Základy genetiky molekulární základy genetiky, genetika bu?ky

Transkript

1 Základy genetiky molekulární základy genetiky, genetika bu?ky by - Ned?le, B?ezen 01, Otázka: Genetika P?edm?t: Biologie P?idal(a): MW Nukleové kyseliny První NK byly objeveny v jád?e, kde se také nacházejí v nejv?tším po?tu. M?žeme je také najít v mitochondriích, chloroplastech. Jsou to p?enaše?i genetické informace. Je to molekulární základ d?di?nosti. Odpov?dny za reprodukci a organizaci živé hmoty Základní stavební jednotkou je NUKLEOTID, který se skládá z: 5- uhlíkatého cukru (u DNA: 2- deoxy D ribóza, u RNA: ribóza) Dusíkatých bází: purinové adenin a guanin a pyrimidinové cytosin a tymin fosfátu A se váže s T (2H m?stky) C s G (3H m?stky) page 1 / 14

2 fosfodiesterován- gylokosidická vazba každý?et?zec nukleotid? má dva konce 5 konec, nebo 3 konec báze jsou v??i sob? komplementární dopl?kové = Chargaffovo pravidlo (1949)?íka, že po?et purin? a pirimidin? musí být shodný v 1 molekule DNA = pom?r musí být 1:1 struktura DNA je obdobná struktu?e bílkovin m?žeme jí rozd?lit na primární, sekundární a terciární Primární Dána po?adím nukleotid? v?et?zci po?adí AMK v polypeptidovém?et?zci bílkoviny Sekvence nukleotid?, které kódují 1 bílkovinu, se nazývá GEN (soubor gen? = genom) Sekundární Tvo?í ji dva polypeptidové?et?zce jsou v??i sob? antiparalelní a spletené do pravoto?ivé dvoušroubovice velice stabilní struktura díky vodíkovým m?stk?m, které se tvo?í mezi bázemi Terciární Sto?ená šroubovice v prostoru RNA Struktura Nukleotid obsahuje fosfát, dusíkaté báze: adenin, guanin, cytosin a URACIL (ten se váže místo tyminu s adenin) a5c cukr ribózu Má jeden?et?zec nukleotid? M?žeme jí rozd?lit na n?kolik druh?: mrna = mediátorová, messenger, informa?ní Vzniká p?episem jednoho?et?zce DNA proces transkripce Vzniká v jád?e à do cytoplazmy, kde jsou ribozómy page 2 / 14

3 rrna tvo?í základ ribozómu, vzniká p?episem v jád?e trna = transferová P?enáší na sob? AMK (p?i procesu translace) Má tvar jetelového listu Má 3 konstantní smy?ky a jednu variabilní, smy?ky jsou spojeny = dvojvláknitá struktura Uspo?ádání DNA v jád?e Dna v jád?e tvo?í komplex váže se na zvláštní bílkoviny HISTONY. Místa, kde se DNA obtá?í kolem histon? tvo?í se tzv. korálky a tvo?í se NEKLEOZOM (=uzel, ve kterém je v?tší po?et histon?) V p?ípad? d?lení bu?ky se DNA za?ne spiralizovat a za?nou se tvo?it chromozómy Karyotyp soubor všech chromozomu daného organizmu Karyotyp?lov?ka: somatická bu?ka má 2sady chromozomu 46chromozomu (23pár?) 22 pár? autozóm? a 1 pár gonozóm? Pohlavní bu?ky mají jednu sadu chromozóm? Historie: objevena NK v jád?e (pouze jako látku, nev?d?li, k?emu ješt? slouží) 1944 Oswald Avery zjistil, že DNA nositelka d?di?nosti 1953 Objevena struktura DNA Watson, Crick, Wilkins a Franklinová 1961 objasn?n genetický kód 1988 založena organizace pro mapování lidského genomu HUGO identifikace lidského genomu BÍLKOVINY (pracovní list ze seminá?e) page 3 / 14

