1 / 133

Genetika mikroorganismů

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. Nukleové kyseliny.

aimon
Download Presentation

Genetika mikroorganismů

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  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

  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

  3. P P P P P P P A A G G A G G G P P P P P P P P Nukleové kyseliny P T C C C T C C T

  4. 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) Nukleové kyseliny

  5. Báze nukleových kyselin Purinové báze Adenin Guanin Pyrimidinové báze Cytosin Thymin Uracil

  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“)

  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

  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’-

  9. Párování bazí DNA - DNA 5’- 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 – RNA 5’- 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 – RNA 5’- A UU C G G C UU A G G C G - 3’ 3’- U A A G C C G A A U C C G C - 5’

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. Základní genetické pochody DNA replikace transkripce reverzní transkripce replikace RNA translace „Základní dogma molekulární biologie“ Bílkovina

  15. 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)

  16. Semikonzervativní replikace

  17. P P P P P P P P P P P P P P C C C C C C T T A A A A G G G A G G G G G A G A P C C T T P P P P P P P P P P P T T T C P P P P

  18. Exprese genů • Soubor pochodů vedoucích od genu po funkční bílkovinu • Možná regulace na všech úrovních transkripce translace gen mRNA polypeptid posttranslační modifikace transport Funkční protein

  19. Transkripce • Přepis jednoho nebo několika genů z DNA do mRNA • Enzym RNA polymeráza

  20. 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

  21. Translace • Syntéza bílkovin podle genetické informace • Probíhá na ribozómech • Ribozóm se posouvá po mRNA a syntetizuje peptid • Čtení genetické informace podle genetického kódu mRNA

  22. 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)

  23. Genetický kód

  24. Čtení genetického kódu 5’-A U UC G GC U UA G G- 3’ N- Ile ArgLeuArg-C Nukleové kyseliny jsou čteny i syntetizovány od 5’ konce Bílkoviny jsou čteny i syntetizovány od N konce

  25. 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 UC G GC U UA G G- 3’ N- IleArg Leu Arg-C

  26. Čtecí rámec • 5’-A U UC G GC U UA G G- 3’ N- IleArgLeuArg-C

  27. Čtecí rámec • 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’ N- Ile Arg Leu Arg -C 5’-AU U CG G CU U AG G- 3’ N- PheGlyLeu-C

  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 5’-AUU C GG C UU A G G- 3’ N- SerAlaSTOP-C

  29. 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)

  30. Velikost genomů

  31. Genetická informace • Jaderná • Chromózómy= hlavní „velké“ DNA • Mimojaderná • Plasmidy = malé kruhové DNA u bakterií • DNA v organelách (mitochondrie, plastidy)

  32. 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

  33. Eukaryotický genom • LineárníDNA • Obvykle více chromozómů(člověk 46) • DNA je uložena vjádřeobaleném dvojitoumembránou • Zahuštěna do kompaktní struktury pomocí alkalických bílkovin (histonů) • Plasmidy výjimečné • Geny majíintrony • Operony nenacházíme

  34. Archeální genóm • Mezistupeňmezi bakteriemi a eukaryoty • Obvykle lineární • Volně v cytoplasmě • DNA obalena bílkovinamipodobnými eukaryotickým histonům • Primitivní introny • Plasmidy (méně než bakterie) • Geny organizované dooperonů

  35. Plasmidy • Krátké cyklické úseky DNA • Výskyt zejména u bakterií • V buňce může být i několik stovek plasmidů, stejných i různých • Některé plasmidy vzájemněnekompatibilní(nemohou být v jedné buňce) • Nezávisle se replikují • Občas vymizení

  36. Plasmidy • Postaru nazývanéfaktory • 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

  37. Plasmidy • Význam v genetickém inženýrství • umělé plasmidy s požadovanými vlastnostmi

  38. Replikace u bakterií • Dvojsměrná • 3 fáze • Iniciace (zahájení) • v tzv. místě ori(origin = počátek) • Elongace (prodlužování) • Terminace (zakončení)

  39. 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

  40. H N 2 N N N O O O N O P O P O P O O H H O - O - O - H H H O H

  41. Replikační enzymy u bakterií • DNA ligáza • spojuje delší řetězce DNA • DNA helikázy • rozplétají dvojšroubovici na jednotlivá vlákna

  42. Iniciace replikace 1. Rozpoznání ori místa • DnaA proteiny – najdou orimísto 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

  43. Iniciace replikace A A A A

  44. Iniciace replikace A A A A

  45. Iniciace replikace A A A A H H

  46. Iniciace replikace A H H A A A

  47. Iniciace replikace A H H A A A

  48. Iniciace replikace Pol A H Pol H A A A

  49. Iniciace replikace Pol A H Pol H A A A

More Related