Garant předmětu GEN: prof. Ing. Jindřich Čítek, CSc. Garant předmětu GEN1: prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

Transkript

1 Garant předmětu GEN: prof. Ing. Jindřich Čítek, CSc. Garant předmětu GEN1: prof. Ing. Václav Řehout, CSc. Další vyučující: Ing. l. Večerek, PhD., Ing. L. Hanusová, Ph.D., Ing. L. Tothová Předpoklady: znalosti z biologie na úrovni střední školy, statistiky a výpočetní techniky Počet hodin přednášek za týden/semestr: 2/26 Počet hodin cvičení za týden/semestr: 2/26 Druh zkoušky: písemný test min. 65% bodů, ústní

2 Genetika je věda o DNA.

3 Jinak: Genetika je věda o dědičnosti a proměnlivosti. Dědičnost je schopnost uchovávat a předávat dědičnou informaci z buňky do buňky, z rodičů na potomky. Proměnlivost má dva zdroje: - genetická proměnlivost je zapříčiněna rozdílnými genotypy; - prostřeďová proměnlivost je zapříčiněna působením různého vnějšího prostředí.

4 Proměnlivost kvalitativních znaků je řízena pouze geneticky, např. barva očí, srsti, krevní skupiny, barva květu. Na fenotypovém projevu znaku se vnější prostředí nepodílí vůbec, nebo jen v minimální míře. Proměnlivost kvantitativních znaků je řízena jednak geneticky, jednak působením vnějšího prostředí, např. výška, hmotnost, inteligence, diabetes, schizofrenie. Na fenotypovém projevu znaku se podílí jak genotyp, tak vnější prostředí, jejich poměr je různý u různých znaků.

5 Molekulární genetika

6 Nukleové kyseliny DeoxyriboNucleic Acid RiboNucleic Acid

7 cukr (deoxyrobosa, ribosa) fosforečný zbytek dusíkatá báze

8

9

10

11

12

13 Dusíkaté báze

14 Struktura řetězce DNA

15 Dvouvláknová DNA Uchovává genetickou informaci Jednovláknová RNA Uchovává genetickou informaci v RNA virech Realizace genetické informace

16

17

18 Jeden polynukleotidový řetězec je modrý a druhý červený. Purinové a pyrimidinové báze jsou světlejší. Struktura se opakuje (axiálně) po 34 Ă, což odpovídá 10 nukleotidům.

19 Rentgenový difrakční snímek hydratované DNA. Kříž uprostřed je znakem helikální struktury. Tmavé obloučky jsou naskládané nukleotidové báze

20 Prvky Watson-Crickova modelu DNA dedukované z difrakčních dat: a) Dva helikální polynukleotidové řetězce se obtáčí kolem společné osy. Řetězce se vinou protisměrně. b) Řetězec fosfátů a sacharidů leží na vnější straně, purinové a pyrimidinové báze směřují dovnitř helixu. c) Báze jsou téměř kolmé k helikální ose a jsou vzájemně vzdáleny o 3, 4 A. Helikální struktura se opakuje po deseti bázích (otočka 34 A). Rotace je 36 o na bázi = 360 o na otočku. d) Průměr helixu je 20 A.

