Bioinformatika Bioinformatika
BioinformatikaBioinformatika
Bioinformatika.Bioinformatika.Kas tai?Kas tai?
Objektas – biologija, gyvieji organizmaiObjektas – biologija, gyvieji organizmai Metodai – statistika, algoritmai, programinė Metodai – statistika, algoritmai, programinė
įranga, kompiuteriaiįranga, kompiuteriai
Bioinformatika – tai statistikos ir Bioinformatika – tai statistikos ir informatikos taikymas analizuojant informatikos taikymas analizuojant biologinius duomenisbiologinius duomenis
Bioinformatikos naudojimasBioinformatikos naudojimas
Biologiniams ir medicininiams tyrimams Biologiniams ir medicininiams tyrimams išleidžiama LABAI daug pinigų:išleidžiama LABAI daug pinigų:
NIH biudžetas – 31 mlrd $, NSF – 7 mlrd $NIH biudžetas – 31 mlrd $, NSF – 7 mlrd $ Pfizer R&D biudžetas ~10 mlrd $Pfizer R&D biudžetas ~10 mlrd $
TaikymasTaikymas
Bioinformatika leidžia sutaupyti daug lėšųBioinformatika leidžia sutaupyti daug lėšų Suteikia galimybę analizuoti milžiniškus Suteikia galimybę analizuoti milžiniškus
kiekius duomenųkiekius duomenų Atsiranda galimybės iš esmės kitaip atlikti Atsiranda galimybės iš esmės kitaip atlikti
tyrimus:tyrimus: Eksperimento planavimasEksperimento planavimas Pagalbinis įrankis prie prietaisųPagalbinis įrankis prie prietaisų
Bioinformatikos sritysBioinformatikos sritys
Sekų analizėSekų analizė Genomų anotacijaGenomų anotacija Evoliucinė biologijaEvoliucinė biologija Genų raiškos analizėGenų raiškos analizė Reguliavimo analizėReguliavimo analizė
Bioinformatikos sritysBioinformatikos sritys
Palyginamoji genomikaPalyginamoji genomika Baltymų struktūros prognozėBaltymų struktūros prognozė Biologinių sistemų modeliavimasBiologinių sistemų modeliavimas Baltymų sąveikų modeliavimasBaltymų sąveikų modeliavimas Vėžinių ląstelių genetinių pakitimų analizėVėžinių ląstelių genetinių pakitimų analizė
GyvybėGyvybė
Kas yra gyvybė?Kas yra gyvybė?
Kas bendra Kas bendra visoms gyvybės visoms gyvybės rūšims?rūšims?
Gyvųjų organizmų klasifikacija Gyvųjų organizmų klasifikacija (2004)(2004)
Bakterijos (Bacteria)Bakterijos (Bacteria) Pirmuonys (Protozoa)Pirmuonys (Protozoa) Chromistai (Chromista)Chromistai (Chromista) Grybai (Fungi)Grybai (Fungi) Augalai (Plantae)Augalai (Plantae) Gyvūnai (Animalia)Gyvūnai (Animalia)
Gyvųjų organizmų klasifikacija Gyvųjų organizmų klasifikacija (1990)(1990)
BakterijosBakterijos ArchėjosArchėjos EukariotaiEukariotai
Gyvųjų organizmų klasifikacija Gyvųjų organizmų klasifikacija (1977)(1977)
Yra 6 pagrindinės karalystės:Yra 6 pagrindinės karalystės: AugalaiAugalai GyvūnaiGyvūnai GrybaiGrybai ArcheobakterijosArcheobakterijos PirmuonysPirmuonys EubakterijosEubakterijos
Klasifikacija dar kitaipKlasifikacija dar kitaip
VienaląsčiaiVienaląsčiai DaugialąsčiaiDaugialąsčiai
EukariotaiEukariotai ProkariotaiProkariotai ArcheobakterijosArcheobakterijos Augalai???Augalai???
