Page 1
Genetika mikroorganismů
• Z latinského genaó = tvořím
• Přenos genetické informace je základní atribut živé hmoty
• Základní genetické pochody jsou konzervativní = podobné u všech organismů (společný původ?)
• Genetická informace je uložená v nukleových kyselinách
Page 2
Nukleové kyseliny
• Základní nositelky dědičné informace– DNA = deoxirubonukleová kyselina
(deoxyribonucleic acid)– RNA = ribonukleová kyselina (ribonucleic
acid)
• Fosfát – pentózová kostra s postranně navázanými bázemi
• Pořadí bází nese genetickou informaci
Page 3
Nukleové kyseliny
P P P P P P P P
A G
T C
T C C T G G
A G G C CA
PP P P P P P P
Page 4
Nukleové kyseliny
DNA• Deoxyribóza• Báze Adenin, Guanin,
Cytozin, Thymin• Stabilnější• Obvykle dvouvláknová
(double-stranded = ds)
RNA• Ribóza• Báze Adenin, Guanin,
Cytozin, Uracil• Méně stabilní• Obvykle jednovláknová
(single-stranded ss)
Page 5
Báze nukleových kyselin
NH
NNH
N
O
NH2
N
NNH
N
NH2
NH
NH
O
O
N
NH
NH2
O
NH
NH
O
O
Adenin Guanin
Cytosin Thymin Uracil
Purinové báze
Pyrimidinové báze
Page 6
Dvouřetězcové NK
• NK bývají obvykle dvouvláknové = dva samostatné řetězce NK jsou spojené vodíkovými vazbami mezi bázemi
• Báze se tzv. párují
• Oba řetězce jsou tzv. komplementární = nesou opačnou genetickou informaci („negativ a pozitiv“)
Page 7
Párování bazí
• Základ všech genetických pochodů
• Párování umožňuje předávání a expresi genetické informace
• Purin (A, G) s pyridinem (T, U, C)
• 2 nebo 3 vodíkové můstky
• A = T
• A = U
• C ≡ G
Page 8
Šroubovicová struktura
• Oba řetězce NK se vzájemně obtáčejí = dvojšroubovice
• Řetězce leží tzv. antiparalelně = konec jednoho leží u začátku druhého („hlava-pata“)– podle popisu struktury pentózy jsou konce
vlákna označovány jako 3’- a 5’-
Page 10
Párování bazí
DNA - DNA5’- A T T C G G C T T A G G C G - 3’3’- T A A G C C G A A T C C G C - 5’
DNA – RNA5’- A T T C G G C T T A G G C G - 3’3’- U A A G C C G A A U C C G C - 5’
RNA – RNA5’- A U U C G G C U U A G G C G - 3’3’- U A A G C C G A A U C C G C - 5’
Page 11
Genetická informace• Pořadí bází určuje genetickou informaci
• Gen = úsek NK kódující nějakou funkci– Strukturní gen – kóduje strukturu bílkoviny– Gen pro RNA – kóduje strukturu RNA
• Soubor všech genů = genom
• Kromě genů jsou v NK i další úseky– Regulační (řídící)– Nekódující – bez funkce nebo s neznámou
funkcí – evolučně pokročilejší organismy mají více nekódujících sekvencí
Page 12
Genetické pojmy• Intron = sekvence DNA nekódující
bílkovinu vmezeřená do strukturního genu• Sestřih = proces odstraňování intronů ze
strukturního genu• Promotor = sekvence DNA uvozující gen
nebo operon• Operon = sekvence několika genů se
společnou regulací• Kodon = trojice bází kódující jednu
aminokyselinu v peptidovém řetězci• Antikodon = sekvence tří bazí
komplementární ke kodonu
Page 13
Typy RNA
• mRNA (messanger, mediátorová) = přenos exprimovaných genů z jádra na ribozómy
• rRNA (ribozomální) = stavební funkce v ribozómech, uplatňují se při translaci
• tRNA (transferová) = čtení genetického kódu, přenos aminokyselin při syntéze proteinů
Page 14
Základní genetické pochody
• Replikace (zdvojení) = kopírování genetické informace do nové molekuly NK
• Transkripce (přepis) = kopírování malé části genetické informace z DNA do RNA
