Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

Transkript

1 Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

2 Struktura nukleové kyseliny Cukerná pentóza: 2-deoxy-D-ribóza D-ribóza Fosfátový zbytek: PO 4 3- Purin Pyrimidin Dusíkatá báze Adenin Guanin Tymin Cytosin Uracil komplementarita bází: A - T G - C A - U

3 Struktura nukleové kyseliny Nukleotid: fosfátový zbytek cukerná pentóza dusíkatá báze

4 Struktura nukleové kyseliny (Poly)Nukleotidový - fosfodiesterová vazba C-O-P-O-C řetězec B B B B CH 2 S P S P S P S OH

5 Nukleové kyseliny DNA deoxyribonukleová kyselina RNA ribonukleová kyselina

6 DNA deoxyribonukleová kyselina 2-deoxy-D-ribóza A, G, T, C 2 vlákna, antiparalelní orientace = dvoušroubovice CH 2 S A P P P S S S G T C OH CH 2 T C A G S S S S OH P P P

7 DNA deoxyribonukleová kyselina 2-deoxy-D-ribóza A, G, T, C 2 vlákna, antiparalelní orientace = pravotočivá dvoušroubovice OH Chargaffovo pravidlo: Σ Purinů = Σ Pyrimidinů ΣA = ΣT ; ΣG = ΣC CH 2 S A P P P S S S G T C OH CH 2 T C A G S S S S P P P

8 0 Gen - historie 1953 Popis struktury DNA (NC1962) James Watson, Francis Crick; Rosalind Franklin, Maurice Wilkins

9 model DNA

10 RNA ribonukleová kyselina D-ribóza A, G, U, C Jednovláknová, místní vlásenky

11 RNA ribonukleová kyselina mrna rrna trna snrna mirna sirna tasirna, rasirna

12 Definice: Gen je konkrétní úsek DNA (u RNA virů RNA), daný sekvencí (pořadím) nukleotidů, kódující strukturní (polypeptid) nebo funkční (např. rrna, trna) produkt. gen alela lokus Genom je veškerá genetická informace organismu, kompletní sekvence (pořadí dusíkatých bází), soubor veškeré kódující a nekódující informace (jaderné i nejaderné) v jedné kopii.

13 Gen Strukturní gen nese informace o struktuře aminokyselinového vlákna / peptidu Gen pro RNA rrna, trna Regulační oblasti (funkční gen)

14 Centrální (ústřední) dogma Realizace = exprese genetické informace

15 REVERZNÍ TRANSKRIPCE Reverzní transkriptáza Centrální (ústřední) dogma 1958 F. Crick exprese genetické informace DNA REPLIKACE DNA polymeráza RNA TRANSKRIPCE RNA polymeráza TRANSLACE protein

16 Transkripce Přepis genetické informace DNA do molekuly (pre)rna Probíhá v jádře Templátem je NEKÓDUJÍCÍ vlákno DNA v orientaci - Enzym RNA polymeráza

17 Transkripce RNA polymerázy RNA polymeráza prokaryot: Sigma faktor Jádro / holoenzym (α, β podjednotky) RNA polymeráza eukaryot: RNA pol I : rrna RNA pol II : mrna, malé regulační RNA RNA pol III : trna a další malé RNA

18 Transkripce transkripční jednotka promotor terminátor Gen pro RNA

19 Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor promotor terminátor

20 Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor

21 Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor

22 Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor

23 Transkripce - elongace RNApoly

24 Transkripce - elongace RNApoly

25 Transkripce - elongace RNApoly prerna

26 Transkripce - terminace RNApoly prerna

27 Transkripce - elongace RNApoly prerna terminátor

28 Transkripce - terminace RNApoly prerna Rho faktor

29 Transkripce - terminace DNA prerna RNApoly Rho faktor

30 Postranskripční úpravy 1) Sestřih exonů - odstranění nekódujících sekvencí, intronů exon intron exon intron exon 2) Úprava pre-rna na RNA mrna metylguanozinová čepička polyadenylace trna rrna 3) Editace RNA

31 Postranskripční úpravy 1) Sestřih exonů - odstranění nekódujících sekvencí, intronů exon intron exon intron exon 2) Úprava pre-rna na RNA mrna metylguanozinová čepička polyadenylace Aminoacylové rameno trna rrna 3) Editace RNA Antikodonové rameno

32 Translace Překlad genetická informace mrna do sekvence aminokyselin, tj. do primární struktury polypeptidu = proteosyntéza Probíhá v cytoplazmě, na ribozómu Realizace na základě genetického kódu