Organizmų sandaraOrganizmų sandara
Sudėtingi, Sudėtingi, išsivystę išsivystę organizmaiorganizmai
AudiniaiAudiniai
LąstelėsLąstelės
Ląstelės sandaraLąstelės sandara
Priklauso nuo Priklauso nuo ląstelės tipo:ląstelės tipo:
AugaloAugalo EukariotinėEukariotinė ProkariotinėProkariotinė
Prokariotų ląstelėsProkariotų ląstelės
Eukariotų ląstelėsEukariotų ląstelės
PalyginimasPalyginimas
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?v=nP9lZG94DO0&p=22D71F6FF83BD30v=nP9lZG94DO0&p=22D71F6FF83BD30C&playnext=1&index=1C&playnext=1&index=1
PagrindinPagrindinės gyvų organizmų ės gyvų organizmų molekulėsmolekulės
VanduoVanduo Baltymai (proteinai)Baltymai (proteinai) Oligosacharidai ir polisacharidaiOligosacharidai ir polisacharidai Lipidai (riebalai)Lipidai (riebalai) NukleorūgštysNukleorūgštys Ir daug visokių kitokių junginių Ir daug visokių kitokių junginių
VanduoVanduo Vanduo yra Vanduo yra
APLINK mus ir APLINK mus ir VIDUJEVIDUJE
Būtinas Būtinas gyvybeigyvybei
Atlieka daug Atlieka daug svarbių svarbių funkcijųfunkcijų
Baltymai (Proteinai)Baltymai (Proteinai)
Atsakingi už daugelį Atsakingi už daugelį organizmo funkcijųorganizmo funkcijų
Sudaryti iš tūkstančių Sudaryti iš tūkstančių atomųatomų
Labai svarbi trimatė Labai svarbi trimatė struktūrastruktūra
Baltymų funkcijosBaltymų funkcijos
Katalizinė funkcijaKatalizinė funkcija Medžiagų pernašosMedžiagų pernašos funkcija funkcija SSttruktruktūūrinė-atraminė funkcijarinė-atraminė funkcija Apsauginė funkcijaApsauginė funkcija Reguliacinė (augimo ir audinių Reguliacinė (augimo ir audinių
diferenciacijos) funkcijadiferenciacijos) funkcija SSusitraukimo funkcijausitraukimo funkcija MMaistaistinė-energetinėinė-energetinė funkcija funkcija
Katalizinė funkcijaKatalizinė funkcija
Dauguma reakcijų Dauguma reakcijų vyksta labai lėtaivyksta labai lėtai
Kai kurie baltymai Kai kurie baltymai pagreitina reakcijaspagreitina reakcijas
Funciją turintys Funciją turintys baltymai vadinami baltymai vadinami fermentais arba fermentais arba enzimaisenzimais
Jų aktyvumas gali Jų aktyvumas gali būti reguliuojamasbūti reguliuojamas
http://www.youtube.com/watch?v=CZD5xsOKres&feature=related
Medžiagų pernašosMedžiagų pernašos funkcija funkcija
Perneša Perneša gyvybiškai gyvybiškai svarbius junginius svarbius junginius į ląstelę ir į ląstelę ir pašalina veiklos pašalina veiklos rezultatusrezultatus
Reguliuoja Reguliuoja medžiagų medžiagų patekimąpatekimą
http://www.youtube.com/watch?v=NewpaNwhttp://www.youtube.com/watch?v=NewpaNwevFk&p=1C7F4873B05641D2&playnext=1&ievFk&p=1C7F4873B05641D2&playnext=1&index=54ndex=54
http://www.youtube.com/watch?v=_bmp2_Thttp://www.youtube.com/watch?v=_bmp2_T0c7k0c7k
Aktyvus ir pasyvus transportasAktyvus ir pasyvus transportas
http://www.youtube.com/watch?v=kfy92hdahttp://www.youtube.com/watch?v=kfy92hdaAH0&feature=feedrecAH0&feature=feedrec
Na K pompaNa K pompa
http://www.youtube.com/watch?v=awz6lIss3http://www.youtube.com/watch?v=awz6lIss3hQ&p=1C7F4873B05641D2&index=56&playhQ&p=1C7F4873B05641D2&index=56&playnext=2next=2
Elektronu transportasElektronu transportas
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&p=652E3616A05E9774&iv=xbJ0nbzt5Kw&p=652E3616A05E9774&index=32&playnext=6ndex=32&playnext=6
Struktūrinė funkcijaStruktūrinė funkcija
Viruso išorinis Viruso išorinis baltymasbaltymas
Sujungia ląstelesSujungia ląsteles Suteikia ląstelei Suteikia ląstelei
reikalingą formąreikalingą formą
Apsauginė funkcijaApsauginė funkcija
Naudojami Naudojami organizmo organizmo imuninėje imuninėje sistemoje.sistemoje.