• Translace (překlad) = syntéza primární struktury bílkoviny podle informace v RNA
Page 15
Základní genetické pochody
DNA
RNA
Bílkovina
transkripcereverznítranskripce
translace
replikace
„Základní dogma molekulární biologie“
replikace
Page 16
Replikace• Nutná pro předání genetické informace
další generaci
• Enzym DNA polymeráza
• Rozpletení dsDNA
• Ke každému vláknu je dosyntetizováno druhé komplementární
• Semikonzervativní (polovina nové molekuly DNA pochází od rodiče, polovina je nová)
Page 17
Semikonzervativní replikace
Page 18
P P P
A
T
T C
A G
P P
P
T
A
P
P
P
P
P
P
G
C C
T
G
G
A
P
P
P
P
P
P
P
P
G
C
C
T
GG
C
C
A
P
P
P
P
P
Page 19
Exprese genů
gen mRNAtranskripce translace
polypeptid
posttranslačnímodifikacetransport
Funkční protein
• Soubor pochodů vedoucích od genu po funkční bílkovinu
• Možná regulace na všech úrovních
Page 20
Transkripce• Přepis jednoho nebo několika genů z DNA
do mRNA
• Enzym RNA polymeráza
Page 21
Reverzní transkripce• Pouze u tzv. retrovirů (např. HIV)
• Přepis z RNA do DNA
• Enzym reverzní transkriptáza – nekontroluje chyby mutace
• Vzniklá DNA je integrována (začleněna) do genomu může vzniknout rakovina
Page 22
Translace• Syntéza bílkovin podle genetické
informace• Probíhá na ribozómech• Ribozóm se posouvá po mRNA a
syntetizuje peptid• Čtení genetické informace podle
genetického kódu
mRNA
Page 23
Genetický kód• Soubor kódů pro všechny aminokyseliny
• 20 kódovaných aminokyselin
• Jedna aminokyselina je kódována třemi bázemi (tzv. triplet nebo kodon)
• Triplet = 64 kombinací genetický kód je degenerovaný (více kódů pro jednu aminokyselinu)
• Genetický kód je univerzální (= až na výjimky stejný ve všech organismech)
Page 25
Čtení genetického kódu
5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C
Nukleové kyseliny jsou čteny i syntetizovány od 5’ konce
Bílkoviny jsou čteny i syntetizovány od N konce
Page 26
Čtecí rámec
• 1 aminokyselina je kódována 3 bázemi = záleží na tom, kde se začne číst
• Čtecí rámec, jsou 3 možné začátky čtení, ale jen jeden je správný
5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C
Page 27
Čtecí rámec
• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C
Page 28
Čtecí rámec
• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C
5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Phe Gly Leu -C
Page 29
Čtecí rámec
• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C
5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Phe Gly Leu -C
5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ser Ala STOP -C
Page 30
Genomika
• Genetická informace uložena v DNA
• U některých virů i v RNA
• Genomika = věda zabývající se genomy a genetickou informací
• Velikost genetické informace se udává v párech bazí (base pairs = bp)
Page 31
Velikost genomůOrganismus Bp
Bakterioág MS2 3569
Escherichia coli 4.106
Mycoplasma genitalium 580 000
Nanoarchaeum equitans 490 885
Saccharomyces cerevisiae 2.107
Populus trichocarpa (topol) 4,8.108
Homo sapiens sapiens (člověk) 3,2.109
Fritillaria assyriaca 1,3.1011
Amoeba dubia (měňavka) 6,7.1011
Page 32
Genetická informace
• Jaderná– Chromózómy = hlavní „velké“ DNA
• Mimojaderná– Plasmidy = malé kruhové DNA u bakterií– DNA v organelách (mitochondrie, plastidy)
Page 33
Bakteriální genóm
• Obvykle kruhová DNA
