Genetika

Last updated 03 May 24 Edit Source

• Bio maturita

Mladá veda o dedičnosti a premenlivosti, pomenované r. 1900 William Bateson

Dedičnosť - schopnosť organizmov uchovávať gen. inf. a prenášať ju na potomkov
Premenlivosť - zabezpečuje tvarovú a funkčnú rozmanitosť živ. org., odlišnosť medzi rodičmi a potomkami

• Genetická premenlivosť - všetky faktory, čo priamo zasahujú do génov
• Negenetická premenlivosť - faktory prostredia

Základné pojmy:

• Genetická informácia - inf. zapísaná v prim. štruktúre DNA
• Gén - funkčná jednotka genetickej informácie, úsek DNA, prejavovaný fenotypovo
• Alela - varianta génu
• Lokus - úsek DNA (chromozómu), kde je lokalizovaný gén
• Znak - fenotypový prejav génu
• Genóm - súbor génov bunky alebo vírusu
• Genotyp - súbor alel špecificky usporadaných v jeho genóme
• Fenotyp - súbor všetkých znakov organizmu

• Gény veľkého účinku
  1 gén => 1 znak, monogénna dedičnosť
  malý vplyv prostredia
  kvalitatívne znaky - farba očí, krvné skupiny AB0
• Gény malého účinku
  viac génov => 1 znak, polygénny systém
  veľký vplyv prostredia
  kvantitavívne znaky - výška, hmotnosť
  plynulá premenlivosť (normal distribution)

Zakladateľ genetiky Johann Gregor Mendel, 1865.
Bol opátom v augustiánskom kláštore v Brne, robil pokusy s Hrachom, bol neocenený v jeho dobe.

V bunke má každý gén 2 alely
Dominancia a recesivita: vzťah medzi alelami génu

• úplná dominancia - dom. alela potláča rec.
• neúplná dominancia - dom. alela neúplne potláča rec.
• intermediarita - obe alely sa rovnakou mierou podieľajú na tvorbe znaku

Homozygot - jedinec s 2 rovnakými alelami génu; dominantný AA, recesívny aa
Heterozygot - jedinec s 2 rôznymi alelami génu

Miescher izoloval nuklein 1869 z obväzov s hnisom z neutrofilov, no neprišiel na to, že zodpovedá za dedičnosť, mysleli si, že na to sú proteíny.

Watson a Crick (+Rosalind Franklin, Wilkins) 1953 popísali štruktúru DNA, dostali Nob. c.

Sanger - Sangerovo sekvenovanie génov, 1977

Human Genome Project - sekvenovanie celého génomu ľudí, v r. 2000 dokončili prácu

Genomika postupne začala sekvenovať všetky organizmy

Musia mať:

• krátky životný cyklus
• dostatočne početné potomstvo
• jednoduchá manipulácia
• malý počet chromozómov
• genetická variabilita medzi jedincami

Drosophila melanogaster, Arabidopsis thaliana, laboratórne myši, Escheria coli

Pravotočivá dvojzávitnica
Biopolymér zložený z nukleotidov -> nukleobáza + deoxyribóza + fosfát
Nukleozid - báza + cukor

Väzby:

• vodíková (O/N-H…O/N)
• fosfodiesterová (C-O-P)
• N-glykozidická (C-N-C)

Primárna štruktúra - sekvencia nukleotidov
Sekundárna štruktúra - priestorové usporiadanie, alfa helix

Zaujímavý fakt: u vírusov je preferencia na A-T viac ako G-C, práve kvôli 2 vs 3 vodíkovým mostíkom. A-T väzba sa ľahšie rozpletá.

