C2 téhož ribonukleotidu 2) tím se uvolní koncový ribonukleotid a vznikne cyklický 2 :3 -ribonukleotidfosfát 3) z cyklického 2 :3 -ribonukleotidfosfátu posléze vznikne směs 2 - a 3 -ribonukleotidfosfátů. Kyselá hydrolýza A. v mírně kyselém prostředí Při hodnotě ph ~ 3 se štěpí β-glykozidové vazby purinových (deoxy)ribonukleotidů a vzniká tak apurinový poly(deoxy)ribonukleotid. Je-li k hydrolýze použit hydrazin, vznikne obdobným selektivním štěpením glykozidových vazeb apyrimidinový poly(deoxy)ribonukleotid. B. v silně kyselém prostředí Pro uskutečnění tohoto typu kyselé hydrolýzy se používá prostředí 6M HCl působící při teplotě 175 C. Za těchto podmínek se

17 a) nukleové kyseliny (RNA, DNA), resp. poly(deoxy)ribonukleotidové řetězce štěpí na jednotlivé stavební komponenty a b) cytozin se deaminuje na uracyl. Tato skutečnost musí být zohledněna při stanovení poměru bazí v hydrolyzované nukleové kyselině, resp. polynukleotidovém řetězci. GENOVÉ MANIPULACE založeny na přenosu a) izolovaných genů (úseků DNA) technologií rekombinantní DNA b) chromozomů a/nebo celých genomů fúzí buněk Klonování = pořizování kopií DNA in vitro Mechanizmy klonování; nástroje klonování (vektory, konstrukty, linkery, adaptory, markery, selekční prostředí). Vektory: plazmidy, bakteriofágy, fasmidy (=fagmidy), kosmidy; umělé chromozomy bakteriální (BAC = bacterial arteficial chromosome) a kvasinkové (YAC = trast arteficial chromosome). Molekulární sonda úsek nukleové kyseliny (odpovídající např. určitému genu nebo jeho části) sloužící k vyhledání komplementární sekvence ve zkoumaném vzorku je-li známa genetická informace (úsek DNA) determinující určitý znak, lze vyiizolovat anebo syntetizovat komplementární DNA (deoxyribonukleotidový řetězec) a použít ji jako sondu k detekci takové hledané genetické informace; detekce je založena na principu hybridizace nukleových kyselin. Hybridizace nukleových kyselin komplementární úseky jednotlivých (deoxy)ribonukleotidových řetězců (ssrna, ssdna) vytvářejí dvouřetězcové útvary (dsdna, dsrna) hybridy: DNA DNA, RNA RNA, DNA RNA Přirozená rekombinace molekul DNA

18 mechanizmus rekombinace = crossing over rekombinace meiotická výměna nesesterských chromatid; rys gametogeneze; rozšíření genetické variability mitotická (somatická) výměna sesterských chromatid (SCE), harlekýnské chromozomy konjugace bakterie; kmeny F +, F -, Hfr; konjugativní plazmid; stav plazmidu (autonomní, integrovaný) transdukce bakterie; transdukující (temperovaný) fág; lytická a lyzogenní infekce; fág - profág (virus - provirus) transformace transpozice transpozony; mutace x transpozice; mutageny x transpozony Technologie rekombinantní DNA metody (postupy), kterými lze získat nové varianty DNA, které v organizmech přirozenou cestou nevznikají, resp. se nevyskytují a pravděpodobnost jejich vzniku (výskytu) je prakticky nulová využívají se při přípravě GMO cdna kopírovaná molekula DNA získává se prostřednictvím reverzní transkripce molekuly mrna (pro určitou bílkovinu) reverzní transkriptáza mrna cdna a) reverzní transkriptáza katalyzuje syntézu řetězce DNA podle vlákna mrna (funguje jako templát) b) v reakční enzymatické směsi je syntetizován řetězec DNA komplementární k již nesyntetizovanému řetězci DNA podle mrna jako matrice a současně je degradováno toto původní vlákno mrna c) spojením obou řetězců DNA vzniká cdna cdna neobsahuje intronové sekvence a) je (zpravidla) kratší než původní gen

19 b) při zavádění (inzerci) cdna do recipientní buňky není třeba současně vnášet (nebo jinak zajišťovat) mechanizmu pro odstranění intronů Enzymy nukleázy a) exonukleázy Exonukleázy jsou enzymy, které katalyzují hydrolýzu fosfodiesterových vazeb poly(deoxy)ribonukleotidových řetězců buď od jejich 3 -konce, nebo od jejich 5 -konce. Podle toho se rozlišují 3 -exonukleázy a 5 -exonukleázy. b) endonukleázy Endonukleázy jsou enzymy, které katalyzují štěpení fosfodiesterových vazeb v určitých místech uvnitř poly(deoxy)ribonukleotidových řetězců za vzniku oligo(deoxy)ribonukleotidů. Endonukleázy jsou specifické a) vůči pentóze polynukleotidu - rozlišují ribunukleázy (RNázy) a deoxyribonukleázy (DNázy) b) vůči místu fosfodiesterové vazby, ve kterém je štěpena rozlišují se a-enzymy (neboli α-endonukleázy), které štěpí fosfodiesterové vazby blíže k C3 za uvolnění nukelozid-5 -fosfátů (např. fosfodiesteráza z hadího jedu je účinná na RNA i DNA) b-enzymy (neboli β-endonukleázy), které štěpí fosfodiesterové vazby blíže k C5 za uvolnění nukelozid-3 -fosfátů (např. fosfodiesteráza z hovězí sleziny; pankreatická RNáza štěpí v RNA b-vazby, pokud se na a-vazbu daného ribonukleotidu napojuje pyrimidinový nukleotid; plísňová RNáza T1 štěpí b-vazbu, pokud se na a-vazbu daného ribonukleotidu napojuje purinový nukleotid) c) vůči sekvenci nukleotidů v oblasti, která je štěpena - restrikční endonukleázy štěpí dsdna osově symetrické sekvence nukleotidů. polymerázy DNA polymerázy Taq polymeráza (Thermus aquaticus) RNA polymerázy restriktázy (restrikční endonukleázy)

20 Restrikční endonukleázy typu II: rozpoznávají obrácené repetice (inverted repeats); na koncích štěpené molekuly vznikají komplementární jednovláknové kohezní úseky (overhangs), které se za vhodných (fyziologických) podmínek mohou znovu spojit vodíkovými vazbami mezi komplementárními bazemi; př. EcoRI Zdroj: reverzní transkriptáza ligázy DNA-ligáza katalyzuje syntézu fosfodiesterové vazby mezi hydroxylovou (OH-) skupinou na C3 molekuly jednoho a fosfátem na C5 následujícího deoxyribonukleotidu při genových manipulacích se často používá DNA-ligáza fága T4, která je schopna ligovat molekuly s kohezními i tupými konci.

21 KLONOVÁNÍ - SYSTÉM E. coli vektorem v tomto systému jsou plazmidy (atb r, těžké kovy, tvorba toxinů a bakteriocinů). Některé plazmidy jsou konjugativní (tzn. že přecházejí z bakterie do bakterie). Vhodné jsou menší plazmidy <= snáze se vnášejí do buňky, se sekvenují, mají často cílové místo jen pro jeden RE. včlenění DNA nesmí narušit replikaci plazmidu; vzhledem k tomu, že pro replikaci in vitro je zapotřebí jen malá část plazmidu, jsou možné rozsáhlé konstrukce. nejvíce se používají plazmidy s rezistencí na 2 ATB z důvodu snadné selekce transformovaných buněk ( účinnost transformace, tj. vnesení plazmidu do bakteriální buňky, je nízká, cca 1 z buněk). Takovým plazmidem je plazmid pbr322 (tetracyklin r, ampicilin r ) cizorodá DNA se vnese do jednoho z genů pro atb r, čímž je tento gen rozrušen a tím se ztrácí rezistence na toto ATB, ale zůstává zachována rezistence pro druhé ATB. druhou skupinu vektorů v systému E. coli tvoří fágy nebo jejich upravené deriváty: a) charóny = cca 1/3 fága λ (~ 49 kbp) se dá nahradit cizí DNA, aniž by se tím narušila schopnost jeho replikace (reprodukce) b) cosmidy = plazmidy, do nichž byla vložena krátká sekvence DNA z fága λ označovaná jako cos; DNA, která obsahuje tuto sekvenci, může být in vivo i in vitro nasoukána do prekurzoru fágových hlaviček (pokud je její velikost kbp) a připojení fágových ocásků k naplněným hlavičkám je možné in vitro (je nutné pro infekci bakterií fágy) takto vytvořené pseudoviriony pak injikují svou DNA do bakterií s +/- 100%-ní účinností. - mohou zavést podstatně delší fragment cizorodé DNA do hostitele - jsou preferovány při tvorbě genových bank (knihoven) = soubor bakteriálních klonů,ve kterých je ve formě klonovaných fragmentů obsažen celý genom určitého organizmu. Z banky (knihovny) se žádaný klon (tj. klon obsahující příslušný cizorodý gen) selektuje obvykle pomocí radioaktivně značených sond technikou hybridizace ( sonda se připraví z mrna pro příslušný protein reverzní transkripcí přepisem na cdna). K odlišení klonu pro určitý gen stačí několik desítek bp souvislé sekvence komplementární k hledanému genu. Technicky se to provádí takto: a) bakterie z genové banky (knihovny) se vysejí na plotny b) bakterie se přenesou na nitrocelulózové filtry c) kolonie se lyzují a DNA se fixuje na filtr d) DNA se (alkáliemi) denaturuje a tím se zpřístupní pro detekci pomocí RA cdna nebo