• Obvykle jeden chromozóm
• Volně v cytoplazmě
• DNA obalena alkalickými aminy (spermin a spermidin)
• Časté plasmidy, i několik desítek
• Bez intronů
• Geny uspořádány do operonů
Page 34
Eukaryotický genom
• Lineární DNA
• Obvykle více chromozómů (člověk 46)
• DNA je uložena v jádře obaleném dvojitou membránou
• Zahuštěna do kompaktní struktury pomocí alkalických bílkovin (histonů)
• Plasmidy výjimečné
• Geny mají introny
• Operony nenacházíme
Page 35
Archeální genóm
• Mezistupeň mezi bakteriemi a eukaryoty• Obvykle lineární• Volně v cytoplasmě• DNA obalena bílkovinami podobnými
eukaryotickým histonům• Primitivní introny• Plasmidy (méně než bakterie)• Geny organizované do operonů
Page 36
Plasmidy
• Krátké cyklické úseky DNA
• Výskyt zejména u bakterií
• V buňce může být i několik stovek plasmidů, stejných i různých
• Některé plasmidy vzájemně nekompatibilní (nemohou být v jedné buňce)
• Nezávisle se replikují
• Občas vymizení
Page 37
Plasmidy
• Postaru nazývané faktory
• Kódují vlastnosti, které bakterie k životu nutně nepotřebuje– rezistenci vůči antibiotikům (tzv. RTF –
Resistence Transfer Factor)– nové metabolické dráhy (např. odbourávání
uhlovodíků apod.)– produkce toxinů
Page 38
Plasmidy
• Význam v genetickém inženýrství– umělé plasmidy s požadovanými vlastnostmi
Page 39
Replikace u bakterií
• Dvojsměrná
• 3 fáze1. Iniciace (zahájení)
– v tzv. místě ori (origin = počátek)
2. Elongace (prodlužování)
3. Terminace (zakončení)
Page 40
Replikační enzymy u bakterií
• DNA polymerázy– 3 druhy (DNA-pol I. II. a III.)
dNTP + DNAn PP + DNAn+1
– dNTP = dATP, dGTP, dCTP, dTTP– napojování nukleotidů na 3’-konec– neumí začátek řetězce, jen napojovat,
potřebuje tzv. primer (očko) = krátká sekvence DNA nebo RNA
• DNA primáza– syntetizuje krátký fragment RNA - primer
Page 41
N
NN
N
N H 2
O
HO H
HH
HH
OPO
O -
O
POPO
O - O -
OO
NH
NNH
N
O
NH2
N
NNH
N
NH2
NH
NH
O
O
N
NH
NH2
O
NH
NH
O
O
Page 42
Replikační enzymy u bakterií
• DNA ligáza– spojuje delší řetězce DNA
• DNA helikázy– rozplétají dvojšroubovici na jednotlivá vlákna
Page 43
Iniciace replikace
1. Rozpoznání ori místa– DnaA proteiny – najdou ori místo a oddělí v
něm oba řetězce DNA– ori místo je bohaté na AT páry = snadno se
oddělí– vznik tzv. replikační vidlice
2. Navázání helikáz– na oba konce vidlice se naváže helikáza a
začne rozplétat DNA
3. Navázání DNA polymeráz a dalších replikačních enzymů
Page 44
Iniciace replikace
A
A
A
A
Page 45
Iniciace replikace
AA
AA
Page 46
Iniciace replikace
AA
AA
H H
Page 47
Iniciace replikace
AA
AA
H H
Page 48
Iniciace replikace
AA
AA
H H
Page 49
Iniciace replikace
AA
AA
H HPolPol
Page 50
Iniciace replikace
AA
AA
H HPolPol
Page 51
Elongace DNA
• Syntézu obou řetězců katalyzuje enzymový komplex DNA-polymerázy III.
• Semidiskontinuální = jeden řetězec se syntetizuje nepřetržitě (vedoucí řetězec) a jeden po kratších úsecích (opožďující se řetězec)
– Okazakiho fragmenty = krátké úseky DNA (1000-2000 nukleotidů)
– DNA polymeráza syntetizuje řetězec ve směru 5’-3’, ale řetězce mají opačnou orientaci
• cca 500 nukletidů / s
Page 52
Pol
Semidiskontinuální elongace
5’
5’
3’
3’
vedoucí řetězec
opožďující se řetězec
5’
3’
Okazakiho fragmenty
Page 53
Elongace DNA
• Syntéza opožďujícího se řetězce:1. Syntéza RNA primeru (primáza)