21

22 Struktura DNA Pravotočivá B forma, A forma. Levotočivá Z forma.

23

24

25 Komplementarita bází A T G C

26

27 Chargaffova pravidla A = T G = C A + G = C + T A + G = 1 C + T

28 Replikace DNA Semikonzervativní replikace je umožněna: Dvouvláknovou strukturou Komplementaritou bází

29 Nové vlákno Nové vlákno Původní vlákno Původní vlákno

30 Průběh replikace ORI Replikační vidlička Okazakiho fragmenty Enzymatické zajištění

31 3 5

32

33

34

35 Transkripce Vzniká trna rrna mrna

36 Transkripce Sekvence bází se z DNA komplementárně přepisuje do RNA.

37 Typy RNA. a) Messenger RNA(mRNA)(informační)-templát při syntéze proteinů nebo traslokaci. U E.coli je produkována mrna pro každý gen nebo skupinu genů. U eukaryot je produkována mrna pro každý gen. mrna je heterogenní třída molekul. Délka u E. coli 1, 2 kilobazí (kb) b) Transfer RNA (trna) přenáší aminokyseliny v aktivované formě na ribosomy, kde dochází ke tvorbě peptidového řetězce. Každá z dvaceti proteinogenních aminokyselin má svoji trna. trna obsahuje asi 75 nukleotidů, hmotnost cca 25 kd. c) Ribosomální RNA (rrna) hlavní složka ribosomů hrající roli strukturní i katalytickou při syntéze proteinů. V E.coli jsou tři typy rrna dělené podle sedimentačního koeficientu: 23S, 16S a 5S. Každá z těchto rrna je v každém ribosomu.

38 Eukaryontní buňky obsahují ještě další malé RNA (small nuclear RNA, snrna). Např. v cytoplasmě se uplaňují při vnášení nově syntetizovaných proteinů do intracelulárních a extracelulárních prostorů (kompartmentů). Všechny RNA jsou syntetizovány RNApolymerasou. Syntéza RNA z DNA templátu se nazývá transkripce.

39 Komponenty katalýzy RNApolymerasy: Preferovaným templátem je dvojšroubovice DNA, jednovláknová může sloužit také. V žádném případě hybridy DNA-RNA. Čtyři ribonukleosidtrifosfáty ATP, GTP,UTP a CTP. Divalentní kovové ionty Mg 2+ a Mn 2+. Směr syntézy 5-3 Na rozdíl od replikace DNA není přítomen primer. RNApolymerasa nemá nukleasovou aktivitu jako DNApolymerasa, nedovede tedy vyštěpit vadné nukleotidy. V savčích buňkách, na rozdíl od E. coli, je řada RNApolymeras.

40 RNA

41 RNApolymerasa přebírá instrukce pro pořadí ribonukleotidů od DNA templátu!!

42

43 Transkripce startuje u promotorových míst.

44 Transkripce Promotor U strukturních genů TATA box CAT box GC box oktamer

45 Transkripce strukturních genů pre-mrna maturace - mrna

46 Sestřih konstitutivní nebo alternativní

47 Sestřih alternativní

48 mrna u eukaryot je modifikována po traskripci. Nukleotidová čepička je přidána na 5 konec a poly(a) je přidán na 3 konec.

49 Translace Přepis sekvence bází v mrna do sekvence aminokyselin v proteinu.

50

51 Schematická struktura aminoacyl-trna

52

53

54 Transfer RNA je adaptérová molekula při syntéze proteinů. Transferová RNA má dvě hlavní místa: aminoacylové (připojení aminokyseliny). Templátové rozpoznatelné místo (template-recognition site). Aminokyselina se připojuje na trna enzymem aminoacyl-trnasynthetasou. Templátové rozpoznatelné místo je tvořeno třemi bázemi nazváno antikodon. Antikodon na trna rozpozná komplementární místo tří bází na mrna nazvané kodon.

55 Translace Probíhá na ribozomech. Na volných ribozomech vznikají proteiny intracelulární, na ribozomech na endoplazmatickém retikulu proteiny extracelulární a membránové.

56 Centrální dogma jádro cytoplazma jaderná membrána

57

58 Genetický kód Kombinace tří písmen. 4 3 = 64

59

60 Kolísavé párování bází - wobling. Počet trna eukaryontní buňka 45 mitochondrie 22 chloroplasty 30

61 Gen Úsek DNA se specifickou funkcí v buňce a celém organismu.

62 Gen Strukturní Pro funkční RNA Regulátor

63

64 Transkripční jednotka Tvořena několika geny.

65 Transkripční jednotky se mohou překrývat.

66 Struktura genomu

67