22 mrna sondy e) vazba sondy k příslušné kolonii se vizualizuje (např. autoradiograficky) f) příslušný klon se izoluje z paralelní repliky Přitom mohou nastat některé potíže (troubleshootings): 1. bakteriální buňky nejsou schopné provést sestřih a proto cizí gen musí být do bakteriální buňky vnesen v souvislé sekvenci a proto je třeba ho rekonstruovat zpětným přepisem z mrna na cdna a doplněním druhého vlákna DNA: DNA (- řetězec) xxxxxxxxxxxx zpětná mrna yyyyyyyyyyyy yyyyyyyyyyyy DNA (+ řetězec) zzzzzzzzzzzzzz transkripce xxxxxxxxxxxx DNA (- řetězec) replikace zzzzzzzzzzzzz DNA (+ řetězec) 2. často nelze získat mrna v takových případech se využije aminokyselinové složení proteinu z něho se odvodí sled nukleotidů části genu + synteticky se připraví tato sekvence, která slouží jako primer reverzní transkriptáza přepíše na cdna v jeho přítomnosti informaci z těch molekul mrna, které obsahují sekvenci komplementární k primeru. 3. bakterie mají vlastní promotory pro zahájení vlastní transkripce a tzv. Shine- Dalgarnovy sekvence pro zahájení translace mrna. Chybějí-li tyto signální sekvence, exprese genu nenastane => a) cizí gen se musí včlenit do některého exprimovaného genu vektorové DNA ~> získá se tzv. fúzní protein (= žádaná bílkovina ve formě chiméry; z ní se pak odštěpí nepotřebné sekvence na N- nebo C- konci). b) ke klonovanému genu se připojí příslušné bakteriální signály 4. posttranslační úpravy informace pro tyto úpravy není obsažena v klonovaném genu a v bakteriální buňce k nim nedochází 5. bakterie obsahuje proteázy, které mohou vytvořený peptid destruovat (zlikvidovat) nebo změnit tak, že pozbude biologickou aktivitu <=> výhoda bakteriálních mutantů neschopných takové enzymy tvořit 6. tvorba a hromadění produktu vneseného genu neposkytuje bakteriální buňce žádnou selekční výhodu, avšak buňka spotřebovává mnoho energie ~>~> bakteriální buňky mohou pozbýt schopnosti dobrého růstu

23 7. signální sekvence na N-konci vytvořeného peptidu, které umožňují transport polypeptidu eukaryotní buňky. Eukaryotní sekvence není jako taková rozpoznána bakteriální buňkou ~> a proto vzniklý polypeptid není vylučován, signální sekvence není odštěpena a tím nevzniká funkční bílkovina řešení problému: a) izolace produktu z buněk a odstranění signálních sekvencí b) nahrazení eukaryotního signálního peptidu sekvencí kódující bakteriální signální peptid. Z bodů (1) (7) vyplývá snaha nahradit bakterie eukaryotními buňkami (např. ve kvasinkách se podařilo připravit vakcínu proti hepatitidě B kvasinky tvoří povrchový antigen HBV, ale i protein, který vytváří částice podobné těm, které se nacházejí v krvi nosičů HBV). Schéma postupu použitého při klonování ovce Dolly:

24 Internetové zdroje: - Cloning fact Sheet - Klonování:vymezení pojmu - Cloning in Focus - Klonování a náboženství (etika). - Test na klonování (s ilustracemi a animací). - Test z klonování (písemný). - Interaktivní klonování myši. - Animace klonování s výkladem. - Animace postupu klonování. - Interaktivní animace klonování s legendou. - Willadsenova technika klonování. - Animace Roslinovy metody. - Animace techniky Honolulu. - Animace techniky rekombinantních DNA. - Animace PCR. - Introduction to Cloning. - Rizika klonování. - MedLine Plus: cloning (řada odkazů na odborné práce). - Klonování a svalová dystrofie: myší model. - Techniky MB+G (klonování aj.). - Genetic Engineering. - Principle of Action. - Genetic Manipulations. Interactions of Plants and Plasmids Genetic Engineering.

25 REGULACE GENOVÉ EXPRESE genetická informace se exprimuje prostřednictvím transkripce a translace. V buňkách prokaryot i eukaryot jsou tyto procesy, včetně posttranskripčních a posttranslačních úprav, regulovány. Regulace genové exprese je nezbytná pro normální fungování genomu. Uplatňuje se např. v diferenciačních procesech při zapínání a vypínání určitých genů nebo genových oblastí v průběhu ontogeneze; selhání těchto regulačních procesů může mít závažné negativní až fatální důsledky (vrozené vývojové vady, poruchy imunity, maligní transformace, letalita apod.). Mechanismy regulace genové exprese umožňují organizmu adekvátně reagovat na některé změny vnějšího prostředí a jejich biologické účinky v organizmu; spolupodílejí se tak na procesech morfogeneze a fyziologické adaptace. při regulaci transkripce se významně uplatňují regulační proteiny. Molekula regulačního proteinu obvykle obsahuje specifické vazebné místo, kterým se naváže na určitou regulační oblast DNA (např. na promotor), kde plní funkci regulátoru, tzn. účastní se regulace příslušného děje (např. transkripce). Regulační protein může po vazbě na specifickou regulační oblast DNA příslušný regulovaný proces stimulovat (např. navodí podmínky pro činnost RNA-polymerázy) nebo inhibovat (např. navodí podmínky, za kterých činnost RNApolymerázy není možná); v prvním případě jsou regulační proteiny označovány jako pozitivní, ve druhém případě jako negativní. Mnohdy je regulační funkce regulačního proteinu podmíněna (nebo ovlivněna) navázáním efektoru na vazebné místo pro efektor nacházející se na molekule regulačního proteinu. Následkem navázání efektoru na regulační protein může být konformační změna, která teprve buď umožní vazbu regulačního proteinu na specifickou regulační oblast DNA (např. promotor) a realizaci jeho regulační funkce, anebo naopak znemožní vazbu regulačního proteinu na specifickou regulační oblast DNA (např. promotor) a realizaci jeho regulační funkce. V uvedených příkladech se jedná o alosterické efektory, které mohou být pozitivní, jestliže v důsledku konformačních změn po vazbě na regulační protein vedou k jeho navázání na příslušnou regulační oblast, anebo negativní, jestliže v důsledku konformačních změn po vazbě na regulační protein vedou k inhibici jeho vazby na příslušnou regulační oblast. některé formy regulace genové exprese se realizují na úrovni operonu. V této souvislosti je významnou regulační oblastí operonu operátor. Za vhodných podmínek se na operátor váže represor, který je možno definovat jako negativní protein kódovaný regulačním genem. Následkem této vazby je změna prostorového uspořádání, která RNA-polymeráze znemožní buď napojit se na promotor, anebo se z promotoru posunout dále ke strukturním genům

26 operonu; v obou případech se nerealizuje transkripce v rozsahu celého operonu, tj. všech jemu příslušejících strukturních genů. s molekulami represorů mohou interagovat molekuly dalších dvou skupin látek s regulační funkcí: induktory a korepresory. Vazbou induktoru na represor se projeví alosterický efekt, jehož důsledkem je inaktivace represoru, tzn. neschopnost represoru navázat se na operátor; jestliže tedy vazba represoru na operátor rezultuje v zastavení transkripce operonu, potom vazba induktoru na represor rezultuje v uvolnění represoru z operátoru a obnovu transkripce. Je zřejmé, že induktor plní funkci negativního alosterického efektoru. Vazbou korepresoru na represor se v důsledku alosterického efektu aktivuje represor; to znamená, že represor nabyde konformace, v níž se může vázat na operátor a inhibovat transkripci operonu. V takovýchto případech je tedy represor sám o sobě neaktivní, nemůže se bez spojení s korepresorem navázat na operátor a reprimovat transkripci příslušného operonu. Z uvedeného je zřejmé, že existují dva základní typy represorů: (1) represory, které jsou aktivní samy o sobě a stávají se inaktivními reakcí s induktorem (jsou inaktivovatelné induktorem), (2) represory, které jsou samy o sobě inaktivní a stávají se aktivními až reakcí s korepresorem (jsou aktivovatelné korepresorem). V souvislosti s tím rozlišujeme jednak regulaci operonu negativní, při níž dochází k zastavení transkripce v důsledku navázání aktivního represoru na operátor, jednak regulaci operonu pozitivní, při níž dochází k transkripci v důsledku uvolnění represoru z operátoru. Enzymová indukce se týká pouze tzv. inducibilních enzymů, jejichž biosyntéza je závislá (na rozdíl od tzv. konstitutivních enzymů) na přítomnosti induktoru. Induktor je specifická látka (např. substrát), která vede k produkci určitého enzymu. Jako příklad inducibilního enzymu lze uvést β galaktozidázu Escherichia coli, jejímž induktorem je laktóza. Bakterie syntetizují tento enzym v hojném množství pouze v přítomnosti laktózy jako jediného zdroje uhlíku v živném médiu; naopak, není-li laktóza v médiu přítomna jako jediný zdroj uhlíku a je jím jiná látka, např. glukóza, je využívána ona a syntéza β galaktozidázy ustává (resp. je udržována na minimální bazální úrovni). Enzymová represe je založena na principu potlačení biosyntézy jednoho enzymu nebo více enzymů některým z metabolitů (zpravidla konečným produktem) biosyntetické dráhy, v níž se sám tento enzym (tyto enzymy) katalyticky uplatňuje (uplatňují). Represe v tomto případě odráží kvantitativní zastoupení příslušného metabolitu, který funguje jako korepresor. Zvýší-li se koncentrace korepresoru nad určitou hraniční mez, dochází