2. Elongace fragmentu (DNA polymeráza I.)
3. Odstranění primeru (DNA polymeráza I.)
4. Zaplnění mezery (DNA polymeráza I.)
5. Spojení řetězců (DNA ligáza)
Page 54
Pol
Semidiskontinuální elongace
5’
5’
3’
3’
vedoucí řetězec
opožďující se řetězec
5’
3’
primery
Page 55
Terminace replikace
• Na tzv. ter místě
• Tus protein – inhibice helikázy
Page 56
Replikace plasmidů
• Analogická repliklaci chromozómů
• Časově oddělená replikace vedoucího a opožďující se řetězce – tzv. replikace valivou kružnicí
– nejprve je syntetizován vedoucí řetězec, který vytlačí původní – 1. kopie plasmidu
– k vytlačenému původnímu řetězci se pomocí Okazakiho fragmentů dosyntetizuje nový řetězec – 2. kopie plasmidu
Page 57
Replikace plasmidů
Page 58
Replikace u eukaryot
• V principu stejná jako u bakterií
• Odlišnosti– jiné DNA polymerázy (ale s podobnou funkcí)– replikace probíhá na mnoha místech naráz– eukaryotické chromozómy jsou lineární na 5’
konci nových řetězců chybí úsek, který není na co navázat – speciální enzym telomeráza
5’3’
3’5’
5’3’
3’5’
Page 59
Replikace u archeí
• Velice podobná bakteriální replikaci
• DNA polymerázy strukturně podobné eukaryotickým, ale s podobnou funkcí jako u bakterií
Page 60
Transkripce u bakterií
• 3 fáze1. Iniciace (zahájení)2. Elongace (prodlužování)3. Terminace (zakončení)
• Enzym RNA-polymeráza– 5 podjednotek – ’
• Transkripce je zahajována na tzv. promotoru – uvozující úsek DNA
– různé promotory u různých genů
• Rychlost cca 40 nukleotidů / s
Page 61
Sigma faktor
• Podjednotka (sigma faktor) má za úkol rozpoznat promotor
– bakterie mají více sigma faktorů pro geny různého typu
• Síla promotoru = pravděpodobnost zahájení transkripce
– geny se silnějším promotorem jsou více exprimovány
– závisí na sekvenci promotoru i sigma faktoru
Page 62
Pozitivní a negativní řetězec
• Transkripcí dsDNA vzniká ssRNA
• Přepisuje se jen jedno vlákno ze dvou = negativní vlákno
• Nepřepisované vlákno = pozitivní vlákno
• Analogie s fotografií – negativ a pozitiv
Page 63
Iniciace transkripce
1. Spojení sigma-faktoru s RNA polymerázou
promotor přepisované geny
’
Page 64
Iniciace transkripce
2. Sigma podjednotka rozpozná promotor a naváže RNA polymerázu na DNA
promotor přepisované geny
’
Page 65
Iniciace transkripce
3. Rozpletení DNA
Page 66
Iniciace transkripce
4. Zahájení syntézy RNA
Page 67
Elongace RNA
5. Syntéza RNA – sigma-faktor se oddělí
Page 68
1. Pomocí vlásenky• terminátor = koncový úsek přepisované RNA• palindromatická sekvence (symetrická) =
páruje se sama se sebou a vzniká vlásenka• vlásenka „vykolejí“ RNA polymerázu
2. Pomocí -faktoru• bílkovina, rozpoznávající terminátor• interakce s RNA polymerázou a ukončení
transkripce
Terminace transkripce
Page 69
Transkripce u eukaryot• V principu stejná jako u bakterií• Odlišnosti
– více RNA polymeráz odlišných od bakteriální
– odlišné promotory– k zahájení transkripce jsou potřeba iniciační
faktory (bílkoviny); obvykle několik– složitější iniciace– složitější terminace, nejčastěji pomocí tzv.