4 Jsou to biopolymery složené z AMK V lidském t?le najdeme až 80% t?chto látek z celkového množství organických látek Bílkoviny jsou základní sou?ástí všech živých bun?k Funkce: Stavební kolagen Regula?ní - enzymy Katalytická - hormony adrenalin Obranná protilátky (bílé krvinky) Transportní p?enáší kyslík Zajiš?ují pohyb sval? Uplat?ují se p?i srážení krve Sou?ást barviv (hemoglobin) Stavba bílkovin: Základní stavební jednotkou jsou AMK (20proteinogenních) AMK jsou v molekule spojeny peptidovou vazbou Struktury bílkoviny Primární Je dána po?adím AMK v polypeptidovém?et?zci Sekundární Ur?uje geometrické uspo?ádání?et?zce Helikální struktura Pravidelné uspo?ádání do pravoto?ivé šroubovice Beta struktura Dva antiparalelní?et?zce page 4 / 14

5 Terciární Celkový prostorový tvar molekuly bílkoviny Podle tvaru jí d?líme na: GLOBULÁRNÍ tvar klubí?ka FIBRILÁRNÍ vláknitý tvar Kvartérní Složena z více podjednotek Denaturace Bílkovin = ztráta jejího prostorového tvaru D?sledek ztrácí svou biologickou funkci Denaturaci m?žeme rozd?lit na dv? skupiny: 1. Vratná reverzibilní 2. Nevratná ireverzibilní Denatura?ní faktory: teplo, mechanické ú?inky (t?es), zá?ení, zm?na ph Priony Bílkovinné?ástice, které zp?sobují onemocn?ní Mechanismus p?sobení (to jak vzniká) popsal poprvé Stanley Prusiner, který za to obdržel Nobelovu cenu v roce 1997 Onemocn?ní Prion vyhledá v nervových bu?kách p?íbuzné bílkoviny a p?em?ní je na priony (zm?ní jejich prostorový tvar na sv?j) à napadají ostatní a postupn? tak p?em??ují zbytek bun?k?asto napadá nervovou soustavu - mozek BSE bovinní spongiformní encefalopatie = nemoc šílených krav Kuru když n?kdo um?el, tak ho sn?dli à p?enos na ostatní Creutzfeldt - jakobova nemoc CJD p?enos nakaženým hov?zím masem (m?že být infek?ní page 5 / 14

6 nebo d?di?ná) Scrapie nemoc u ovcí, zjistilo se, že se mohou p?enášet i mezidruhov? CENTRÁLNÍ DOGMA MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE RNA àdna reverzní transkripce vznik retrovir? RNA à RNA replikace n?které viry Replikace DNA Kopírování DNA do nové DNA Z jedné molekuly vzniknou dv? totožné molekuly DNA se replikuje kv?li d?lení?et?zec se rozpojí a pomocí komplementarity bází se vytvo?í 2 nové molekuly SEMIKONZERVATIVNÍ?et?zec v nové molekule je ½ nového?et?zce a ½ starého?et?zce Zdrojová molekula = templát = matrice obnažený?et?zec, aby mohl vznikat nový?et?zec musí mít stávající?et?zec dostate?ný po?et volných nukleotid?, energii v podob? ATP (tu mají na sob? nukleotidy p?i odšt?pení fosfátu se energie uvolní) Také je d?ležitá p?ítomnost enzym? na rozpojení?et?zce HELIKÁZA Na vznik nového?et?zce (na spojení) DNA POLYMERÁZA pracuje pouze jedním sm?rem a to tak, že se umí p?ipojit pouze na 3 konec DNA polymeráza zpracuje jen ur?itý konec a vrátí se po?et?zci OPOŽ?UJÍCÍ SE?ET?ZEC à vzniká nesouvislý?et?zec, který je rozd?len na OKAZAKIHO FRAGMENTY à aby?et?zec nebyl rozd?len na fragmenty nám zajiš?uje enzym DNA LIGÁZA, která jednotlivé úseky spojí SEMIDISKONTINUÁLNÍ?ET?ZEC jeden?et?zec vzniká plynule a druhý nesouvisle proto?íkáme, že replikace je semidiskontinuální Replika?ní molekula je velmi dlouhá a proto se replikuje z více míst. V eukaryotické bu?ce má 1 molekula více po?átk? replikace, místa kde replikace za?íná se nazývá ORI TRANSKRIPCE A TRANSLACE Transkripce p?epis nukleotid? z DNA do po?adí nukleotid? v mrna page 6 / 14