27 k enzymové represi; sníží-li se koncentrace korepresoru v důsledku jeho intracelulární utilizace pod tuto hraniční mez, obnovuje se funkce příslušné biosyntetické dráhy. Katabolické represe -při katabolické represi je určitým substrátem potlačena biosyntéza určitého enzymu i v přítomnosti induktoru. Tento typ regulace genové exprese můžeme demonstrovat na již zmiňovaném případu indukce β galaktozidázy v buňkách Escherichia coli v přítomnosti laktózy jako induktoru, je-li jediným zdrojem uhlíku; jestliže dalším zdrojem uhlíku v živném médiu bude v dostatečné koncentraci glukóza, která je metabolizována přednostně, resp. katabolity glukózy, bude syntéza β galaktozidázy reprimována. V mechanizmu katabolické represe se uplatňuje tzv. katabolický aktivační protein (CAP), který zvyšuje afinitu promotoru k RNA-polymeráze poté, co se jako součást komplexu s camp naváže v přítomnosti induktoru do oblasti promotoru. CAP v tomto procesu plní funkci pozitivního regulačního proteinu, camp pozitivního alosterického efektoru. V uvedeném příkladu katabolické represe syntézy β galaktozidázy v přítomnosti glukózy jako druhého substrátu (vedle laktózy) v živném médiu E. coli katabolity glukózy inhibují syntézu camp, kterého se pak nedostává k vytvoření komplexu CAP camp; omezená dostupnost a tím i omezená možnost navázání komplexu CAP camp do oblasti promotoru vede k snížení až znemožnění vazby RNA-polymerázy na promotor a tomu odpovídající inhibici až zástavě transkripce. Enzymová indukce, enzymová represe a katabolická represe patří mezi formy regulace genové exprese rozšířené a dobře známé zejména u bakterií. Atenuace - jiný způsob regulace transkripce u prokaryot je. Uplatňuje se při ní tzv. atenuátor, což je specifická oblast vedoucí sekvence DNA, jejíž určitý úsek funguje jako předčasný terminátor transkripce některých operonů. Vyskytuje se např. v tryptofanovém operonu E. coli. Striktní regulace - regulace exprese genů kódujících rrna a trna u prokaryot je závislá na dostupnosti aminokyselin z vnějšího prostředí. Za podmínek, kdy je syntéza trna a rrna pro nedostatek aminokyselin již zastavena, může syntéza mrna ještě pokračovat. Protismyslová RNA (= antisense RNA) u prokaryot účinný způsob regulace genové exprese. Antisepse-RNA je transkript RNA komplementární k jiné molekule (nebo k části molekuly) RNA, s níž se spojuje a tím inhibuje její funkci. Například u Escherichia coli existuje protismyslová (antisense) RNA komplementární k mrna, která je přepisem genu pro transponázu; vznik hybridní molekuly RNA (mrna x komplementární antisense RNA) zabraňuje translaci této mrna a tím inhibuje syntézu transponázy.

28 V buňkách eukaryot existuje celá řada dalších způsobů regulace genové exprese. Vzhledem k tomu, že molekulární mechanizmy jejich působení jsou tématy jiných předmětů (zejména molekulární a buněčné biologie), nebudeme se jimi zde podrobně zabývat. Pouze připomeneme některé z nich. Aktivátory iniciace transkripce umožňují zvýšit účinnost transkripce nad bazální hodnotu tím, že se váží se základními transkripčními faktory při formování preiniciačního komplexu a přispívají k jeho větší stabilitě. Některé aktivátory při interakci se základními transkripčními faktory nepůsobí přímo, ale prostřednictvím dalších proteinových molekul, tzv. koaktivátorů. účinnost transkripce pozitivně ovlivňují specifické regulační oblasti na DNA tzv. zesilovače transkripce. Zesilovač transkripce interaguje prostřednictvím transkripčních faktorů s promotorem, přičemž výsledkem této interakce je uvedení RNA-polymerázy do aktivního stavu, v němž může zahájit transkripci. Naopak negativně ovlivňují účinnost transkripce tzv. tlumiče transkripce, které většinou rovněž působí prostřednictvím interakce s některými transkripčními faktory. v průběhu ontogenetického vývoje se uplatňuje specifická aktivace genů, která se v zásadě děje dvěma základními způsoby: buď je určitý gen v uvažované tkáni aktivován k transkripci biosyntézou specifického transkripčního faktoru v dané tkáni (a pro ni charakteristického), anebo je ve tkáni aktivován specifický transkripční faktor, který následně stimuluje transkripci v buňkách této tkáně. Alternativní sestřih probíhající v různých tkáních odlišně je mechanismem zajišťujícím variabilitu finálních produktů transkripce strukturních genů a konsekventně i produktů translace mezi jednotlivými tkáněmi v rámci diferencovaného mnohobuněčného organizmu. Je zřejmé, že na alternativním sestřihu participují tkáňově specifické transkripční faktory. Homeotické geny zahrnují zvláštní a velice složitou skupinu regulačních mechanismů, které se uplatňují při morfogenetických procesech v přesně časově uspořádaných a lokalizovaných posloupnostech. Hormony mnohé, pro které existují intracelulární (cytoplazmatické nebo jaderné) receptory fungující jako transkripční faktory (např. steroidní hormony), ovlivňují expresi genetické informace. Po vazbě hormonu na takový receptor dochází k navázání komplexu receptor hormon na hormonový responzivní element (HRE), lokalizovaný na promotoru, popř. zesilovači transkripce. Některé další hormony se váží na receptory umístěné v cytoplazmatické membráně (např. inzulin, glukagon, FSH, ACTH, LH); vznik takové vazby vede k aktivaci G-proteinů a následné sérii reakcí zprostředkujících přenos signálu z receptoru prostřednictvím druhého

29 přenašeče (posla) až na cílové molekuly, které se uplatňují v reakci buňky na signál indukovaný hormonem. na ještě mnohem komplexnější úrovni je genová exprese ovlivněna regulací buněčného cyklu. Podobně můžeme do regulace genové exprese zahrnout procesy spojené s funkcemi imunitního systému (ať už se jedná o tzv. imunitu zprostředkovanou buňkami nebo o tzv. protilátkovou imunitu), procesy související s maligní transformací, aktivitami protoonkogenů a onkogenů. Schéma regulace genové exprese Zdroj: Schéma regulace genové exprese u prokaryot Zdroj:

30

31 Zdroj: Internetové zdroja: - Regulace exprese genů molekulární úrovni. na TRANSGENOZA A GMO - Vyhláška 209/2004 Sb. o bližších podmínkách nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty. - Vyhláška 209/2004 Sb. o bližších podmínkách nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty. - Zákon 78/2004 Sb. o nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty. - Zákon 78/2004 Sb. o nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty. - Genetically Modified Crops. GMO (brambory) GMO GMO:brambory GMO 1: Hmyzuvzdorné transgenní odrůdy GMO 2: Integrovaná regulace škůdců. GMO 3: Chmel a mšice chmelová. GMO: Riziková témata. - Genetically Modified Crops (overview;výborné, použít).

32 GENOVÉ INŽENÝRSTVÍ = záměrné rekonstruování organizmů na genové úrovni za účelem dosažení předem stanovených cílů. základní technika = rekombinace DNA in vitro bez ohledu na jejich taxonomickou příslušnost - spočívá ve spojení fragmentů zvolené DNA s vektorovou DNA, o které se ví, že se pomnoží v buňkách, do níž mají být cizorodé geny vneseny. Vektory obsahující cizorodé geny se označují jako rekombinantní vektory. vektory u prokaryot slouží k přenosu DNA plazmidy a fágy - u eukaryot se pro klonování DNA v savčích buňkách používají konstrukty odvozené od virů

33 Charakteristika jednotlivých typů vektorů podle velikosti inzertu vektor velikost inzertu [kbp] plazmid 2-10 cosmid 4 BAC(bacterial artificial chromosome) YAC (trast arteficial chromosome) > 300 molekulové (genové) klonování = reprodukce cizorodého segmentu DNA v novém hostiteli ~ tvorba neomezeného množství kopií restrikční enzymy = bakteriální druhově přísně sekvenčně specifické enzymy umožňující bakteriím rozeznat a rozrušit cizí DNA - jsou přísně sekvenčně specifické; vykazují endonukleázovou aktivitu; atakují cílové sekvence o délce 4 8 bp; cílová sekvence o n bp se vyskytuje průměrně 1x v nahodilé sekvenci DNA o délce 4 n => RE štěpící cílovou sekvenci o délce 6 bp rozštěpí DNA na fragmenty o průměrné velikosti 4 6 = bp ~ velikosti genů. - bakterie chrání vlastní DNA před vlastními RE metylace určitých bází v cílových sekvencích, katalyzovaná metylázou rozpoznávající stejné sekvence jako příslušná RE ligázy kovalentně spojují fragmenty DNA s lepivými konci (např. lipáza z E. coli) nebo s tupými konci (např. lipáza fága T4) adaptor = spojka, tvořená krátkým syntetickým dvouvláknovým oligonukleotidem, který nese cílové sekvence pro jeden nebo více RE. - připojí se ligací tupých konců k sekvencím genu pak se restrikčním enzymem vytvoří v adaptoru jednovláknové kohezní konce, čímž se struktura připraví pro spojení s vektorovou DNA, která byla ošetřena stejným restrikčním enzymem. - umožňují opatřit jakoukoli DNA lepivými konci, které jsou charakteristické pro danou restriktázu (restrikční endonukleázu). - hlavní význam: umožňují z klonované DNA vyštěpit klonovaný gen o přesně definované poloze (o přesně definovaném místě). nick translation (= přenos přerušení) dovoluje značení DNA pomocí 32 P DTP tím, že za vjodných podmínek DNApolyI degraduje svou nukleázovou aktivitou vlákno DNA ve směru 5 3 a současně svou polymerázovou aktivitou katalyzuje syntézu degradovaného řetězce. S1-nukleáza izolována z Aspergillus oryzae; exonukleázová aktivita je preferenčně na jednovláknové řetězce; je schopna odstranit všechny ss struktury slouží k odlišení ss a ds struktur.