polyadenylačního signálu = sekvence AATAAA
• Posttranskripční úpravy mRNA
Page 70
Posttranskripční úpravy mRNA• U eukaryot je přepsaná mRNA ještě
podrobena tzv. posttranskripčním úpravám
– vytvoření tzv. čepičky na 5’-konci– komplex se specifickými proteiny– sestřih = odstranění intronů– polyadenylace 3’-konce
Page 71
Transkripce u archeí• Podobnosti i odlišnosti proti bakteriím a
eukaryím
• Podobnosti s eukaryotickou transkripcí– podobné RNA-polymerázy– podobné iniciační faktory
• Podobnosti s bakteriální transkripcí– žádné posttranskripční úpravy mRNA– podobné promotory– přepis operonů do jedné mRNA
Page 72
Bakteriální translace
Page 73
tRNA• Prostředník při překladu z genetického
kódu do „řeči“ aminokyselin• Jednu aminokyselinu může přenášet více
tRNA = izoakceptorové• Ve struktuře tRNA jsou zařazeny i
nestandardní nukleotidy (pseudouridin, 1-methylguanozin…) – vznik modifikací standardních nukleotidů
• 74-95 nukleotidů• sekundární struktura připomíná jetelový
lístek
Page 74
tRNAVazebné místo pro
aminokyselinu
Antikodon
Smyčky
Page 75
Antikodon• Sekvence 3 nukleotidů komplementární s
kodonem pro danou aminokyselinu
• Nestandardní nukleotidy umožňují rozšířené párování
Page 76
Aktivace aminokyselin• Proces napojování aminokyselin na tRNA
• Pro každý pár aminokyselina-tRNA existuje jeden enzym aminoacyl-tRNA-syntetáza– Rozpoznává správné aminokyseliny i tRNA– Syntetizuje jejich vazbu (energie ze štěpení ATP)
aa + ATP aa-AMP + PP
aa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP
Page 77
Bakteriální ribozómy • Kuličky složné z bílkovin a rRNA
• Označení komponent podle sedimentačního koeficientu– celý bakteriální ribozóm má sedimentační
koeficient 70S– 16S-rRNA, 23S-rRNA, 5S-rRNA
• Dvě podjednotky– malá 30S– velká 50S
Page 78
Vazebná místa na ribozómu• Vazebné místo pro mRNA
• Aminoacylové místo (A-místo) – vazba nepřipojené aa-tRNA
• Peptidylové místo (P-místo) – vazba už hotového peptidového řetězce
• Výstupní místo pro tRNA (E-místo) – odchod deacylované tRNA
Page 79
Průběh translace1. Iniciace
• rozpoznání čtecího rámce• zařazení první aminokyseliny (formylmethionin)• iniciační faktory (IF) - bílkoviny
2. Elongace – prodlužování řetězce• elongační faktory (EF)
3. Terminace• terminační (nesmyslný) kodon = nekóduje
žádnou aminokyselinu, ale konec řetězce• účast terminačních faktorů (RF)
Page 80
Iniciace translace1.Rozpad ribozómu na podjednotky
E P A
Page 81
Iniciace translace2.Navázání fMet-tRNA
E P A
fMet
Page 82
Iniciace translace3.Navázání mRNA
– správné umístění pomocí tzv. Shine-Dalgarnovy sekvence
E P AfMet
Page 83
Shine-Dalgarnova sekvence• Sekvence AGGA na mRNA, která se páruje
s UCCU na 16S-rRNA
• Zajišťuje správné umístění mRNA na ribozóm
AGGA
3’
3’5’
mRNA
16S-rRNAUCCU
AUG
5’iniciační kodon
ribozóm
Page 84
Iniciace translace4.Znovuspojení ribozomálních podjednotek
E P AfMet
Page 85
Elongace polypeptidového řetězce
6. Navázání další aminokyseliny do A místa
E P AfMet
Trp
Page 86
Elongace polypeptidového řetězce
7. Vznik peptidové vazby
E P A
Trp
fMet
Page 87
E AfMet
Elongace polypeptidového řetězce
8. Posun ribozómu
TrpP
Page 88
E AfMet
Elongace polypeptidového řetězce
9. Navázání další aminokyseliny
TrpP
Lys
Page 89
E A
Elongace polypeptidového řetězce
10. Vznik peptidové vaby
P
Lys
fMet
Trp
Page 90
E AP
Elongace polypeptidového řetězce
11. Posun ribozómu
Lys
fMet
Trp
Page 91
Elongace peptidového řetězce
mRNA
Page 92
Terminace translace• Terminační faktory RF1 a RF2 rozpoznají
terminační kodón a za spolupráce s RF3 způsobí uvolnění tRNA, peptidu a rozpad ribozómu na podjednotky
Page 93
Rychlost proteosyntézy• 10-20 aminokyselin / s
• chybovost cca 1 nesprávná aminokyselina na 2000 správných
Page 94
Translace polygenních RNA• U bakteriích je mnoho mRNA polygenních