7 Pozitivní?et?zec ten, co se nep?episuje (pouze otisk v RNA) Negativní?et?zec p?episuje se Molekula mrna je lineární a její syntéza probíhá v bun??ném jád?e a katalyzuje jí enzym zvaný RNA POLYMERÁZA RNA POLYMERÁZA nasedá v míst?, kde za?íná gen a podle komplementarity p?epíše nukleotidy z DNA do mrna až enzym dosp?je nakonec mrna se odpojí mrna se dostává do cytoplazmy, kde se navazuje na drsné endoplazmatické retikulum TRANSLACE V cytoplazm? se k molekule mrna p?ipojují ribozomy (tvo?ený rrna) Každý ribozom nasedá na 5 - konec?et?zce mrna, jenž odpovídá po?átku p?íslušného genu v DNA a nastává p?eklad do bílkoviny. Znamená to, že genetická informace p?epsaná z DNA do mrna udává po?adí AMK v proteinovém?et?zci. Jednotlivé AMK jsou do ribozomu transportovány p?es trna. Aby p?eklad mohl za?ít je zde pot?eba spoušt?cí start kodón = METIONIN AUG Na ukon?ení je pot?eba stop kodon termina?ní kodón UAA, UAG, UGA nekóduje žádnou AMK POSTTRANSLA?NÍ ÚPRAVY?ET?ZCE Sest?ih RNA v euk. bu?kách (splicing) proces, který se odehraje p?edtím, než mrna opustí jádro Pomocí snrna malé jaderné RNA, které d?lají sest?ih Pre Mrna - nesest?íhaná molekula mrna Introny se nepoužijí a z?stávají v jád?e a rozpadnou se Zkrácení RNA eliminuje mutace Z 1 genu se dají získat r?zné druhy bílkovin (v r?zných situacích) ALTERNATIVNÍ SEST?IH (u?ebnice genetiky str obrázek) Z jedné molekuly hnrna vznikají vlákna mrna o r?zném rozsahu, která pak kódují zcela odlišné proteiny. Jeden gen tak m?že?ídit syntézu v?tšího po?tu protein?. Podle toho zda k sest?ihu dochází nebo ne rozlišujeme: JEDNODUCHÝ GEN u n?j sest?ih neprobíhá (bakterie) SLOŽENÝ GEN zde sest?ih probíhá page 7 / 14

8 STAVBA A VÝZNAM CHROMOZOM? 1 molekula DNA se replikuje à vzniknou 2 chromatidy (identické) = chromozom Místo, kam se napojuju d?lící v?eténko, se nazývá centromera M?že mít víc pozic na chromozomu Podle polohy je d?líme na: Metacentrický chromozom poloha uprost?ed Submetacentrický chromozom Akrocentrický chromozom Telocentrický Telomera = koncová oblast Pr?m?rn? na 1 chromatid? se nachází 1500 gen? Geny se nep?ekrývají Chromozomy zkoumal Thomas Hunt Morgan První pokusy provád?l na octomilce vybral si jí, protože v jejích slinných žlázách jsou velké POLYTENNÍ- chromozomy (mají více vláken a jsou siln?jší) Morganovy zákony: Geny jsou na chromozomu umíst?ny lineárn? za sebou Místo, kde se gen na chromozomu nachází je LOKUS Každý gen má pevn? dané místo, LOKUS je nem?nný TYPY CHROMOZOM? autozom nepohlavní chromozom page 8 / 14