34 nukleáza fága λ působí přednostně na ds struktury; zahajuje štípání na 5 -konci za tvorby 5 -(d)nmp. revertáza součást virionů retrovirů - vzhledem k diskontinuitnímu uspořádání eukaryotních genů je třeba zpětným přepisem z mrna rekonstruovat jejich souvislé protějšky a poté (po odstranění matrice /tj. mrna/ působením alkálií) pomocí restriktázy katalyzovat syntézu druhého řetězce. - zpětných transkriptů z mrna se používá pro sekvenování a jako sond pro hybridizaci. genová banka (knihovna) = soubor bakteriálních klonů,ve kterých je obsažen celý genom určitého organizmu ve formě klonovaných fragmentů Genové inženýrství u metazoí: k zavedení cizorodých genů do savčích buněk se používá transfekce nebo virových vektorů: transfekce = získávání nových genetických znaků přímým zavedením cizorodé DNA do buňky (obdoba transformace u bakterií). - nízká účinnost ~> použití prostředků, které průnik DNA do buňky zvyšují: koprecipitace s kalciumfosfátem, polykationtové substance typu DEAE-dextran či poly-l-ornitin; přídavek chloroquinu tlumí degradaci DNA v lyzozomech, PEG zajistí, že s buňkami splynou protoplasty z bakterií nesoucích vhodné plazmidy, nebo erytrocyty či lipozomy se zavzatou cizorodou DNA, lipofekce zprostředkovaná částicemi katonických tuků, které reagují s DNA a splývají s buňkami bez PEG, mikroinjekce DNA do buňky, vpravení DNA do buňky metodou elektroporace ( buňka se vystaví krátkému elektrickému šoku a napěí několika kv ~> vzniknou póry, jimiž DNA pronikne do buňky vzniklé otvory se rychle zacelí). - kotransfekcí genu pro žádaný produkt + selektovaný marker lze získat klony, produkující produkty obou genů. Často se jako selektovatelný marker požívají a) geny pro aminoglykozidfosfotransferázu, která inaktivuje ATB geneticin (G418) b) virové geny kódující thymidinkinázu či dihydrofolátreduktázu c) geny pro XGPRT a jiné produkty, jež činí buňky nezávislé na určitých prekurzorech - exprese genu se zjišťuje většinou biochemicky nebo imunologicky virové vektory neživé = ty, které nejsou schopny po provedené manipulaci samostatné reprodukce (SV40 rekombinant se může pomnožit v transformovaných buňkách, které konstitutivně

35 vytvářejí chybějící virovou funkci, např. buňky myšího původu COS; tyto buňky obsahují genom viru SV40, který postrádá místo počátku replikace virové DNA a nemůže se proto replikovat, ale tvoří časný virový protein označovaný jako antigen T. Po infekci virem SV40, ve kterém byl gen pro antigen T nahrazen jiným genem např. pro hemaglutinin chřipkového viru ale je zachováno místo počátku replikace, se vytvoří množství neinfekčních rekombinantních části SV40; když se takovým virem infikují opičí buňky, vytvoří se v nich množství hemaglutininu chřipkového viru). - jsou jimi nejčastěji retroviry (jako vektory) jsou vysoce účinné v transferu cizího genu do cílového hostitele. Retrovirové vektory jsou analogy defektních virů, v nichž se nahradí geny plně kompletního proviru geny cizorodými; zpravidla je 1 ze začleněných genů snadno detekovatelným markerem. K pomnožení takových defektních virů se používá speciálních buněčných linií získaných transfekcí buněk provirem retroviru, který byl zbaven části NK nutné pro enkapsidaci virové RNA taková linie není schopna produkovat infekční virus, ale vytvoří virové bílkoviny, jež umožní pomnožení rekombinantního vektoru. živé používají se středně velké viry (adenoviry, herpes viry, poxviry) - jde o náhradu neesenciálních virových genů (nebo jednoho genu) cizorodým genetickým materiálem. Do poxvirů lze vpravit středně velkých genů to vytváří vhodné podmínky pro vývoj polyvalentních vakcín. Nejčastěji se používá virus vakcinie výhody: signální sekvence viru vakcinie jsou specifické a řízené pouze virovými regulačními proteiny + geny tohoto viru jsou bez intronů. Při rekombinacích se používá plazmidů konstruovaných tak, aby obsahovaly promotor a neesenciální gen viru vakcinie, do něhož se vkládá cizorodý gen zbavený intronů; po transfekci buněk infikovaných virem vakcinie dojde k homologiní rekombinaci mezi rozštěpeným genem viru vakcinie (který je v plazmidu) a homologiním genem replikujícího se viru vakcinie; rekombinací se tento gen inaktivuje. Byl-li zvolen gen pro thymidinkinázu viru vakcinie, vzniklý rekombinant je TK a jako takový je rezistentní k 5-bromo-2-deoxyuridinu a lze ho tak snadno zjistit a detekovat. Tkáňové (buněčné) kultury nejsou problémy spojené s expresí genů a postsyntetickými úpravami vnesené geny nepodléhají (často) represi, které jsou vystaveny v organizmu (např. myší fibroblasty po zavedení globinových genů produkují globin, který jinak netvoří).

36 pozitivem je i to, že sekretorické proteiny se vylučují do média TK ~> usnadněná izolace a purifikace produktů nevýhody vysoké náklady proti užití geneticky zmanipulovaných savčích buněk jako producentů vakcín a farmakologicky významných látek pro účely humánní medicíny je možná přítomnost onkogenních faktorů, které by mohly přejít do preparátu Internetové zdroje: Klonování a genové inženýrství - Metody molekulární biologie. - Molekulární genetika: molekulární diagnostika. Třídění molekul nukleových kyselin. Izolace nukleových kyselin. Štípání DNA. Klonování DNA. Amplifikace DNA pomocí PCR. Syntéza oligonukleotidů. Animace syntézy oligonukleotidů. Sekvenování DNA. - Použití sond. Ovlivnění DNA teplem. - Molekulární markery. - Vývojová biologie: kmenové buňky. - Kmenové buňky nádorů. - Mutace a reparace.

37 MIMOJADERNÁ DĚDIČNOST - Mimojaderná dědičnost (člověk) - MITOMAP (a human mitochondrial geonome databáze). - Mitochondrie člověka - Revised Cambridge reference sequence of the human mitochondrial DNA. - Complete mitochodnrial DNA sequence. - Human mitochondrial genetic code. mtdna. - Molecular Architecture, Replication, and Dynamics of Linear Chromosomes in Mitochondria. 1/Mitochondria.html - Mitochondria. mtdna. - Molecular Architecture, Replication, and Dynamics of Linear Chromosomes in Mitochondria.

38 Největší část genetické informace eukarytických buněk je obsažena v buněčném jádru, kde jejich genofory jsou jednotlivé chromozomy. V buňkách prokaryot, které nemají vytvořeno buněčné jádro v morfologickém smyslu, je analogem eukaryontického chromozomu prokaryotický chromozom, uložený v cytoplazmě. Minoritní část genetické informace je obsažena v cytoplazmatických strukturách, tedy mimo buněčné jádro, v podobě molekul DNA mitochondrií, chloroplastů a plazmidů. Pro cytoplazmatický (mimojaderný) genetický materiál jako celek se používá označení plazmon. Cytoplazmatická dědičnost se vyznačuje některými specifiky, která ji odlišují od dědičnosti jaderné: (1) matroklinní dědičnost je takový způsob dědičnosti, při kterém je fenotypový projev hybrida shodný s fenotypovým projevem mateřského jedince. Vede k tomu, že výsledky reciprokých křížení nejsou identické. Jako příklad lze uvést cytoplazmaticky podmíněnou pylovou sterilitu u některých druhů rostlin (např. kukuřice) nebo dědění znaků, determinovaných mitochondriálními geny, pouze v mateřské linii. (2) somatické štěpení je důsledkem nerovnoměrné distribuce mitochondrií, chloroplastů i plazmidů do jednotlivých buněk při buněčném dělení (na rozdíl od striktně rovnoměrné distribuce chromozomů). Proto množství mimojaderné genetické informace varíruje mezi buňkami v závislosti na počtu cytoplazmatických faktorů dědičnosti v jednotlivých buňkách. Příkladem může být panašování u rostlin jako projev chloroplastové dědičnosti. U některých druhů rostlin jsou známy případy matroklinní dědičnosti neschopnosti syntézy chlorofylu. U typu dědičnosti, označovaného jako albomaculatus, nejsou recesivní alely cl předávány zygotě pylem. Proto při křížení samičí bílé (bezchlorofylové) rostliny se samčí zelenou rostlinou budou v potomstvu všechny rostliny bílé (bezchlorofylové). Tento typ dědičnosti se vyskytuje např. u druhů rodu Nicotiana, Petunia, Zea. Při reciprokém křížení budou v potomstvu všechny rostliny zelené. U typu dědičnosti, označované jako paralbomaculatus, přecházejí recesivní alely pylovým zrnem do zygoty. Proto se při křížení bílé (bezchlorofylové) samičí rostliny se zelenou samčí rostlinou v potomstvu objeví rostliny bílé i zelené, avšak převažovat budou rostliny bílé (bezchlorofylové). Naopak při reciprokém křížení mezi potomky budou převažovat rostliny zelené nad bílými. Typ paralbomaculatus se vyskytuje např. u rodu Pelargonium. (3) plazmon obsahuje jen nepatrný zlomek všech genů v buňce. Plazmonové geny zpravidla kódují bílkoviny, které jsou specifické pro normální fungování příslušné organely (mitochondrie, chloroplastu), případně nejsou pro buňku nepostradatelné (plazmidy).