= nesou více genů (např. operony)
• U každého genu nová iniciace translace
Page 95
Návaznost transkripce a translace
• U bakterií dochází k rychlému navazování transkripce a translace– na nehotovou mRNA už nasedají ribozómy a
překládají polypeptid– na jedné RNA může být současně 10-30
ribozómů posunujících se „za sebou“
Page 97
RNA pol
DNA
ribozóm
ribozóm
ribozómribozómribozómribozóm
RNA
peptid
Page 98
Eukaryotická transalce• V principu podobná bakteriální ale s
odlišnostmi– ribozómy jsou větší a odlišné (80S)
• volné• vázané na endoplasmatické retikulum – syntéza
membránových bílkovin
– první aminokyselinou je methionin a ne formylmethionin
– eukarya nepoužívají Shine-Dalgarnovu sekvenci, správný začátek transalce je rozpoznáván pomocí čepičky
– více translačních faktorů
Page 99
Eukaryotická transalce• Prostorové oddělení eukaryální transkripce a
translace– transkripce probíhá v jádře– translace probíhá mimo jádro – nutný transport
• Časové oddělení– translace probíhá teprve po dokončení všech
posttranskripčních úprav
Page 100
Archeální transalce• Podobnosti s bakteriální transalcí
– podobné ribozómy– používání Shine-Dalgarnovy sekvence
• Podobnosti s eukaryální translací– podobné translační faktory
Page 101
Mutace• Změna dědičné (genetické) informace
• Obvykle předávaná dalším generacím
Page 102
Mutace• Dělení podle příčiny
– samovolné (spontánní) – chyby při replikaci DNA
– vyvolané (indukované) – způsobené faktory vnějšího prostředí (mutageny)
Page 103
Mutace• Dělení podle rozsahu
– bodové – změna jednoho páru bazí– chromozómové – změna delšího úseku DNA– genomové – změna počtu chromozómů (jen
u eukaryot)
Page 104
Mutace• Dělení podle následků
– neutrální – žádný vliv na vlastnosti a životaschopnost
– téměř neutrální – přibližně nulový vliv na vlastnosti a životaschopnost
– negativní – zhoršení vlastností či životaschopnosti
– pozitivní – zlepšení vlastností či životaschopnosti
Page 105
Mutace• Dělení podle následků
– neutrální – žádný vliv na vlastnosti a životaschopnost
– téměř neutrální – přibližně nulový vliv na vlastnosti a životaschopnost
– negativní – zhoršení vlastností či životaschopnosti
– pozitivní – zlepšení vlastností či životaschopnosti
pokles pravděpodobnosti
Page 106
Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se
při další replikaci připáruje správná
ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC
Page 107
Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se
při další replikaci připáruje správná
ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGG
TAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC
Page 108
Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se
při další replikaci připáruje správná
ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCTTACGGCGAGTTAGCC
ATTCTTGCGGTCGGATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC
Page 109
Bodové mutace• Typy bodových mutací
– tranzice – výměna purinu za purin resp. pyrimidinu za pyrimidin (A↔G C↔T)
– transverze – výmna purinu za pyrimidin a opačně (A,G↔C,T)
– inzerce – vložení nového páru bazí– delece – odstranění jednoho páru bazí
• Inzerce a delece mění čtecí rámec
Page 110
Bodové mutace• Mutace s chybným smyslem (missense)
= mutací vznikne kodon pro jinou aminokyselinu
– kódovaná bílkovina si obvykle uchová aktivitu
• Nesmyslné mutace (nonsense) = mutací vznikne stop-kodon
– vzniká neúplná bílkovina obvykle bez funkce
Page 111
Chromozómové mutace• Vznikají zlomem DNA a chybným
znovuspojením• koncová deficience – chybí koncová část
DNA• interkalární delece – chybí vnitřní část
DNA• inverze – část DNA je vložena obráceně• translokace – přeskupení DNA• duplikace – zdvojení DNA
Page 112
Chromozómové mutacePůvodní DNA A B C D E F G
Koncová deficience A B C D E
Interkalární delece A B C F G
Inverze A D C B E F G