Nukleobázy	Monosacharidové zložky

U euk. môže byť:

• jadrová
• mimojadrová - v mit., plastidoch

Pravotočivá jednozávitnica
Biopolymér zložený z ribonukleotidov -> nukleobáza (AUGC) + ribóza + fosfát

Existujú 3 hlavné typy:

• mRNA - messenger RNA - prenáša informáciu na tvorbu proteínu
• tRNA - transfer RNA - prenáša AMK do ribozómov a matchuje s kodónmi
• rRNA - ribozomálna RNA - tvorí ribozómy (tvoria sa v jadierku)

Semi-konzervatívny proces zdvojenia DNA, výsledkom sú 2 rovnaké molekuly DNA

Enzýmy:

• topoizomeráza - narovnáva vlákno, odstraňuje pnutie aby sa mohla naviazať helikáza
  často cieľom liekov proti rakovine
• helikáza - rozdeľuje DNA, tvorí replikačnú vidlicu (ruší vodíkové mostíky)
• primáza - syntetizuje RNA primery na lagging strand
• DNA polymerázy (u euk 5) - tvoria fosfodiesterové väzby v smere 5’ -> 3'
  kvôli jednému smeru polymerizácie sa lagging strand (5-3) musí replikovať po častiach - Okazakiho fragmenty
• RNAza - odstraňuje primery
• ligáza - spája fragmenty

Premena DNA -> mRNA:

• INICIÁCIA: RNA polymeráza sa naviaže na promoter v 3’ -> 5’ smere
  DNA sa rozpletie pri TATA boxe -> najslabšia väzba (2 vodíkové mostíky/bp)
  Syntéza RNA sa začne pri Shine-Dalgarno bode
• ELONGÁCIA: RNA polymeráza katalyzuje tvorbu fosfodiesterovej väzby v preRNA v smere 5’ -> 3'
• TERMINÁCIA: pri polyadenylačnom signále (AAUAAA) enzýmy rozštiepia transkript, ale polymeráza pokračuje a zastavia ju až degradačné enzýmy

Post-transkripčné modifikácie:

1. pridanie 5’ čiapky (guanín naviazaný opačne)
   ochrana proti exonukleázam, ktoré hľadajú 5’ konce
2. pridanie 3’ poly(A) chvostu
3. odstránenie exónov - self splicing, spliceosome komplex
   alternate splicing - rôzne vyjadrené exóny -> iný proteín (dosť časté)

Proces tvorby propeptidu z aminokyselín pomocou mRNA.
Translácia prebieha z N-terminusu ku C-terminusu, teda viaže sa karboxylová skupina 1. AMK na amino skupinu 2. AMK

tRNA prenášajú aminokyseliny do ribozómov a rozoznávajú správny kodón cez svoj antikodón
Musia byť nabité za pomoci aminoacyl-tRNA syntetázy ktorých je 20 (pre každú AMK, Sec je kódovaný v 3’-UTR)
Samotných tRNA by malo byť 61 (64 - 3 STOP kodóny), ale je ich menej kvôli wobble (posledná báza nie je dôležitá)

Pozostáva z jednej malej a jednej veľkej podjednotky (tvorené v nukleoluse) a niekoľkých proteínov
PROK -> 30S + 50S = 70S
EUK -> 40S + 60S = 80S

Naväzuje sa na špecifickú sekvenciu pred štart kodónom

Konečný peptid môže smerovať do:

• cytosolu
• membrány
• vonkajšku bunky sekrétovaný

• exonukleázami (3’ a 5’, štiepia koncové ribonukleotidy)
• endonuklázami (delia inde okrem koncov)
  reštrikčné endonukleázy - delia špecificky

V bunke má mRNA rôzne dlhý život:

• prok. - kratšia: 1s-1h

• euk. - dlhšia: 3m-1d
  štiepi exozómový komplex (zložený z exonukleáz)
  sú chránené proteínmi

Vo väčšine kodónov je pri poslednej báze wobble -> na poslednej báze často nezáleží

Start kodón:
=> AUG -> kóduje metionín - iniciačný metionín pri post-translačnej modifikácii

Stop kodóny:

• UGA
• UAG
• UAA

U prokaryotov sa enzýmy, ktoré sú súčasťou jedného pathway transkribujú spolu
Ich transkripcia je ovládaná spoločným:

• operátorom - ak je naň naviazaný proteín represor, blokuje transkripciu
  • korepresorový - pr. naviazaný tyrozín aktivuje proteín -> blokuje syntézu anabolických enzýmov
  • induktorový - pr. naviazaná laktóza dezaktivuje proteín -> umožňuje syntézu katabolických enzýmov
• promotorom - môže zvyšovak transkripciu zvýšením afinity RNA polymerázy