V jakém rozmezí se pohybují velikosti genomu u různých skupin prokaryot a Eukaryot

- Prokaryota – 140 kbp až 13 Mbp; Eukaryota – 3 Mbp až 670 000 Mbp.

Umět vysvětlit pojmy unikátní a repetitivní sekvence (a vědět, jak se od sebe dají v praxi rozlišit)

- unikátní sekvence – 1-10 kopií; většinou strukturní geny, celková délka roste s velikostí genomu

- repetitivní sekvence – více jak 10 kopií, haploidní genom

- vznikají celogenomovými duplikacemi, chybami při replikaci nebo reverzní transkripcí

- strukturní a organizační úloha, účast na párování chromozomů, na crossing-overu

- rozlišení na základě kinetiky DNA renaturace

Jaké jsou hlavní typy repetitivních sekvencí vyskytujících se v eukaryotickém genomu (a jejich základní vlastnosti)

- se známou funkcí (strukturní geny, geny pro RNA) i bez známé funkce

- středně repetitivní (10 až 100 tisíc kopií); vysoce repetitivní (více jak 100 tisíc kopií)

- rozptýlené (kopie rozptýleny po genomu, pseudogeny, strukturní geny)

- tandemové (kopie za sebou ve shlucích)

- disperzní repetice – přesouvají se v rámci genomu, transponovatelné elementy

Umět vysvětlit pojmy: genová rodina, homolog, ortolog, paralog, genetická redundance, genová konverze, pseudogen, esenciální gen, provozní (udržovací) gen

- genová rodina – skupina genů - vyvinuly se ze spol. předka - vysoký stupeň sekvenční podobnosti

- jednotliví členové – společně ve shluku nebo rozptýlení po celém genomu

- různí členové g. rodiny – stejná, podobná i různá fce; stejná i různá lokalizace v buňce

- identifikováno >2200 GR, 76 společných pro všechny organismy

- homolog – vyvinuly se ze společného předchůdcovského genu

- ortolog – homologní geny kódující stejný produkt u různých organismů

- paralog – hom. geny kódují stejné/různé produkty u téhož organismu (na různých místech genomu)

- genetická redundance – dva nebo více genů zajišťují stejnou funkci (vzájemně zastupitelné)

- mutace v jednom nemá vliv na fenotyp

- genová konverze - nereciproký přenos gen. inf. v homologických lokusech; 1 sekvence nahradí 2.

- alelická k. - mezi alelami v témže lokusu; konverze mezi repetitivními geny – k. mezi různými lokusy

- pseudogeny – nefunkční geny, měli funkci, ale ztratili ji (mutace, reverzní transkripce)

- sekvenčně homologické se známými geny, mohou mít regulační funkci, mohou být transkripovány

- esenciální geny – funkce nutná pro život, mutace vyvolává letalitu, větší genom - menší % e. genů

- provozní geny – (udržovací) esenciální geny; transkribují ve všech buňkách, zajišťují funkce buněk

6. Struktura genomu, chromozomy

Struktura a organizace virového, prokaryontního a eukaryotního genomu

- viry – bakteriofágy (DNA i RNA), rostlinné viry (RNA), živočišné viry (DNA i RNA) – 3 (RNA)-150 genů

- nesegmentovaný genom (lineární); segmentovaný; segmentovaný – multipartitní

- kružnicová DNA, lineární DNA, lineární RNA

- jednořetězcová DNA/RNA, dvouřetězcová DNA/RNA, 2řetězcová DNA s oblastmi 1řetězcové DNA

- prokaryota – většinou jeden chromozom, monoploidní genom

- definice prokaryotického chromozomu - výskyt u všech kmenů daného druhu

- významný procentuální podíl celého genomu, nese esenciální geny; vždy dsDNA – nukleoid

- plazmidy – malé mimochromozomové autonomní dědičné struktury; kružnicové dsDNA molekuly

- většinou neesenciální geny – geny navozující rezistenci k antibiotikům, geny pro konjugaci

(přenášeny z generace na generaci nezávisle na chromozomech)

- eukaryota – lineární dsDNA segmentovaná na chromozomy

- více DNA než u prokaryot (nekódující sekvence); menší genová denzita

- větší počet repetitivních a regulačních sekvencí

- geny kódující proteiny jsou delší než u prokaryot, diploidie/polyploidie

eukaryotní ch. - klasifikace, charakteristika struktur (centroméra, teloméry, chromatidy, satelity)

- chromozom - z DNA a histonů; umožňuje rovnoměrné rozdělení gen. informace do dceřiných buněk

- barvitelná nukleoproteinová struktura; 2 raménka - p (krátké) a q (dlouhé)

- počet chromozomů typický pro druh; autozóm x gonozom (pohlavní chromozom)

- nehomologické x homologické (párové – 1 od matky, druhý od otce

- klasifikace - poloha centromery – metacentrické (uprostřed), submetacentrické (trochu na kraji)

- akrocentrické (hodně na kraji), telocentrické (na konci) + podle velikosti

- karyotyp – kompletní sada všech metafázických chromozomových párů v buňce

- člověk 2n = 46 – 2x22 autozomů + 2 pohlavní chromozómy (= soubor všech chromozomů v jádře)

- centromera – oblast chromozomu – dotyk 2 chromatid - zúžení

- zajišťuje přesnost segregace replikovaných chromozomů do dceřiných buněk

- bodová – váže 1 svazek dělícího vřeténka, u kvasinek; regionální - váže víc svazků dělícího vřeténka