Antikūnai, Antikūnai, imunoglobulinaiimunoglobulinai
ReguliacinėReguliacinė funkcija funkcija
Ląstelėje Ląstelėje vykstančių vykstančių procesų procesų reguliavimas reguliavimas – kai kurie – kai kurie baltymai baltymai veikia kaip veikia kaip hormonaihormonai
G-proteinG-protein
http://www.youtube.com/watch?v=V_0EcUr_http://www.youtube.com/watch?v=V_0EcUr_txk&p=1C7F4873B05641D2&playnext=1&intxk&p=1C7F4873B05641D2&playnext=1&index=52dex=52
Neuronu signalaiNeuronu signalai
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?v=m79HiApDJ2I&p=1C7F4873B05641D2v=m79HiApDJ2I&p=1C7F4873B05641D2&playnext=1&index=25&playnext=1&index=25
Susitraukimo funcijaSusitraukimo funcija
Leidžia Leidžia paversti paversti cheminę cheminę energiją į energiją į mechaninęmechaninę
http://www.youtube.com/whttp://www.youtube.com/watch?v=WRxsOMenNQM&atch?v=WRxsOMenNQM&feature=PlayList&p=41757feature=PlayList&p=41757C4685F1E51E&index=0&pC4685F1E51E&index=0&playnext=1laynext=1
Maistinė-energetinė funkcijaMaistinė-energetinė funkcija
Baltymai gali būti naudojami atsargų Baltymai gali būti naudojami atsargų “sandėliavimui”“sandėliavimui”
Esant stresinei situacijai (badui) ląstelės Esant stresinei situacijai (badui) ląstelės gali naudoti amino rūgštis vietoje kitų gali naudoti amino rūgštis vietoje kitų energetiškai naudingesnių junginiųenergetiškai naudingesnių junginių
BaltymaiBaltymai
Globuliniai baltymaiGlobuliniai baltymai
Fibriliniai baltymaiFibriliniai baltymai
Fiziologiškai aktingi Fiziologiškai aktingi baltymaibaltymai
Baltymų sudėtisBaltymų sudėtis
Sudaryti iš Sudaryti iš αα--amino rūgščiųamino rūgščių
20 pagrindinių amino 20 pagrindinių amino rūgščiųrūgščių
Trimatė struktūra:Trimatė struktūra: http://www.youtube.cohttp://www.youtube.co
m/watch?v=ha-DNTOom/watch?v=ha-DNTOooXk&feature=relatedoXk&feature=related
Pirminė baltymo struktūra - sekaPirminė baltymo struktūra - seka
Baltymo seka linijinėBaltymo seka linijinė Gali būti susiūta kai Gali būti susiūta kai
kuriose vietosekuriose vietose
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?v=lijQ3a8yUYQ&p=E4D2E392E2F34A4Bv=lijQ3a8yUYQ&p=E4D2E392E2F34A4B&playnext=1&index=14&playnext=1&index=14
Antrinė baltymo struktūraAntrinė baltymo struktūra
Amino rūgštys gali Amino rūgštys gali laisvai suktis apie laisvai suktis apie HN-CR ryšį ir RC-HN-CR ryšį ir RC-CO ryšįCO ryšį
RamachandranRamachandran’o ’o brėžinys parodo brėžinys parodo statistinį kampų statistinį kampų pasiskirstymąpasiskirstymą
Antrinė baltymo struktūraAntrinė baltymo struktūra
Stabiliausios antrinės baltymo struktūros:Stabiliausios antrinės baltymo struktūros: αα spiralės spiralės
• phi = -60phi = -60oo iki -120 iki -120o o ir psi = -60ir psi = -60oo
ββ lakštai lakštai• phi = -120phi = -120o o ir psi = 135ir psi = 135oo
• Gali būti paraleliniai ir antiparaleliniaiGali būti paraleliniai ir antiparaleliniai
αα spiralės spiralės
ββ lakštai lakštai
Tretinė ir ketvirtinė baltymo Tretinė ir ketvirtinė baltymo struktūrosstruktūros
Tretinė baltymo struktūra Tretinė baltymo struktūra priklauso nuo antrinės priklauso nuo antrinės struktūros elementų struktūros elementų tarpusavio išsidėstymotarpusavio išsidėstymo
Labai įtakoja įvairios Labai įtakoja įvairios nekovalentinės sąveikosnekovalentinės sąveikos
““Sulimpant” keliems Sulimpant” keliems fragmentams susidaro fragmentams susidaro ketvirtinė struktūraketvirtinė struktūra
Baltymo struktūrosBaltymo struktūros
NukleorūgštysNukleorūgštys
Atsakingos už Atsakingos už genetinės genetinės informacijos informacijos laikymąlaikymą
Dalyvauja Dalyvauja baltymų sintezėjebaltymų sintezėje
Nukleino rūgščių sudėtisNukleino rūgščių sudėtis
Sudarytos iš nukleozidų sujungtų Sudarytos iš nukleozidų sujungtų per fosfato grupę.per fosfato grupę.