Translokace A B D E F G C
Duplikace A B C D C D C D E F G
Page 113
Genomové mutace• Změna počtu chromozómů
• Zvýšení a snížení
• Polyploidie = znásobení genetické informace
– obvykle max. hexaploidie, víceplodiní jádra se při mitóze rozpadají na dvě
• Aneuploidie = neúplná genetická informace
Page 114
Spontání mutace• Způsobené bez viditelného vlivu
mutagenu• Nesprávné párování bazí• Deaminace bazí
– C U (páruje se s A)– A hypoxantin (páruje se s C)– G xantin (nepáruje se, zastavení
translace)
• Oxidativní poškození– kyslíkové radikály, hlavně OH·, vznik z H2O2
(vedlejší produkt dýchacího řetězce)– různé produkty se změněným párováním
nebo bez párování
Page 115
Mutageny• mutagen = fyzikální faktor nebo chemická látka
způsobující mutace• Analoga bazí – strukturní podobnost, bazím,
ale odlišné párování– bodové mutace– př. 5-bromuracil (AT↔GC)
• Kyselina dusitá – deaminace• Alkylační látky – křížové vazby mezi řetězci• Interkalární látky – planární molekuly,
vmezeřují se mezi báze DNA a narušují operace s DNA
– polyaromatické uhlovodíky
Page 116
Mutageny• Ionizující záření (rentgen, radioaktivní…)
– excitace elektronů a vznik náhodných vazeb– vliv přímo na DNA nebo nepřímo přes jiné
molekuly, zejména vodu– zlomy v DNA– změny bazí
• UV záření – NK absorbují mezi 260-280 nm
– vznik thyminových dimerů
Page 117
Reparační procesy• Buňky mají schopnost opravy (reparace)
poškozené DNA– menší poškození je možno odstranit bez ztráty
genetické informace
• Úplná oprava – chemická reakce odstraňující poškození
– odstranění thyminových dimerů
• Excizní oprava – vyštěpení jednoho řetězce v chybném místě a jeho správné dotvoření
• Tolerantní oprava – úprava poškozené DNA neodstraňující mutaci, ale umožňující funkci DNA (replikace, transkripce)
Page 118
Konjugace u bakterií• Proces výměny genetického materiálu mezi
některými rody G- bakterií
• Je možný i mezi různými rody
• Zdroj variability a odolnosti bakterií
• Výměna probíhá pomocí kanálků tvořených fimbriemi
• Geny pro fimbrie jsou kódovány na F plazmidu (F+ / F-)
• F plazmid je epizóm = může se integrovat do genomu a vyštěpovat zpět jako plazmid
Page 119
F+ F- konjugace• Proces je jednosměrný z F+ buňky do F-
buňky– F+ - mají F plazmid, jsou schopné tvorby
fimbrií a přenosu genetické informace– F- - nemají F plazmid, mohou být akceptory
• Konjugace neprobíhá ve směru F+ F+
• F- buňka se po přijetí stává F+ buňkou
• F+ buňka zůstává F+ buňkou
Page 120
F+ F- konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
F+ F-
Page 121
F+ F- konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
F+ F-
Page 122
F+ F- konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
F+ F-
Page 123
F+ F- konjugace
2. replikace F-plazmidu valivou kružnicí
F+ F-
Page 124
F+ F- konjugace
3. Dokončení druhého vlákna plazmidu
F+ F-
Page 125
F+ F- konjugace
4. Oddělení buněk
F+ F-
Page 126
Hfr konjugace• Hfr = High frequency of recombination
(vysoká frekvence rekombinace)• Nastává, pokud se F-plazmid integruje
do chromozómu• S F-plazmidem se přenáší i kus
chromozómu– přenos mnoha genů– začátek v místě integrace F-plazmidu
• Velmi pomalý proces (u E.coli cca 100 minut) – často předčasné přerušení
• Obvykle se nepřenese celý F-plazmid – recipientní buňka zůstane F-
Page 127
Hfr konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
Hfr F-
Page 128
Hfr konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
Hfr F-
Page 129
Hfr konjugace
1. Spojení buněk kanálkem
Hfr F-
Page 130
Hfr konjugace
2. přenos části DNA do druhé buňky
Hfr F-
Page 131
Hfr konjugace
3. rozpad spojení
Hfr F-
Page 132
Hfr konjugace
4. Integrace části přenesené DNA do chromozómu příjemce
Hfr F-
Page 133
Další konjugace• Existuje ještě řada dalších procesů
výměny genetické informace mezi bakteriemi s různým mechanismem