39 Autonomie procesů souvisejících s expresí genetické informace mitochondrií a chloroplastů není absolutní, protože v řadě případů existuje interakce mezi jadernými a cytoplazmatickými geny, resp. závislost exprese cytoplazmatických genů na expresi genetické informace obsažené v jaderném genomu. Příkladem může být schopnost nálevníků Paramecium aurelia vylučovat paramecin. Jedinci genotypu KK a někteří jedinci genotypu Kk obsahují v cytoplazmě tzv. částice κ sestávající z proteinové oblasti (tělísko R) a virové částice. Toxin (paramecin) působí na jedince genotypu kk, kteří částice κ neobsahují a jsou vůči tomuto toxinu senzitivní. Trvá-li konjugace mezi jedincem genotypu KK a jedincem genotypu kk dostatečně dlouhou dobu, vzniklí hybridi genotypu Kk budou obsahovat částice κ a budou produkovat toxin, ke kterému sami budou odolní. Naopak, bude-li konjugace mezi jedinci uvedených genotypů trvat krátkou dobu, během níž nebudou moci být přeneseny cytoplazmatické částice κ z cytoplazmy donora (KK) do cytoplazmy recipienta (kk), nebudou heterozygotní potomci Kk obsahovat částice κ. V důsledku toho tito heterozygoti nebudou produkovat paramecin a budou vůči němu senzitivní; to znamená, že se budou fenotypově projevovat jako jedinci genotypu kk, kteří částice κ nikdy neobsahují a jsou proto vždy senzitivní vůči paramecinu. (4) některé mimojaderné determinanty jsou infekční. Mezi ně patří například bakteriální epizomy a někteří intracelulární symbionti. (5) mimojaderné geny nelze mapovat do genetických map jaderných genů, avšak je možné stanovit pořadí genů a vzdálenosti mezi nimi na příslušném genoforu (tj. plazmidové, mitochondriální či chloroplastové DNA). Některé znaky, podmíněné cytoplazmatickými determinantami dědičnosti, se významně uplatňují v praxi. Například cytoplazmatická sterilita se využívá při šlechtění rostlin. Tato sterilita je podmíněna cytoplazmatickými geny (mitochondriálními, plastidovými), které se přenášejí na potomstvo prostřednictvím cytoplazmy vaječné buňky, takže pylově sterilní potomstvo se tvoří pouze na rostlinách pylově sterilních. K udržování sterility slouží křížení samičí rostliny s plazmotypem S (cytoplazmatická sterilita) se samčí rostlinou s plazmotypem F (normální cytoplazma). Samčí pylová sterilita (CMS) je podmíněna interakcí genů cytoplazmatických s geny jadernými. Plazmotypy S a F spolupůsobí s jedním nebo více jadernými geny. Některá alela (nebo některé alely) těchto jaderných genů poskytuje s plazmotypem S pylově sterilní rostliny; většinou se jedná o alelu recesivní, označovanou symbolem ms nebo rf. Dominantní alela Ms (resp. Rf) s plazmotypem S vede k obnově fertility; v této souvislosti proto hovoříme o některých genech jako o obnovitelích (restorter)

40 samčí pylové fertility. Na CSM lze nahlížet jako na formu genetické kastrace a jako na významný prostředek udržování vhodných (zejména hybridních) genotypů. SCHÉMA MITOCHONDRIÁLNÍHO GENOMU SCHÉMA CHLOROPLASTOVÉHO GENOMU

41 TRANSKRIPCE MITOCHONDRIÁLNÍ A CHLOROPLASTOVÉ DNA Genofory v těchto buněčných organelách jsou tvořeny kružnicovými dvouřetězcovými molekulami DNA (podobně jako u bakterií), které nesou strukturní geny i geny pro funkční RNA. Geny mitochondrií i chloroplastů jsou rozmístěné ve více transkripčních jednotkách na obou řetězcích DNA. Mechanismus jejich transkripce je (zřejmě) obdobný jako u prokaryot; rovněž strukturou promotorů a některými vlastnostmi RNA-polymeráz jsou jim blízké. Podobnost organizace mitochondriálního a chloroplastového genomu v mnoha aspektech s organizací prokaryotického (bakteriálního) genomu byla ostatně východiskem pro formulování dnes poměrně široce akceptované endosymbiotické hypotézy. EDITACE MITOCHONDRIÁLNÍ RNA Specifickým rysem tohoto typu posttranskripční úpravy (na rozdíl od předchozích tří výše uvedených) je, že se při ní mění původní obsah genetické informace. V důsledku toho primární struktura editované RNA není zcela komplementární k primární struktuře matričního řetězce transkribovaného příslušného strukturního genu. Jinými slovy, v případě translace editované mrna je syntetizován polypeptidový řetězec o aminokyselinovém složení odlišném od aminokyselinového složení polypeptidového řetězce, který by byl syntetizován při translaci needitované mrna. Editace není jevem nahodilým, ale přesně řízeným a regulovaným. Jsou známy menší molekuly RNA (řádově o několika desítkách ribonukleotidů), označované jako řídící RNA (grna). Molekula grna určitým svým úsekem hybridizuje s komplementárním úsekem mrna (označovaným jako kotva) a odtud editaci řídí. V současné době je známo, že se editace může uskutečnit mechanismem substituce, inzerce nebo delece bází v polyribonukleotidovém řetězci. Strukturní geny, jejichž genetická informace podléhá editaci, se označují jako kryptogeny.

42 TRANSLACE V MITOCHONDRIÍCH Templátem pro translaci v mitochondriích je mrna transkribovaná z mtdna. Ribozomy mitochondrií jsou považovány za ribozomy prokaryotického typu. Rovněž translace na mitochondriálních ribozomech probíhá obdobně jako u prokaryot, včetně řazení formylmetioninu jako iniciační aminokyseliny. Autonomie translace (jakožto i některých dalších molekulárně-biologických procesů) v mitochondriích není úplná, naopak, je v určitém rozsahu závislá na produktech cytoplazmatických dějů, především na některých proteinech, nepostradatelných pro realizaci translace (např. aa~trna-syntetázy, proteinové komponenty ribozomů, iniciační a elongační faktory). Charakteristickou zvláštností genetických procesů v mitochondriích je existence určitých odchylek od standardního genetického kódu a schopnost mitochondriálních trna tento pozměněný genetický kód číst. TRANSLACE V CHLOROPLASTECH Rovněž v chloroplastech jsou zastoupeny ribozomy prokaryotického typu (70S, podjednotky 30S a 50S) a průběh translace je v obecné rovině shodný s průběhem translace u prokaryot, včetně formylmetioninu jako iniciační aminokyseliny. Typické pro translaci v chloroplastech je uplatnění pravidla o kolísavém párování bází ve značném rozsahu. Autonomie translace i některých dalších molekulárně biologických procesů v chloroplastech je omezená podobně jako u mitochondrií, avšak genetický kód je standardní. GENETIKA BUŇKY Organizace chromozomu

43 Zdroj: PŘÍKLADY POUŽITÍ METODY FISH

44 Značení interfázních chromozomů

45 Legenda: Metafázní buňka byla hybridizována se sondou specifickou pro centromerickou oblast chromozomu X a pro oblast p22.3 v terminálním úseku krátkého raménka chromozomu X (červený signál). Na uvedeném karyotypu je červený signál pro oblast p22.3 přítomen pouze na jednom z obou chromozomů X, tzn. že druhý chromozom je pro tuto oblast aberantní. FISH _- R -BANDING

46 KARYOTYPY ČLOVĚKA - FISH (mnohobarevná hybridizace in situ mfish) Obr. č. 5: Karyotypy připravené metodou FISH. a) normální karyotyp muže 46 XY, b) buňka nemocného s chronickou myeloidní leukemií a komplexní přestavbou karyotypu

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/28.0018

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/28.0018 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio CZ.1.07/2.2.00/28.0018 2.4 GENETICKÉ MANIPULACE in vitro - nekonvenční techniky, kterými lze modifikovat rostlinný

Více

BAKTERIÁLNÍ GENETIKA. Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

BAKTERIÁLNÍ GENETIKA. Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc. BAKTERIÁLNÍ GENETIKA Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc. -dědičnost u baktérií principiálně stejná jako u komplexnějších organismů -genom haploidní a značně menší Bakteriální genom

Více

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. MBIO1/Molekulární biologie 1 Tento projekt je spolufinancován

Více

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. MBIO1/Molekulární biologie 1 Tento projekt je spolufinancován

Více

Okruhy otázek ke zkoušce

Okruhy otázek ke zkoušce Okruhy otázek ke zkoušce 1. Úvod do biologie. Vznik života na Zemi. Evoluční vývoj organizmů. Taxonomie organizmů. Původ a vývoj člověka, průběh hominizace a sapientace u předků člověka vyšších primátů.

Více

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje Modul 02 Přírodovědné předměty Hana Gajdušková 1 Viry

Více

Enzymy v molekulární biologii, RFLP. Molekulární biologie v hygieně potravin 3, 2014/15, Ivo Papoušek

Enzymy v molekulární biologii, RFLP. Molekulární biologie v hygieně potravin 3, 2014/15, Ivo Papoušek Enzymy v molekulární biologii, RFLP Molekulární biologie v hygieně potravin 3, 2014/15, Ivo Papoušek Enzymy v molekulární biologii umožňují nám provádět celou řadu přesně cílených manipulací Výhody enzymů:

Více

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA Molekulárn rní základy dědičnosti Ústřední dogma molekulárn rní biologie Struktura DNA a RNA Ústřední dogma molekulárn rní genetiky - vztah mezi nukleovými kyselinami a proteiny proteosyntéza replikace

Více

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním

Více

Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií

Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií Téma bakalářské práce: Úloha protein-nekódujících transkriptů ve virulenci patogenních bakterií Nové odvětví molekulární biologie se zabývá RNA molekulami, které se nepřekládají do proteinů, ale slouží

Více

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. OBVSB/Obecná virologie Tento projekt je spolufinancován Evropským

Více

Zdrojem je mrna. mrna. zpětná transkriptáza. jednořetězcová DNA. DNA polymeráza. cdna

Zdrojem je mrna. mrna. zpětná transkriptáza. jednořetězcová DNA. DNA polymeráza. cdna Obsah přednášky 1) Klonování složených eukaryotických genů 2) Úprava rekombinantních genů 3) Produkce rekombinantních proteinů v expresních systémech 4) Promotory 5) Vektory 6) Reportérové geny Zdrojem

Více

Výuka genetiky na PřF OU K. MALACHOVÁ

Výuka genetiky na PřF OU K. MALACHOVÁ Výuka genetiky na PřF OU K. MALACHOVÁ KATEDRA BIOLOGIE A EKOLOGIE BAKALÁŘSKÉ STUDIJNÍ PROGRAMY Experimentální Systematická Aplikovaná (prezenční, kombinovaná) Jednooborová Dvouoborová KATEDRA BIOLOGIE