9 u?lov?ka v klasické t?lní bu?ce 22 pár? autozomální d?di?nost = d?di?nost gen? ležících na autozomech gonozom pohlavní chromozom sestava gonozom? se liší dle pohlaví a typu ur?ení pohlaví (?lov?k X a Y) gonozomální d?di?nost = d?di?nost gen? ležících v nehomologický?ásti gonozom? homologické (homologní) chromozomy chromozomy 1 páru mají shodnou velikost, polohu centromery, stejný obsah gen? (ne alel!) nehomologické chromozomy chromozomy r?zných pár? Pohlavní chromozomy: V telomerách mají stejné geny = PSEUDOAUTOZOMÁLNÍ OBLAST (m?žou mít jiné alely) V této oblasti jsou chromozomy homologické (jako autozomy) Zajiš?ují párování p?i meióze Na pohlavním chromozomu se také nachází nehomologická oblast jedine?ná SRY gen je na Y chromozomu = Sex determining region Y gen, který spouští a zajiš?uje tvorbu muž. pohl. hormon? à k vytvo?ení varlat (v zárode?ném vývoji) TYPY PLOIDIE Po?ty chromozomových sad: n- haploidní 1 sada chromozom? u gamet 2n diploidní 2 sady chromozom? somatická bu?ka 0n?ervené krvinky nuliploidní U rostlin: 3n triploidní banán 4n tetraploidní kávovník, jablo? v?tší plody 8n oktaploidní ostružiník Více n (4n,8n.) = polyploidní page 9 / 14

10 V kostní d?eni kmenové bu?ky 8-16n D?LENÍ BU?KY Bun??ný cyklus: Cyklus se skládá z n?kolika p?ípravných fází (interfáze, kdy se bu?ka ned?lí)a vlastního bun??ného d?lení. Fáze bun??ného cyklu: G1, S, G2, M. (pop?. G 0 fáze) Cyklus trvá od jednoho d?lení do druhého 24hodin G 1 presyntetická fáze - r?st bu?ky nejdelší fáze S syntetická fáze (replikace DNA) G 2 postsyntetická fáze p?íprava látek na d?lení bu?ky G 0 klidová fáze, n?které bu?ky nevstoupí do S fáze ned?lí se (neurony, n?které svalové bu?ky) G 1 + S + G 2 = INTERFÁZE M mitotické d?lení Na bu?ce se také nachází kontrolní úseky p?ed S fází a p?ed Mitotickou fází slouží ke kontrole D?lení jádra karyokineze Mitóza = nep?ímé d?lení jádra v t?lních bu?kách Meiéoza = reduk?ní d?lení p?i vzniku pohlavních bun?k Rozd?lení zbytku bu?ky - cytokineze D?lení bu?ky p?edchází replikace DNA a vznik chromozom? MITÓZA PROFÁZE METAFÁZE ANAFÁZE page 10 / 14

11 TELOFÁZE 1. PROFÁZE Dochází ke spiralizaci DNA à tvo?í se chromozomy Rozpadá se jaderný obal Tvo?í se d?lící v?eténko (skládá se ze 2 centrozóm?, 1 centrozóm má 2 centrioly složené s mikrotubul?) 2. METAFÁZE Chromozomy se dostávají do cytoplazmy a?ad?jí se do tzv. EKVATORIÁLNÍ roviny (rovníková rovina). P?ipojují se vlákna d?lícího v?eténka na centromeru 3. ANAFÁZE Vlákna se zkracují a chromozomy se podéln? rozd?lí à p?esouvají se k opa?ným pól?m GI je rovnom?rn? rozd?lena 4. TELOFÁZE Vznikají dv? jádra Vzniká jaderný obal a d?lí se zbytek bu?ky D?lící v?eténko mizí Z jedné diploidní bu?ky vznikají dv? totožné diploidní bu?ky MEIÓZA MEIÓZA I. = heterotypické d?lení = reduk?ní MEIÓZA II. = homeotypické = ekva?ní Rozdíly oproti mitóze: page 11 / 14