Nukleozidai sudaryti iš sacharido ir Nukleozidai sudaryti iš sacharido ir heterociklinės bazėsheterociklinės bazės
Sacharidai yra dviejų tipų:Sacharidai yra dviejų tipų:
Dezoksiribonukleorūgštys, DNRDezoksiribonukleorūgštys, DNR• Deoksirobozė, Deoksirobozė,
Ribonukleorūgštys, RNRRibonukleorūgštys, RNR• ribozėribozė
NukleozidaiNukleozidai
Jie sudaryti iš Jie sudaryti iš ribozės arba ribozės arba deoksiribozės deoksiribozės ir ir heterociklinės heterociklinės bazėsbazės
Nukleorūgščių struktūraNukleorūgščių struktūra
Nukleozidai yra Nukleozidai yra komplementarūs:komplementarūs:
A ir TA ir T G ir CG ir C
Seka yra linijinėSeka yra linijinė
Nukleorūgščių funkcijosNukleorūgščių funkcijos
Atsakingos už genetinės informacijos perdavimą Atsakingos už genetinės informacijos perdavimą ir įgyvendinimąir įgyvendinimą
DNRDNR Skirta perduoti informacijaiSkirta perduoti informacijai
RNRRNR iRNR (informacinėRNR) skirta “tarpininkauti” iRNR (informacinėRNR) skirta “tarpininkauti”
gaminant baltymusgaminant baltymus rRNR (ribosominėRNR) tarnauja kaip baltymų rRNR (ribosominėRNR) tarnauja kaip baltymų
gamykla-konvejerisgamykla-konvejeris tRNR (transportinėRNR) atneša reikalingas amino tRNR (transportinėRNR) atneša reikalingas amino
rūgštis prie rRNRrūgštis prie rRNR Ribozimai - katalizinę funkciją turinti RNRRibozimai - katalizinę funkciją turinti RNR
DNRDNR
Koduoja genetinę Koduoja genetinę (paveldimąją) informaciją(paveldimąją) informaciją
Seka linijinėSeka linijinė Struktūra spiralinėStruktūra spiralinė Nukleotidai visada eina porojeNukleotidai visada eina poroje Ilgis nurodomas bazių porų Ilgis nurodomas bazių porų
skaičiumi (base pairs, bp)skaičiumi (base pairs, bp)
RNRRNR
• iRNR perneša informaciją iRNR perneša informaciją nuo DNR iki ribosomųnuo DNR iki ribosomų
• tRNR perneša amino rūgštis tRNR perneša amino rūgštis iki ribosomųiki ribosomų
• Ant ribosomų vyksta Ant ribosomų vyksta baltymų sintezėbaltymų sintezė
Struktūrinė įvairovė didelė, Struktūrinė įvairovė didelė, tik tRNR paprastai turi tik tRNR paprastai turi pakankamai fiksuotą pakankamai fiksuotą struktūrąstruktūrą
Genetinės informacijos Genetinės informacijos saugojimas ir kodavimassaugojimas ir kodavimas
Paprastai eukariotinėse Paprastai eukariotinėse ląstelėse genetinė ląstelėse genetinė informacija laikoma informacija laikoma branduolyje, chromosomosebranduolyje, chromosomose
DNR yra stipriai DNR yra stipriai susipakavusi susipakavusi
www.micro.utexas.edu/.../genetics/genetics.html
DNR pakavimasDNR pakavimas
NukleosomaNukleosoma
ChromosomaChromosoma
GenaiGenai
GGenas yra paveldėjimo priemonė, enas yra paveldėjimo priemonė, paveldimosios informacijos nešėjas. paveldimosios informacijos nešėjas. Reprodukcijos metu ši informacija Reprodukcijos metu ši informacija perduodama kitoms kartoms perduodama kitoms kartoms
Genai turi savo vietą(lokusą) Genai turi savo vietą(lokusą) chromosomosechromosomose
Genai gali būti vadinami tiek pagal Genai gali būti vadinami tiek pagal koduojamą baltymą, tiek pagal tam tikrą koduojamą baltymą, tiek pagal tam tikrą požymį, susijusį su geno veiklapožymį, susijusį su geno veikla
GenaiGenai
Žmogus turi apie 20000-30000 genųŽmogus turi apie 20000-30000 genų Genai sudaro tik 1,5Genai sudaro tik 1,5%% viso genomo viso genomo
Prokariotinėse ląstelėse genai sudaro apie Prokariotinėse ląstelėse genai sudaro apie 9090%% genomo genomo