Více

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování

Dědičnost pohlaví Genetické principy základních způsobů rozmnožování Dědičnost pohlaví Vznik pohlaví (pohlavnost), tj. komplexu znaků, vlastností a funkcí, které vymezují exteriérové i funkční diference mezi příslušníky téhož druhu, je výsledkem velmi komplikované série

Více

ZÁKLADY BAKTERIÁLNÍ GENETIKY

ZÁKLADY BAKTERIÁLNÍ GENETIKY Zdroj rozmanitosti mikrorganismů ZÁKLADY BAKTERIÁLNÍ GENETIKY Různé sekvence nukleotidů v DNA kódují různé proteiny Různé proteiny vedou k různým organismům s různými vlastnostmi Exprese genetické informace

Více

Speciace neboli vznik druhů. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Speciace neboli vznik druhů. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek Speciace neboli vznik druhů KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek Co je to druh? Druh skupina org., které mají společné určité znaky. V klasické taxonomii se jedná pouze o fenotypové znaky. V evoluční g. je druh

Více

Centrální dogma molekulární biologie

Centrální dogma molekulární biologie řípravný kurz LF MU 2011/12 Centrální dogma molekulární biologie Nukleové kyseliny 1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Mendel) 1869 objev nukleových kyselin (Miescher) 1944 genetická informace v nukleových

Více

Exprese genetické informace

Exprese genetické informace Exprese genetické informace Stavební kameny nukleových kyselin Nukleotidy = báze + cukr + fosfát BÁZE FOSFÁT Nukleosid = báze + cukr CUKR Báze Cyklické sloučeniny obsahující dusík puriny nebo pyrimidiny

Více

AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny

AUG STOP AAAA S S. eukaryontní gen v genomové DNA. promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4. kódující oblast. introny eukaryontní gen v genomové DNA promotor exon 1 exon 2 exon 3 exon 4 kódující oblast introny primární transkript (hnrna, pre-mrna) postranskripční úpravy (vznik maturované mrna) syntéza čepičky AUG vyštěpení

Více

Molekulární biotechnologie č.8. Produkce heterologního proteinu v eukaryontních buňkách

Molekulární biotechnologie č.8. Produkce heterologního proteinu v eukaryontních buňkách Molekulární biotechnologie č.8 Produkce heterologního proteinu v eukaryontních buňkách Eukaryontní buňky se využívají v případě, když Eukaryontní proteiny syntetizované v baktériích postrádají biologickou

Více

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE 3. LÉKAŘSKÁ FAKULTA (tématické okruhy požadavků pro přijímací zkoušku)

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE 3. LÉKAŘSKÁ FAKULTA (tématické okruhy požadavků pro přijímací zkoušku) UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE 3. LÉKAŘSKÁ FAKULTA (tématické okruhy požadavků pro přijímací zkoušku) B I O L O G I E 1. Definice a obory biologie. Obecné vlastnosti organismů. Základní klasifikace organismů.

Více

Ivo Papoušek. Biologie 8, 2015/16

Ivo Papoušek. Biologie 8, 2015/16 Ivo Papoušek Biologie 8, 2015/16 Doporučená literatura: Metody molekulární biologie (2005) Autoři: Jan Šmarda, Jiří Doškař, Roman Pantůček, Vladislava Růžičková, Jana Koptíková Izolace nukleových kyselin

Více

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze Studium biologie na PřF UK v Praze Bakalářské studijní programy / obory Biologie Biologie ( duhový bakalář ) Ekologická a evoluční biologie ( zelený

Více

-dědičnost= schopnost rodičů předat vlastnosti v podobě vloh potomkům

-dědičnost= schopnost rodičů předat vlastnosti v podobě vloh potomkům Otázka: Molekulární základy dědičnosti Předmět: Biologie Přidal(a): KatkaS GENETIKA =dědičnost, proměnlivost organismu -dědičnost= schopnost rodičů předat vlastnosti v podobě vloh potomkům -umožní zachovat

Více

Degenerace genetického kódu

Degenerace genetického kódu AJ: degeneracy x degeneration CJ: degenerace x degenerace Degenerace genetického kódu Genetický kód je degenerovaný, resp. redundantní, což znamená, že dva či více kodonů může kódovat jednu a tutéž aminokyselinu.

Více

MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI

MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI Maturitní téma č. 33 MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI NUKLEOVÉ KYSELINY - jsou to makromolekuly tvořené řetězci vzájemně spojených nukleotidů. Molekula nukleotidu sestává z : - pětiuhlíkatého monosacharidu

Více

FYZIOLOGIE ROSTLIN. Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.: 224382514 E-mail: hejnak @af.czu.cz

FYZIOLOGIE ROSTLIN. Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.: 224382514 E-mail: hejnak @af.czu.cz FYZIOLOGIE ROSTLIN Přednášející: Doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D. Tel.: 224382514 E-mail: hejnak @af.czu.cz Studijní literatura: Hejnák,V., Zámečníková,B., Zámečník, J., Hnilička, F.: Fyziologie rostlin.

Více

DUM č. 10 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

DUM č. 10 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika projekt GML Brno Docens DUM č. 10 v sadě 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika Autor: Martin Krejčí Datum: 26.06.2014 Ročník: 6AF, 6BF Anotace DUMu: Procesy následující bezprostředně po transkripci.

Více

25.2.2014. Genomika. Obor genetiky, který se snaží. stanovit úplnou genetickou informaci. organismu a interpretovat ji v. termínech životních pochodů.

25.2.2014. Genomika. Obor genetiky, který se snaží. stanovit úplnou genetickou informaci. organismu a interpretovat ji v. termínech životních pochodů. Genomika Obor genetiky, který se snaží stanovit úplnou genetickou informaci organismu a interpretovat ji v termínech životních pochodů. 1 Strukturní genomika stanovení sledu nukleotidů genomu organismu,

Více

Molekulární základ dědičnosti

Molekulární základ dědičnosti Molekulární základ dědičnosti Dědičná informace je zakódována v deoxyribonukleové kyselině, která je uložena v jádře buňky v chromozómech. Zlomovým objevem pro další rozvoj molekulární genetiky bylo odhalení

Více

Genetický polymorfismus

Genetický polymorfismus Genetický polymorfismus Za geneticky polymorfní je považován znak s nejméně dvěma geneticky podmíněnými variantami v jedné populaci, které se nachází v takových frekvencích, že i zřídkavá má frekvenci

Více

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika projekt GML Brno Docens DUM č. 3 v sadě 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika Autor: Martin Krejčí Datum: 02.06.2014 Ročník: 6AF, 6BF Anotace DUMu: chromatin - stavba, organizace a struktura

Více

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316 Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316 Využití houbových organismů v genovém inženýrství MIKROORGANISMY - bakterie, kvasinky a houby využíval

Více

Číslo a název projektu Číslo a název šablony

Číslo a název projektu Číslo a název šablony Číslo a název projektu Číslo a název šablony DUM číslo a název CZ.1.07/1.5.00/34.0378 Zefektivnění výuky prostřednictvím ICT technologií III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT SSOS_ZE_1.05

Více

Bílkoviny a rostlinná buňka

Bílkoviny a rostlinná buňka Bílkoviny a rostlinná buňka Bílkoviny Rostliny --- kontinuální diferenciace vytváření orgánů: - mitotická dělení -zvětšování buněk a tvorba buněčné stěny syntéza bílkovin --- fotosyntéza syntéza bílkovin

Více

Genetika. Genetika. Nauka o dědid. dičnosti a proměnlivosti. molekulárn. rní buněk organismů populací

Genetika. Genetika. Nauka o dědid. dičnosti a proměnlivosti. molekulárn. rní buněk organismů populací Genetika Nauka o dědid dičnosti a proměnlivosti Genetika molekulárn rní buněk organismů populací Dědičnost na úrovni nukleových kyselin Předávání vloh z buňky na buňku Předávání vlastností mezi jednotlivci

Více

Veronika Janů Šárka Kopelentová Petr Kučera. Oddělení alergologie a klinické imunologie FNKV Praha

Veronika Janů Šárka Kopelentová Petr Kučera. Oddělení alergologie a klinické imunologie FNKV Praha Veronika Janů Šárka Kopelentová Petr Kučera Oddělení alergologie a klinické imunologie FNKV Praha interakce antigenu s protilátkou probíhá pouze v místech epitopů Jeden antigen může na svém povrchu nést

Více

Kontrola genové exprese

Kontrola genové exprese Základy biochemie KBC/BC Kontrola genové exprese Inovace studia biochemie prostřednictvím e-learningu CZ.04.1.03/3.2.15.3/0407 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem

Více

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška

Stavba dřeva. Základy cytologie. přednáška Základy cytologie přednáška Buňka definice, charakteristika strana 2 2 Buňky základní strukturální a funkční jednotky živých organismů Základní charakteristiky buněk rozmanitost (diverzita) - např. rostlinná

Více

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/34.0211. Anotace. Biosyntéza nukleových kyselin. VY_32_INOVACE_Ch0219.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/34.0211. Anotace. Biosyntéza nukleových kyselin. VY_32_INOVACE_Ch0219. Vzdělávací materiál vytvořený v projektu OP VK Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20 Číslo projektu: Název projektu: Číslo a název klíčové aktivity: CZ.1.07/1.5.00/34.0211 Zlepšení podmínek

Více

Obecná biologie a genetika B53 volitelný předmět pro 4. ročník

Obecná biologie a genetika B53 volitelný předmět pro 4. ročník Obecná biologie a genetika B53 volitelný předmět pro 4. ročník Charakteristika vyučovacího předmětu Vyučovací předmět vychází ze vzdělávací oblasti Člověk a příroda, vzdělávacího oboru Biologie. Mezipředmětové

Více

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie Centrální dogma molekulární biologie ukleové kyseliny 1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Transkripce D R Translace rotein Mendel) Replikace 1869 objev nukleových kyselin (Miescher) 1944 nukleové kyseliny