12 1. PROFÁZE I. Probíhá crossing over = p?ek?ížení (zvyšuje variabilitu gamet) Je to p?ek?ížení nesesterských chromatid sesterských chromozom? Tvo?í se bivalenty dva spojené chromozomy Stejná 2. METAFÁZE I. 3. ANAFÁZE I. K opa?ným pól?m mí?í celé chromozomy Rozd?lení SEGREGACE je náhodná Náhodné uspo?ádání zvyšuje variabilitu Stejná 4. TELOFÁZE I. MEIÓZA II. Stejná jako mitóza Výsledkem jsou 4 haploidní bu?ky, které vznikají z bun?k diploidních GENETIKA PROKARYOTICKÉ BU?KY Stavba: page 12 / 14

13 1 kruhová molekula DNA nepravé jádro nemá kartotéku (bakteriální chromozom) Jsou ale i výjimky: m?že mít lineární DNA i více molekul DNA nemá histony Jiná st?na, bi?ík, ribozomy V bu?ce je jedna cytoplazma né všechny reakce mohou probíhat Nemá kompartmentaci Rychleji mutují, množí se Drobné kruhovité molekuly DNA = plazmidy PLAZMIDY Délka: kbp Typy: 1. Col plazmidy Bakterie umí vyráb?t druh antibiotik koliciny 2. R plazmidy Bakterie jsou odolné v??i antibiotik?m V p?írod? existují voln? (penicilín) bakterie proti sob? bojují 3. Ti plazmidy Tumor indukující nádor zp?sobující plazmid (u rostlin) Bakterie Agrobacterium tumefacies 4. N plazmidy Umí vázat vzdušný dusík a poskytují ho rostlinám 5. F plazmidy page 13 / 14

14 Powered by TCPDF ( Základy genetiky molekulární základy genetiky, genetika bu?ky Fertilní Umož?ují p?edávat rezistenci, umož?ují provád?t konjugaci: vytvo?í se PILUS P?i konjugaci se donorová bu?ka propojí s bu?kou recipientovou a propojí se kanálkem (PILUS). Dárcovská bu?ka zkopíruje F plazmid do druhé bu?ky Horizontální p?enos GI p?enos ve stejném?ase Vertikální p?enos GI starší dávají GI mladším (?asov? posunuté)?ast?jší MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE PROKARYOT Nepravé jádro, bez histon? Je zde jen jeden po?átek replikace Inicia?ní kodón je N formylmetionin Není zde sest?ih jsou to jednoduché geny Geny jsou p?episovány najednou po skupinách = OPERÓNECH Využívají se v biotechnologiích à získání lé?iv REGULACE GENOVÉ EXPRESE Transkripce, translace à podle gen? vzniká bílkovina Regulace funkce gen? zapínání x vypínání Laktózový operon 3-4 geny, které jsou za sebou umíst?ny a p?episují se Geny v operonu jejich produkty laktózu rozkládají Geny v operonu kódují enzymy, které rozkládají laktózu Ji vysv?tlil Jacob Monod (NC 1965) Induktor = laktóza Represor molekula vypíná geny tím, že se naváže na promotor (když není v bu?ce laktóza) Pokud je p?ítomna laktóza represor jde pry? a naváže se RNA polymeráza Po vzniku enzymu dojde k rozložení laktózy a op?tovnému navázání represoru Terminátor ukon?uje transkripci (zp?sobí odpojení RNA polymerázy) PDF generated by Kalin's PDF Creation Station page 14 / 14