- telomera – koncová část eukariotického chromozomu , ochrana před zkracováním chromozomů

- ochrana proti degradaci a proti fúzi s jinými DNA molek.; možnost replikace bez ztráty g. materiálu

- struktura - krátké repetitivní nukleotidové sekvence, značná variabilia

- chromatida – jedno ze dvou vláken DNA replikovaného chromozomu

- v S fázi jen jedna chromatida, v M fázi dvě sesterské chromatidy spojené centromerou

- satelity – vysoce repetitivní centromerická DNA

chromatin, histony, varianty histonů; nukleozóm, sbalování chromatinu

- chromatin - materiál, z chromozomů; komplex DNA, chromozomálních proteinů a dalších (RNA)

- chromatinové proteiny – zásadité (histony); kyselé (nehistonové) - negativní náboj při neutrálním pH

- histony – zásadité, pozitivní náboj při neutrálním pH; 5 tříd H1, H2A, H2B, H3, H4, H5 (u všech R a Ž)

- elektrostatické vazby s negativně nabitými fostátovými skupinami nukleotidů

- syntéza -> enormní množství během relativně krátké doby (syntéza a umístění během S fáze)

- volné histony vázány na chaperon, jinak se vážou do dvou tetrametrů (oktamer)

- varianty histonů – každá varianta představuje zástupce na konkrétní histon

- nukleozóm – základní strukturní jednotka chromatinu u eukaryot; tvořen histony a DNA

- core nukleozom = oktamer(8) histonů + 1 a tři čtvrtiny smyčky DNA

- kompletní nukleozom = oktamer histonů + 2 smyčky DNA.

- sbalování chromatinu – sbalení chromatinu do struktury metafázického chromozomu (zkrácení)

nehistonové proteiny, chromozómová kostra, kondenzin, kohezin

- nehistonové proteiny – všechny chromatinové proteiny (kromě histonů) spojené s DNA

- základní funkce - zachování struktury chromozomu

- chromozomová kostra (scaffold) – nehistonové proteiny vázané podél centrální osy chromatid

- scaffold proteiny (SMC) – udržení struktury chromozomu, regulace párování sesterských chromatid

- regulace replikace a oprav DNA, regulace exprese genů – 2 hlavní komplexy

- kondenzinový – vazba k chromozomům pouze během dělení, pentamer

- kohezinový – drží chromatidy u sebe, zajišťují správný rozchod chromozomů; tetramer

histonové modifikace (acetylace, metylace, fosforylace, aj.), histonový kód

- změna struktury chromatinu (měna vazby histonů k DNA)

- inhibice vazby negat. chromatin-vazebných faktorů; vznik vazby pozit. chromatin-vazebných faktorů

- Acetylace – acetylace pozitivně nabitých AMK -> změna náboje -> dekondenzace chromatinu

- aktivace genové exprese; deacetylace – kondenzace a umlčení chromatinu

- Metylace - metyltransferazy - kondenzece/dekondenzace chromatinu; aktivace/inhibice transkripce - Fosforylace – kinasy, změna náboje na pozitivní, dekondenzace chromatinu, aktivace transkripce

- Ubikvitinizace – inhibice/aktivace transkripce; Sumoylace – inhibice transkripce (kvasinky)

- histonový kód – kombinace posttranslačních kovalentních modifikací konců histonů

a proteinů, které se na takto modifikované konce vážou

- určuje, zda daná oblast chromozomu bude nebo nebude transkribována

- modifikace histonů jsou variabilní -> histonový kód nemůže být univerzální

remodelace chromatinu, euchromatin, heterochromatin, chromozómová teritoria

- remodelace - nezbytná pro aktivaci genové exprese, změna nukleozomů při přípravě na transkripci

- aktivní chromatin -> remodelace na neaktivní chromatin

- enzymatická – modifikace nukleozomů acetylací, deacetylací, fosforylací, metylací,…

- remodelace s využitím komplexů s ATPazovou aktivitou – změna interakce mezi DNA a histony

- stáhnutí vlákna DNA z nukleozómů; změna konformace jádra nukleozómů

- euchromatin – obsahuje všechny aktivně transkribované geny a klidové geny

- barví se méně výrazně než heterochromatin; nemá repetitivní sekvence

- heterochromatin – geneticky neaktivní, nenese geny/represe genů

- replikuje se v S-fázi (později než euchromatin); poblíž jaderné membrány a kolem jadérka

- zajišťuje strukturu centromer a telomer, obrana proti invazím cizí DNA, meiotický tah

- konstitutivní – stále kondenzován, opakování krátkých netranskribovaných sekvencí

- malá hustota genů nebo žádné geny

- fakultativní – sekvence - v některých buňkách heterochromatidové, v jiných euchromatidové

- chromozomová teritoria – oblasti v jádře, které zaujímají určité chromozomy

- chromozomy se zde jen málo mísí, aktivně transkripční chromozomy jsou na povrchu teritorií

štětkovité chromozómy

- výskyt během profáze I (u obratlovců), ve spermatických buňkách (u hmyzu)

- meiotické chromozomy; metabolicky aktivní – řídí metabolické pochody vyvíjející se buňky

- v párech, tvořeny 2 chromatidami; nekondenzují, tvoří smyčky podél osy; smyčka=1 šroubovice DNA