3. Historie genetiky – molekulární úroveň

Základní údaje o složení a struktuře DNA; co je to nukleotid a nukleosid, 5‘ a 3‘ konec, které báze v DNA/RNA jsou puriny a které pyrimidiny; znát Chargaffova pravidla a principy párování bází (vědět, kdo byli Watson, Crick, Wilkins, Franklin), vědět, že existují různé konformace DNA a čím se liší

- NK – z dusíkatých bází (purinů - A,G - 50%; pyrimidinů - C,U,T - 50%), sacharidů a fosfátové skupiny

- DNA – adenin, cytosin, guanin, tymin; deoxyribóza (A=T – 2 vazby, C=G – 3 vazby)

- RNA – místo tyminu uracil; ribóza; jednořetězcová; intramolekulární párování (C-G,A-U i GU)

- nukleotid – dusíkatá báze + sacharid + fosfát

- nukleosid – dusíkatá báze + sacharid

- 5´ konec – deoxyriboza má na 5. uhlíku fosfát

- 3´ konec – deoxyribóza má na 3. uhlíku volnou OH skupinu

- Chargaffova pravidla – A=T, G=C, A+T≠C+G; 50% puriny a 50% pyrimidiny

- relativní zastoupení A,C,T,G se u různých organismů liší

- rozluštění struktury DNA – schopnost přesně se replikovat, informační charakter

- schopnost občas se měnit (mutace), ale zároveň být realtivně stabilní

- Watson + Crick – základní model struktury DNA, použili výsledky studií od Wilkinse a Franklinové

- pravotočivá dvoušroubovice, báze uvnitř šroubovice, antiparalelní orientace řetězců

- párování bází vodíkovými můstky + patrové interakce; pravidlo komplementarity bází

- počet bází na otočku – 10,4; úhly mezi bázemi – 34,6°; roviny bází o 2°vychýleny

- model replikace DNA - specifické párování komplementárních bází (semikonzervativní replikace)

- genetická informace uložena v sekvenci nukleotidů

- mutace a genetické změny vyplývají z modifikace bází

- Wilkins + Franklinová – rentgenová difrakce

- konformace DNA – několik různých konformací (i trojšroubovice)

- B-konformace – biologicky nejdůležitější, nejčastější, pravotočivá

- nahuštěná mezi bázemi, užší, rovina bazí kolmo na centrální osu

- A-konformace – pravotočivá, širší, rozsáhlejší mezi bázemi, rovina bazí šikmo k centrální ose, - Z-konformace – levotočivá, vzácná, rovina bazí šikmo k centrální ose.

Jak bylo dokázáno, že nositelem gen. informace je právě DNA a jakým způsobem se tato informace převádí do fenotypu (Griffith, Avery, McLeod, McCarty, Hershey, Chase, Garrod, Beadle, Tatum)

Griffith - pokusy s kmeny Streptococus, dal do myši nevirulentní bakterie a mrtvé virulentní

- myš umřela - objevil se v ní virulentní kmen – tzv. transformační princip

Avery + McLeod + McCarty – transformační princip je DNA, navázali na Griffitha

- nevirul.B+tepelně upravené virul.B+protéza= virulentní bakterie -> transformační faktor není protein

- neviruletní B + tepel u. vir. B + RNaza = virulentní bakterie - transformační faktor není RNA

- nevir. B. + tep. uprav. vir. B + DNaza = nevirulentní – transformační faktor je DNA

Hershey + Chase – další důkaz, že DNA je genetickým materiálem, u bakteriofága T2

- udělali dvě odlišné skupiny bakteriofágů – jedni s radioaktivně označenou DNA

- druzí s radioaktivně označeným obalem, infekce, dva druhy bakterií

- jedny s radioaktivní DNA uvnitř a druzí bez radioaktivní DNA

Garrod - propojení dědičnosti s metabolizmem, zkoumal metabolické poruchy u člověka

- (alkaptonurie, fenylketonurie) a zjistil, že jde o vrozenou metabolickou poruchu

Jak se postupně vyvíjela koncepce pojmu „gen“ (a proč jsou dodnes problémy s jeho definicí)

- gen = znak, gen = přerušení metabolické dráhy, gen = enzym, gen = protein, gen = polypeptid

- konečným produktem nemusí být polypeptid

- problémy s definicí – exony/introny, alternativní sestřih – více produktů z jednoho genu

- geny uvnitř genů, překrývající se geny, geny složené z genových segmentů

- neexistuje obecně přijímaná definice genu

- struktura genu – promotor, transkribovaná sekvence, terminátor, transkripční faktory.

Co je to genetický kód, jaké má vlastnosti a jak byly tyto vlastnosti odhaleny (a vědět, kdo byli Brenner, Nirenberg, Khorana), jaké/kde jsou hlavní výjimky z genetického kódu.

- genetický kód je systém, podle kterého je informace z nukleotidů překládána do polypeptidu

- vlastnosti – tripletový, nepřekrývá se, neobsahuje interpunkční znaménka

- je degenerovaný (jedna AMK může mít více kodonů)

- je uspořádaný (příbuzné AMK – podobné kodony)

- obsahuje iniciační a terminační kodony, je téměř univerzální

- 3 nukleotidy = 1 aminokyselina; trojice nukleotidů v mRNA (kodón)

- komplementární trojice nukleotidů v tRNA (antikodón); celkem 4 typy nukleotidů

- informace v DNA není převáděna do polypeptidu přímo – přes tRNA (transferová)

- specifikaci pro aminokyselinovou sekvenci od DNA k ribozómům přenášejí nestabilní mRNA

- jedna aminokyselinama může být determinována více než 1 kodónem

- rozluštění – využití bakteriální polynukleotidfosforylasy a bezbuněčných systémů

- syntéza dlouhých molekul RNA složených z opakujících se krátkých sekvencí

-> polypeptidy jen z některých aminokyselin

- výjimky – mitochondrie, plastidy

Co je to tzv. „centrální dogma“ molekulární genetiky

- replikace DNA, transkripce -> RNA, translace -> aminokyselina, reverzní transkripce

umět vysvětlit pojmy: alternativní sestřih, trans-sestřih, exony a introny, genové segmenty, překrývající se geny, transferová a mediátorová RNA, kodón, antikodón, stop kodón, izoakceptorové tRNA, wobbling, čtecí rámec (a ORF)

- alternativní sestřih - jev, při němž díky různým variantám sestřihu z jednoho genu vzniká více

bílkovinných produktů, primární RNA produkt prochází úpravami a spojují se různými způsoby

- trans-sestřih – posttranskripční úprava RNA, dva exony z různých primárních RNA se spojí

- exony – část NK, podle které se kódují aminokyseliny, introny se vystřihnou a nekódují mRNA

- genový segment – v zárodečných buňkách pro tvorbu protilátek

- protilátka ze tří segmentů a ty se po rekombinaci dostanou k sobě a přepíšou se do proteinu

- izoakceptorové tRNA – tRNA nesoucí stejnou aminokyselinu

- wobbling – na vodíkovou vazbu mezi 3. pozicí kodónu a 1. pozici antikodonu nejsou tak přísné

prostorové nároky na specifitu vazby -> větší ekonomičnost

- stop kodóny – terminační – UAA, UGA, UAG – končí syntéza proteinů, nekódují aminokyselinu

- čtecí rámec – sekvenci RNA lze číst 3 způsoby – třemi čtecími rámci, nutno nastavit čtecí rámec

- otevřený (ORF) – čtecí rámec vedoucí k sekvenci polypeptidu