27 – Molekulární a buněčná genetika

= biologická věda zajímající se variabilitou (proměnlivostí) živých org. a také dědičností (=hereditou)

• sleduje rozdílnost a společné znaky rodičů a jejich potomků
• zakladatelem genetiky Johann Gregor Mendel (1822-1884) – Němec, žil na Moravě, sledoval tvar a velikost semen, určil zákony, jak se dědí určité znaky

NUKLEOVÉ KYSELINY

• patří mezi biomakromolekulární látky = BIOMAKROMOLEKULA (velice velká molekula nacházející se v živých org.)
• 2 typy:

1. DNA – deoxyribonukleová kys.
2. RNA – ribonukleová kys.

acid = kys., mezinárodní název

výskyt:

• ne v úplně všech buňkách těla (v červených krvinkách není nukleová kys.)
• DNA – lokalizování v buň. organelách – JÁDRO (99% koncentrace dědičné informace), MITOCHONDRIE, CHLOROPLASTY (pouze u rostlin)
• RNA – pohyblivá, nalezneme ji v jádře, cytoplazmě, součást ribozómů
• uchovávají gen. informaci = DNA (jak máme vypadat a jak se budeme chovat) + přenos gen. informace = RNA  obsahují informace pro průběh všech životních procesů
• dáno gen. – barva očí, vlasů, kůže, stavba těla, hmotnost, krevní skupina, náchylnost k chorobám téměř vše, prostředí se uplatňuje také

stavba:

• primární – stavba řetězce:

stavební jednotka – NUKLEOTID (deoxyribonukleotid v DNA, ribonukleotid v RNA)

NUKLEOSID – pentóza + dus. báze

NUKLEOTID – pentóza + dus. báze + 5uhlíkatý fosfát

cukr v DNA 2- deoxy – D – ribósa (na 2. uhlíků chybí jeden kyslík), v RNA – D – ribósa

dusíkatá báze = derivát heterocyklických sloučenin (má v cyklu zabudován nejméně 1 heteroatom –P, S O N… – místo atomu C), dusíkatá báze – (v cyklu je alespoň 1 atom N, sloučenina má zásadité vlastnosti) purinu a pyrimidinu

báze odvozené od purinu – ADENIN, GUANIN

odvozené od pyrimidinu – CYTOSIN, THYMIN, URACIL

DNA – A, T, C, G

RNA – A, U, C, G

FOSFÁT = H₂PO₄^– = zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné – váže se na 6‘ uhlík cukru esterovou vazbou

cukr (na straně báze – pomocí glykosidické v.) – fosfát – cukr – fosfát

molekula DNA je mnohem větší než mol. RNA

v 1 živ. b. je asi 1 metr DNA, tedy asi 3 x 10⁹ nukleotidu

spojováním NUKLEOTIDŮ = polynukleotidový řetězec

FOSFODIESTEROVÉ V. vznikají mezi fosfátem na 5’C jednoho cukru a –OH skupinou na 3’C cukru následujícího provázené odštěpením vody – každý řetězec má tedy 2 konce: 3‘ (-OH skupina na 3’C), 5‘ (fosfátová skupina na 5’C)

na prvním uhlíku je glykosidickou v. navázán dus. báze

• sekundární – uspořádání řetězce v prostoru

DNA

• Mezi řetězci jsou vodíkové můstky- mezi bázemi
• Můstek je slaboučký, ale je jich velké množství- drží dobře u sebe
• Vodíkové můstky se vytváří jen mezi komplementárními bázemi
• Adenin stojí naproti tyminu- 2 vodíkové můstky
• Cytosin a guanin- 3 vodíkové můstky
• Vlákna jsou antiparalelní= tam kde je 5konec- druhý řetězec má 3konec

RNA

• Tvoří ho jen jedno vlákno
• Báze koukají do prostoru
• Může mít různý tvar
• Když se potkají dva komplementární řetězy tak se spojí- můžou se párovat
• Místo tyminu se tu vyskytuje uracil- páruje se s adeninem
• RNA je kratší (desítky až stovky nukleotidů)
• 3 druhy: mRNA- mediátorová, tRNA- transferová, rRNA- ribozomální

REPLIKACE:

 DNA→transkripce→RNA→translace→protein

DNA replikace

• Schopnost kopírování
• Vytváření identické molekuly
• Dochází k ní před buněčným dělením
• Každá dceřiná buňka má stejnou genetickou informaci

Jak probíhá:

• Je potřeba nějaký vzor (vlákno DNA- původní dvoušroubovice)= matrice, templát
• Je potřeba materiál – volné nukleotidy
• ,,dělníci“- postaví z nukleotidů dvoušroubovici (jsou to enzymy: DNA polymeráza)
• Je třeba dodávat energii (ATP – štěpí se makroergické v.), protože je to anabolický proces
• Nejdřív se dvoušroubovice musí rozplést – přijde enzym, rozbije vodíkové můstky- rozplete se
• Každé z těch vláken bude základem nové dvoušroubovice
• Přijde další enzym a vytvoří nové komplementární vlákno k tomu jednomu původnímu
• U bakterií probíhá replikace 1000 nukleotidů/s
• U eukaryotní buňky replikace trvá 3 minuty

GEN= úsek na 1 vláknu DNA, který kóduje 1 bílkovinu (jak má vypadat bílkovina)

PROTEOSYNTÉZA

= výroba bílkovin

2 fáze:

• přepis informace z DNA do mRNA = transkripce – kódovaný přepis kuchařky na recepty (1 recept = 1 gen)
• připomíná replikaci – 1 gen se přepisuje do mRNA, která je ke genu komplementární – přepisuje se jen kus vlákna – místo thyminu tam bude uracil
• vzor (matrice) = vlákno DNA + materiál na výrobu (volné nukleotidy) + „dělníci“ = enzymy (RNA-polymerázy) + energie (ATP)

jak probíhá:

• RNA-polymeráza musí najít na genu startovací sekvenci (promótor – obsahuje specifické báze v určitém pořadí – střídá se tam hlavně T + A = tatabox, C + A + A + T +T = cat box) – vyskytuje se přibližně desítky bází před tím vlastním genem, který se má přepsat za ním je zahájena transkripce
• jakmile je rozpoznán promótor, polymeráza dále čte gen a vytváří k němu dvojici
• primární transkript = přesný přepis genu
• po ukončení transkripce je primární transkript ještě dále upravován
• 2 typy úseků na DNA – exony (části genů, které skutečně bílkovinu kódují) a introny (úseky, které se označují jako hluchá místa – je možné, že mají nějakou nějakou fci, ale nekódují vyráběnou bílkovinu) při přepisu se přepisují exony i introny
• jakmile vznikne primární transkript – přijdou nějaké enzymy, které „vystříhají“ introny (=sestřih, splicing) a exony mezi sebou „slepí“ vznikne sekundární transkript, který obsahuje pouze informaci bez hluchých míst – výsledná mRNA
• dále sekundární transkript putuje na ribozomy, kde dále probíhá tvorba bílkoviny

• překlad informace z mRNA do pořadí AMK v bílkovině = translace
• probíhá na ribozomu, podle návodu v přepsané mRNA se vyrábí bílkovina
• ribozomy + matrice (vlákno mRNA) + materiál na výrobu (AMK) + „dělníci“ (enzymy v ribozomu) + další „pomocníci“ (tRNA) + energie (ATP)
• tRNA (transferová, přenašečová) – jednovláknová, některé úseky jsou komplementární a tak se stáčí do tvaru „trojlístku“ – tvar udržován pomocí vod. můstků, velmi důležitá část – 3 báze uprostřed lístku = „antikodon“, dále je důležitý na 3-konci 1 AMK (jedna z těch 20, které je potřeba zabudovat do bílkoviny) – záleží to na pořadí antikodonu, každému antikodonu odpovídá jedna konkrétní AMK

jak probíhá:

• ribozom tvoří 2 podjednotky
• mRNA projíždí ribozomem a je zde čtena – čte se informace po trojicích bází (nukleotidů) = TRIPLETY = kodon – 3 báze znamenají 1 AMK do bílkovinného řetězce
• na začátku mRNA, která projíždí ribozomem, je triplet A, U, G (zahajuje translaci  iniciační triplet)
• jakmile enzymy najdou iniciační triplet, nasedá svým antikodonem tRNA a přináší tím první AMK – metionin= komplementární (antikodon a kodon)

zahájení proteosyntézy

• poté se další trojice bází – na tyto triplety přijde další tRNA + další AMK – podle písmen přijede tRNA s odpovídající AMK – AMK se začnou spojovat vznik bílkovinného řetězce  prodlužováním vznikajícího řetězce = elongace
• na mRNA existují trojice písmen = trojkodony – jež zastavují tvorbu bílkovin – UAA, UAG, UGA  pro tyto triplety neexistují komplementární tRNA
• 1 mRNA projíždí zároveň velkým množstvím ribozomu  efektivní (z 1 mRNA  vznik mnoha stejných bílkovin)
• vzniklá bílkovina není konečná úprava na ER nebo v GK (např. kus řetězce se odštěpí)

gen. kód:

1. degenerovaný = 1 AMK může být kódována více různými triplety, např. leucin může tvořit 6 různých tripletů
2. univerzální = gen. kód je platný pro všechny organismy