Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

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

Struktura nukleové kyseliny Nukleotid: fosfátový zbytek cukerná pentóza dusíkatá báze

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

Nukleové kyseliny DNA deoxyribonukleová kyselina RNA ribonukleová kyselina

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

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

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

model DNA

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

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

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.

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

Centrální (ústřední) dogma Realizace = exprese genetické informace

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

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

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

Transkripce transkripční jednotka promotor terminátor Gen pro RNA

Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor promotor terminátor

Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor

Transkripce - elongace RNApoly

Transkripce - elongace RNApoly prerna

Transkripce - terminace RNApoly prerna

Transkripce - elongace RNApoly prerna terminátor

Transkripce - terminace RNApoly prerna Rho faktor

Transkripce - terminace DNA prerna RNApoly Rho faktor

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Užitečné odkazy jednoduché animace http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/transcription.swf http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/translation.swf http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/dna-rna2.swf

Replikace Zdvojování DNA Primárně v jádře,

Replikace - Dvoušroubovice DNA - Primáza primer (RNA fragment, 10-11 nt) - DNA polymeráza (I, II, III; α, β, δ) - Enzymy: exonukleáza, ligáza, gyráza, - Nukleotidy - Energie - Pomocné faktory,

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

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

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

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

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

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

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

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

Replikace

Replikace - semikonzervativní - komplementární +

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