Více

MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY. Lekce 13 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY. Lekce 13 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc. MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY Lekce 13 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc. Demerec (1937) popsal nestabilní mutace u D. melanogaster B. McClintocková (1902-1992, Nobelova cena 1983) ukázala ve

Více

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort Biosyntéza proteinů Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je

Více

6. Nukleové kyseliny

6. Nukleové kyseliny 6. ukleové kyseliny ukleové kyseliny jsou spolu s proteiny základní a nezbytnou složkou živé hmoty. lavní jejich funkce je uchování genetické informace a její přenos do dceřinné buňky. ukleové kyseliny

Více

Energetický metabolizmus buňky

Energetický metabolizmus buňky Energetický metabolizmus buňky Buňky vyžadují neustálý přísun energie pro tvorbu a udržování biologického pořádku (život). Tato energie pochází z energie chemických vazeb v molekulách potravy (energie

Více

Semenné sady systém reprodukce a efektivita

Semenné sady systém reprodukce a efektivita Genetika a šlechtění lesních dřevin Semenné sady systém reprodukce a efektivita Doc. Ing. RNDr. Eva Palátová, PhD. Ústav zakládání a pěstění lesů LDF MENDELU Brno Tento projekt je spolufinancován Evropským

Více

Exprese rekombinantních proteinů

Exprese rekombinantních proteinů Exprese rekombinantních proteinů Exprese rekombinantních proteinů je proces, při kterém můžeme pomocí různých expresních systémů vytvořit protein odvozený od konkrétního genu, nebo části genu. Tento protein

Více

Vrozené vývojové vady, genetika

Vrozené vývojové vady, genetika UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Fakulta tělesné výchovy a sportu Vrozené vývojové vady, genetika studijní opora pro kombinovanou formu studia Aplikovaná tělesná výchova a sport Doc.MUDr. Eva Kohlíková, CSc.

Více

NUKLEOVÉ KYSELINY. Složení nukleových kyselin. Typy nukleových kyselin:

NUKLEOVÉ KYSELINY. Složení nukleových kyselin. Typy nukleových kyselin: NUKLEOVÉ KYSELINY Deoxyribonukleová kyselina (DNA, odvozeno z anglického názvu deoxyribonucleic acid) Ribonukleová kyselina (RNA, odvozeno z anglického názvu ribonucleic acid) Definice a zařazení: Nukleové

Více

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě MU

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě MU MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě MU Jiří Doškař Ústav experimentální biologie, Oddělení genetiky a molekulární biologie 1 V akademickém roce 1964/1965

Více

Interakce proteinu p53 s genomovou DNA v kontextu chromatinu glioblastoma buněk

Interakce proteinu p53 s genomovou DNA v kontextu chromatinu glioblastoma buněk MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Přírodovědecká fakulta Ústav experimentální biologie Oddělení genetiky a molekulární biologie Interakce proteinu p53 s genomovou DNA v kontextu chromatinu glioblastoma buněk

Více

Genetika - maturitní otázka z biologie (2)

Genetika - maturitní otázka z biologie (2) Genetika - maturitní otázka z biologie (2) by jx.mail@centrum.cz - Ned?le, B?ezen 01, 2015 http://biologie-chemie.cz/genetika-maturitni-otazka-z-biologie-2/ Otázka: Genetika I P?edm?t: Biologie P?idal(a):

Více

analýza dat a interpretace výsledků

analýza dat a interpretace výsledků Genetická transformace bakterií III analýza dat a interpretace výsledků Předmět: Biologie ŠVP: Prokaryotní organismy, genetika Doporučený věk žáků: 16-18 let Doba trvání: 45 minut Specifické cíle: analyzovat

Více

Cvičení č. 8. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek

Cvičení č. 8. KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek Cvičení č. 8 KBI/GENE Mgr. Zbyněk Houdek Genové interakce Vzájemný vztah mezi geny nebo formami existence genů alelami. Jeden znak je ovládán alelami působícími na více lokusech. Nebo je to uplatnění 2

Více

BAKTERIÁLNÍ REZISTENCE

BAKTERIÁLNÍ REZISTENCE BAKTERIÁLNÍ REZISTENCE Petr Zouhar, Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.; UK v Praze, PřF, Katedra fyziologie V této úloze se v hrubých rysech seznámíte s některými metodami používanými v běžné molekulárně

Více

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316

Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316 Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/15.0316 Tradice šlechtění šlechtění zlepšování pěstitelsky, technologicky a spotřebitelsky významných vlastností

Více

Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno

Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno Brno, 17.5.2011 Izidor (Easy Door) Osnova přednášky 1. Proč nás rakovina tolik zajímá?

Více

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Translace, techniky práce s DNA Translace překlad z jazyka nukleotidů do jazyka aminokyselin dá se rozdělit na 5 kroků aktivace aminokyslin

Více

Buňka. Buňka (cellula) základní stavební a funkční jednotka organismů, schopná samostatné existence. Cytologie nauka o buňkách

Buňka. Buňka (cellula) základní stavební a funkční jednotka organismů, schopná samostatné existence. Cytologie nauka o buňkách Buňka Historie 1655 - Robert Hooke (1635 1703) - použil jednoduchý mikroskop k popisu pórů v řezu korku. Nazval je, podle podoby k buňkám včelích plástů, buňky. 18. - 19. St. - vznik buněčné biologie jako

Více

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Buňky, tkáně, orgány, soustavy Lidská buňka buněčné organely a struktury: Jádro Endoplazmatické retikulum Goldiho aparát Mitochondrie Lysozomy Centrioly Cytoskelet Cytoplazma Cytoplazmatická membrána Buněčné jádro Jadérko Karyoplazma

Více

Tematické okruhy k SZZ v bakalářském studijním oboru Zdravotní laborant bakalářského studijního programu B5345 Specializace ve zdravotnictví

Tematické okruhy k SZZ v bakalářském studijním oboru Zdravotní laborant bakalářského studijního programu B5345 Specializace ve zdravotnictví Tematické okruhy k SZZ v bakalářském studijním oboru Zdravotní laborant bakalářského studijního programu B5345 Specializace ve zdravotnictví Dle čl. 7 odst. 2 Směrnice děkana pro realizaci bakalářských

Více

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, 360 09 Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu:

Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, 360 09 Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu: Název školy: Střední odborná škola stavební Karlovy Vary Sabinovo náměstí 16, 360 09 Karlovy Vary Autor: Hana Turoňová Název materiálu: VY_32_INOVACE_04_BUŇKA 1_P1-2 Číslo projektu: CZ 1.07/1.5.00/34.1077

Více

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII Martina Nováková, VŠCHT Praha MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE V BIOREMEDIACÍCH enumerace FISH průtoková cytometrie klonování produktů PCR sekvenování

Více

Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad. ové kultury. Olomouc. Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR

Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad. ové kultury. Olomouc. Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad Tkáňov ové kultury Olomouc Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR DEFINICE - růst a vývoj rostlinných buněk, pletiv a orgánů lze účinně

Více

Doprovodný materiál k práci s přípravným textem Biologické olympiády 2014/2015 pro soutěžící a organizátory kategorie B

Doprovodný materiál k práci s přípravným textem Biologické olympiády 2014/2015 pro soutěžící a organizátory kategorie B Doprovodný materiál k práci s přípravným textem Biologické olympiády 2014/2015 pro soutěžící a organizátory kategorie B Níže uvedené komentáře by měly pomoci soutěžícím z kategorie B ke snazší orientaci

Více

PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU

PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU Podstata prezentace antigenu (MHC restrikce) byla objevena v roce 1974 V současnosti je zřejmé, že to je jeden z klíčových

Více

REPRODUKCE A ONTOGENEZE Od spermie s vajíčkem až po zralého jedince. Co bylo dřív? Slepice nebo vejce?

REPRODUKCE A ONTOGENEZE Od spermie s vajíčkem až po zralého jedince. Co bylo dřív? Slepice nebo vejce? REPRODUKCE A ONTOGENEZE Od spermie s vajíčkem až po zralého jedince Co bylo dřív? Slepice nebo vejce? Rozmnožování Rozmnožování (reprodukce) může být nepohlavní (vegetativní, asexuální) pohlavní (sexuální;

Více

Mgr. Veronika Peňásová vpenasova@fnbrno.cz Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno

Mgr. Veronika Peňásová vpenasova@fnbrno.cz Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno Retinoblastom Mgr. Veronika Peňásová vpenasova@fnbrno.cz Laboratoř molekulární diagnostiky, OLG FN Brno Klinika dětské onkologie, FN Brno Retinoblastom (RBL) zhoubný nádor oka, pocházející z primitivních

Více

Polymerázová řetězová reakce. Základní technika molekulární diagnostiky.