Minimalus genomas turi apie 300-500 Minimalus genomas turi apie 300-500 genųgenų
Geno sandara prokariotuoseGeno sandara prokariotuose
•Genai yra tankiai supakuoti
•Paprastai genai grupuojami į operonus – vienas paskui kitą einančius genus, kurie koduoja kokiai nors funkcijai reikalingus baltymus
Eukariotinis genomasEukariotinis genomas
PalyginimasPalyginimas
Eukariotuose genai sudaryti iš egzonų ir intronų.Eukariotuose genai sudaryti iš egzonų ir intronų. Egzonai koduoja dalį baltymo sekos, o intronai būna Egzonai koduoja dalį baltymo sekos, o intronai būna
išmetamiišmetami
O kaip susiję nukleorūgštys ir O kaip susiję nukleorūgštys ir baltymaibaltymai
DNR
RNR
Baltymai
Transkripcija
Transliacija
Kodavimas iš DNR į RNRKodavimas iš DNR į RNR
Kodavimas iš DNR į RNR vadinamas Kodavimas iš DNR į RNR vadinamas
TRANSKRIPCIJATRANSKRIPCIJA Eukariotuose šis procesas yra sudėtingesnis Eukariotuose šis procesas yra sudėtingesnis
nei prokariotuosenei prokariotuose
TranskripcijaTranskripcija
Iš pradžių pagaminama komplementari Iš pradžių pagaminama komplementari RNR sekaRNR seka
Tada ji “brandinama”Tada ji “brandinama” IškarpomaIškarpoma
Iškarpymas (angl. Splicing)Iškarpymas (angl. Splicing)
Iškarpymo Iškarpymo metu metu pašalinami pašalinami intronai, o intronai, o paliekami tik paliekami tik egzonaiegzonai
Atsiranda Atsiranda galimybė iš galimybė iš vieno geno vieno geno gaminti gaminti skirtingas iRNRskirtingas iRNR
Genetinės informacijos kodavimasGenetinės informacijos kodavimas
20 skirtingų amino rūgščių20 skirtingų amino rūgščių
4 skirtingi nukleotidai4 skirtingi nukleotidai
Genetinės informacijos kodavimasGenetinės informacijos kodavimas
Viena amino rūgštis koduojama trimis Viena amino rūgštis koduojama trimis nukleotidaisnukleotidais
Kodonų lentelėKodonų lentelė
Skaitymo rėmeliaiSkaitymo rėmeliai5' 3' 5' 3' atgcccaagctgaatagcgtagaggggttttcatcatttgaggacgatgtataa atgcccaagctgaatagcgtagaggggttttcatcatttgaggacgatgtataa
11 atgatg ccc aag ctg aat agc gta gag ggg ttt tca tca ttt gag gac gat gta ccc aag ctg aat agc gta gag ggg ttt tca tca ttt gag gac gat gta taataa M P K L N S V E G F S S F E D D V * M P K L N S V E G F S S F E D D V * 22 tgc cca agc tgc cca agc tgatga ata gcg ata gcg tagtag agg ggt ttt cat cat ttg agg acg atg tat agg ggt ttt cat cat ttg agg acg atg tat C P S * I A * R G F H H L R T M Y C P S * I A * R G F H H L R T M Y 33 gcc caa gct gaa gcc caa gct gaa tagtag cgt aga ggg gtt ttc atc att cgt aga ggg gtt ttc atc att tgatga gga cga tgt ata gga cga tgt ata A Q A E * R R G V F I I * G R C I A Q A E * R R G V F I I * G R C I
Skaitymo rėmeliaiSkaitymo rėmeliai
Yra 6 skaitymo rėmeliai:Yra 6 skaitymo rėmeliai:3 viršutinėje gradinėje3 viršutinėje gradinėje
3 apatinėje grandinėje3 apatinėje grandinėje
TransliacijaTransliacija
Tai procesas, kurio metu iš RNR pagaminamas baltymas:Tai procesas, kurio metu iš RNR pagaminamas baltymas:
Iš pradžių iRNR prisikabina prie ribosomosIš pradžių iRNR prisikabina prie ribosomos Tada ribosoma juda ant iRNRTada ribosoma juda ant iRNR tRNR atneša amino rūgštistRNR atneša amino rūgštis Sutikus “Stop” kodoną transliacija sustoja, baltymas paleidžiamasSutikus “Stop” kodoną transliacija sustoja, baltymas paleidžiamas Paleistas baltymas apdrojamas, tinkamai sulankstomasPaleistas baltymas apdrojamas, tinkamai sulankstomas
http://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.htmlhttp://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.html