33 Translace Genetický kód Aminokyseliny proteinu kódovány trojicemi (triplety/kodony) dusíkatých bází Univerzální Degenerovaný Nepřekryvný Bez interpunkce Wikipedia

34 1. báze U C A G Genetický kód 2. báze 3.bá U C A G ze UUU fenylalanin UUC fenylalanin UUA leucin UUG leucin CUU leucin CUC leucin CUA leucin CUG leucin AUU isoleucin AUC isoleucin AUA isoleucin AUG methionin start GUU valin GUC valin GUA valin GUG valin UCU serin UCC serin UCA serin UCG serin CCU prolin CCC prolin CCA prolin CCG prolin ACU threonin ACC threonin ACA threonin ACG threonin GCU alanin GCC alanin GCA alanin GCG alanin UAU tyrosin UAC tyrosin UAA stop (Ochre) UAG stop (Amber) CAU histidin CAC histidin CAA glutamin CAG glutamin AAU asparagin AAC asparagin AAA lysin AAG lysin GAU aspartát GAC aspartát GAA kys. glutamová GAG kys. glutamová UGU cystein UGC cystein UGA stop (Opal) UGG tryptofan CGU arginin CGC arginin CGA arginin CGG arginin AGU serin AGC serin AGA arginin AGG arginin GGU glycin GGC glycin GGA glycin GGG glycin U C A G U C A G U C A G U C A G

35 Translace - mrna - rrna Ribozóm - trna - Energie (ATP, GTP) - Pomocné faktory ribozom E P A mrna G C G A U G G C C AK trnas

36 Translace - iniciace - Navázání iniciační trna na iniciační kodon mrna U A C G C G A U G G C C

37 Translace - elongace AK - Navázání iniciační trna na iniciační kodon mrna - Sestavení malé a velké podjednotky do funkčního ribozómu - Iniciační trna v P-místě Met E P A U A C G C G A U G G C C A G U

38 Translace - elongace - Navázání druhé trna do A-místa Met Arg E P A U A C C G G G C G A U G G C C

39 Translace - elongace - Navázání druhé trna do A-místa Met Arg E P A U A C C G G G C G A U G G C C

40 Translace - elongace - Navázání druhé trna do A-místa - Peptidizace : vytvoření peptidické vazby mezi AK P- a A-místa - a Posun o jedno místo E P A U A C C G G G C G A U G G C C A G U

41 Translace - elongace - Uvolnění trna (bez AK) z E-místa - Zaplnění A-místa E P A U A C C G G U C A A U G G C C A G U

42 Translace - terminace - Opakování: peptidizace, posun, zaplnění A-místa, peptidizace, posun,. - Dokud není v A-místě terminační kodon E P A U C A A U G G C C A G U U A G

43 Translace - elongace - Obsazení A-místa terminačním faktorem - Ukončení AK řetězce E P A U C A A U G G C C A G U TF U A G

44 Translace - terminace - Uvolnění primárního proteinu - Rozpad translačního aparátu TF mrna A U G G C C A G U U A G trna E P A

45 Užitečné odkazy jednoduché animace olgenetics/transcription.swf olgenetics/translation.swf olgenetics/dna-rna2.swf

46 Replikace Zdvojování DNA Primárně v jádře,

47 Replikace - Dvoušroubovice DNA - Primáza primer (RNA fragment, nt) - DNA polymeráza (I, II, III; α, β, δ) - Enzymy: exonukleáza, ligáza, gyráza, - Nukleotidy - Energie - Pomocné faktory,

48 Replikace Replikační bublina Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: -

49 Replikace Replikační vidlička Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

50 Replikace primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

51 Replikace DNA polymeráza primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

52 Replikace DNA polymeráza primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

53 Replikace DNA polymeráza primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

54 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

55 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

56 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

57 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice

58 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice

59 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice

60 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice

61 Replikace Vedoucí vlákno : - ligáza Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice

62 Replikace Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice

63 Replikace

64 Replikace - semikonzervativní - komplementární +

65 Replikace Prokaryota Jeden replikační počátek, tj. jedna rep. bublina Rychlejší, 1000bp/s Více chyb/mutací Eukaryota Více replikačních počátků, tj. více rep. bublin Pomalejší, cca 50bp/s Účinnější oprava chyb Konec dosyntetizován pomocí telomerázy