Polymerázová řetězová reakce. Základní technika molekulární diagnostiky. Polymerázová řetězová reakce Základní technika molekulární diagnostiky. Kdo za to může? Kary Mullis 1983 Nobelova cena 1993 Princip PCR Polymerázová řetězová reakce (polymerase chain reaction PCR) umožňuje

Více

Buňka. Kristýna Obhlídalová 7.A

Buňka. Kristýna Obhlídalová 7.A Buňka Kristýna Obhlídalová 7.A Buňka Buňky jsou nejmenší a nejjednodušší útvary schopné samostatného života. Buňka je základní stavební a funkční jednotkou živých organismů. Zatímco některé organismy jsou

Více

Proteiny Genová exprese. 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Proteiny Genová exprese. 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D. Proteiny Genová exprese 2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D. Bílkoviny (proteiny), 15% 1g = 17 kj Monomer = aminokyseliny aminová skupina karboxylová skupina α -uhlík postranní řetězec Znát obecný vzorec

Více

6. Kde v DNA nalézáme rozdíly, zodpovědné za obrovskou diverzitu života?

6. Kde v DNA nalézáme rozdíly, zodpovědné za obrovskou diverzitu života? 6. Kde v DNA nalézáme rozdíly, zodpovědné za obrovskou diverzitu života? Pamatujete na to, co se objevilo v pracích Charlese Darwina a Alfreda Wallace ohledně vývoje druhů? Aby mohl mechanismus přírodního

Více

Abiotický stres - sucho

Abiotický stres - sucho FYZIOLOGIE STRESU Typy stresů Abiotický (vliv vnějších podmínek) sucho, zamokření, zasolení půd, kontaminace prostředí toxickými látkami, chlad, mráz, vysoké teploty... Biotický (způsobený jiným druhem

Více

GENETICKY MODIFIKOVANÉ

GENETICKY MODIFIKOVANÉ GENETICKY MODIFIKOVANÉ ROSTLINY (GMR) Lukáš Fischer Katedra experimentální biologie rostlin PřF UK Geny základ vlastností organismů Změny genetické informace rostlin a definice genetické modifikace dle

Více

Magnetické částice, izolace a detekce chřipky (hemaglutininu)

Magnetické částice, izolace a detekce chřipky (hemaglutininu) Název: Magnetické částice, izolace a detekce chřipky (hemaglutininu) Školitel: Ludmila Krejčová, MVDr. Datum: 7.11. 2013 Reg.č.projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0023 Název projektu: Partnerská síť centra excelentního

Více

http://www.accessexcellence.org/ab/gg/chromosome.html

http://www.accessexcellence.org/ab/gg/chromosome.html 3. cvičení Buněčný cyklus Mitóza Modifikace mitózy 1 DNA, chromosom genetická informace organismu chromosom = strukturní podoba DNA během dělení (mitózy) řetězec DNA (chromonema) histony další enzymatické

Více

ZÁKLADY BIOLOGIE a GENETIKY ČLOVĚKA

ZÁKLADY BIOLOGIE a GENETIKY ČLOVĚKA učební texty Univerzity Karlovy v Praze ZÁKLADY BIOLOGIE a GENETIKY ČLOVĚKA Berta Otová Romana Mihalová KAROLINUM Základy biologie a genetiky člověka doc. RNDr. Berta Otová, CSc. MUDr. Romana Mihalová

Více

Biotechnologie a genové inženýrství rostlin (BAGIR)

Biotechnologie a genové inženýrství rostlin (BAGIR) Biotechnologie a genové inženýrství rostlin (BAGIR) zodpovídá: spolupřednášející: rozsah: počet kreditů: semestr: stupeň: Prof.RNDr. Zdeněk Opatrný CSc. Doc.RNDr. Jindřich Bříza, CSc. Ing. Miluše Dvoržáková-Kusendová

Více

REPLIKACE, BUNĚČNÝ CYKLUS, ZÁNIK BUNĚK

REPLIKACE, BUNĚČNÝ CYKLUS, ZÁNIK BUNĚK Molekulární základy dědičnosti - rozšiřující učivo REPLIKACE, BUNĚČNÝ CYKLUS, ZÁNIK BUNĚK REPLIKACE deoxyribonukleové kyseliny (zdvojení DNA) je děj, při kterém se tvoří z jedné dvoušoubovice DNA dvě nová

Více

Kapitola 3 Biomolecular Design and Biotechnology. Překlad: Jaroslav Krucký

Kapitola 3 Biomolecular Design and Biotechnology. Překlad: Jaroslav Krucký Kapitola 3 Biomolecular Design and Biotechnology Překlad: Jaroslav Krucký Problémy chemie a biologie mohou být velmi nápomocné, jestliže se naše schopnost vidět to, co děláme, a dělat věci na atomární

Více

http://vtm.zive.cz/aktuality/vzorek-dna-prozradi-priblizny-vek-pachatele

http://vtm.zive.cz/aktuality/vzorek-dna-prozradi-priblizny-vek-pachatele http://vtm.zive.cz/aktuality/vzorek-dna-prozradi-priblizny-vek-pachatele Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Eva Strnadová. Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz ;

Více

Izolace, klonování a analýza DNA

Izolace, klonování a analýza DNA Izolace, klonování a analýza DNA Ing. Pavel Kotrba, Ph.D., Ing. Zdeněk Knejzlík, Ph.D., Ing. Zdeněk Chodora Ústav biochemie a mikrobiologie, VŠCHT Praha HTpavel.kotrba@vscht.czTH, HTzdenek.knejzlik@vscht.czTH,

Více

V organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy.

V organismu se bílkoviny nedají nahradit žádnými jinými sloučeninami, jen jako zdroj energie je mohou nahradit sacharidy a lipidy. BÍLKOVINY Bílkoviny jsou biomakromolekulární látky, které se skládají z velkého počtu aminokyselinových zbytků. Vytvářejí látkový základ života všech organismů. V tkáních vyšších organismů a člověka je

Více

DNA TECHNIKY IDENTIFIKACE ŽIVOČIŠNÝCH DRUHŮ V KRMIVU A POTRAVINÁCH. Michaela Nesvadbová

DNA TECHNIKY IDENTIFIKACE ŽIVOČIŠNÝCH DRUHŮ V KRMIVU A POTRAVINÁCH. Michaela Nesvadbová DNA TECHNIKY IDENTIFIKACE ŽIVOČIŠNÝCH DRUHŮ V KRMIVU A POTRAVINÁCH Michaela Nesvadbová Význam identifikace živočišných druhů v krmivu a potravinách povinností každého výrobce je řádně a pravdivě označit

Více

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0649

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0649 Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám Název školy: Střední zdravotnická škola a Obchodní akademie, Rumburk, příspěvková organizace Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0649

Více

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková Těsně před infarktem Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod Jan Kalina, Marie Tomečková Program, osnova sdělení 13,30 Úvod 13,35 Stručně o ateroskleróze 14,15 Měření genových expresí 14,00

Více

Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl

Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk Aleš Hampl Tkáně Orgány Živé buňky, které plní různé funkce (podpora struktury, přijímání živin, lokomoce,

Více

Buněčné jádro a viry

Buněčné jádro a viry Buněčné jádro a viry Struktura virionu Obal kapsida strukturni proteiny povrchove glykoproteiny interakce s receptorem na povrchu buňky uvnitř nukleocore (ribo )nukleova kyselina, virove proteiny Lokalizace

Více

Buňka cytologie. Buňka. Autor: Katka www.nasprtej.cz Téma: buňka stavba Ročník: 1.

Buňka cytologie. Buňka. Autor: Katka www.nasprtej.cz Téma: buňka stavba Ročník: 1. Buňka cytologie Buňka - Základní, stavební a funkční jednotka organismu - Je univerzální - Všechny organismy jsou tvořeny z buněk - Nejmenší životaschopná existence - Objev v 17. stol. R. Hooke Tvar: rozmanitý,

Více

Buňka buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů

Buňka buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů Buňka - buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů - je pozorovatelná pouze pod mikroskopem - na Zemi existuje několik typů buněk: 1. buňky bez jádra (prokaryotní buňky)- bakterie a

Více

BIO: Genetika. Mgr. Zbyněk Houdek

BIO: Genetika. Mgr. Zbyněk Houdek BIO: Genetika Mgr. Zbyněk Houdek Nukleové kyseliny Nukleové kyseliny = DNA, RNA - nositelky dědičné informace. Přenos dědičných znaků na potomstvo. Kódují bílkoviny. Nukleotidy - základní stavební jednotky.

Více

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo: CZ.1.07/1. 5.00/34.0084 Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Sada:

Více

Kyselina hyaluronová. Kyselina hyaluronová. Streptococcus equi subsp. produkovaná kyselina hyaluronová a. Autor prezentace: Mgr.

Kyselina hyaluronová. Kyselina hyaluronová. Streptococcus equi subsp. produkovaná kyselina hyaluronová a. Autor prezentace: Mgr. Kyselina hyaluronová Streptococcus equi subsp. zooepidemicus a jím produkovaná kyselina hyaluronová a glukuronidáza Marcela Tlustá Biotechnologická laborato Meyer a Palmer, 1934 Extracelulární matrix,

Více

Buňka. základní stavební jednotka organismů

Buňka. základní stavební jednotka organismů Buňka základní stavební jednotka organismů Buňka Buňka je základní stavební a funkční jednotka těl organizmů. Toto se netýká virů (z lat. virus jed, je drobný vnitrobuněčný cizopasník nacházející se na

Více

OBRANNÝ IMUNITNÍ SYSTÉM

OBRANNÝ IMUNITNÍ SYSTÉM Mgr. Šárka Vopěnková Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_02_3_04_BI2 OBRANNÝ IMUNITNÍ SYSTÉM Základní znaky: není vrozená specificky rozpoznává cizorodé látky ( antigeny) vyznačuje se

Více

Gymnázium Aloise Jiráska, Litomyšl, T. G. Masaryka 590

Gymnázium Aloise Jiráska, Litomyšl, T. G. Masaryka 590 , T. G. Masaryka 590 Dodatek č. 1 ke Školnímu vzdělávacímu programu pro nižší stupeň gymnázia (zpracován podle RVP ZV) Tímto dodatkem se mění osnovy předmětu Biologie a geologie pro primu od školního roku

Více

Centrum aplikované genomiky, Ústav dědičných metabolických poruch, 1.LFUK

Centrum aplikované genomiky, Ústav dědičných metabolických poruch, 1.LFUK ové technologie v analýze D A, R A a proteinů Stanislav Kmoch Centrum aplikované genomiky, Ústav dědičných metabolických poruch, 1.LFUK Motto : "The optimal health results from ensuring that the right

Více

Nukleové kyseliny příručka pro učitele. Obecné informace:

Nukleové kyseliny příručka pro učitele. Obecné informace: Obecné informace: Nukleové kyseliny příručka pro učitele Téma Nukleové kyseliny je završením základních kapitol z popisné chemie a je tedy zařazeno až na její závěr. Probírá se v rámci jedné, eventuálně

Více

Výzkumné centrum genomiky a proteomiky. Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.

Výzkumné centrum genomiky a proteomiky. Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i. Výzkumné centrum genomiky a proteomiky Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i. Systém pro sekvenování Systém pro čipovou analýzu Systém pro proteinovou analýzu Automatický sběrač buněk Systém pro sekvenování

Více