1. Základy genetiky



Yüklə 5,01 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə5/21
tarix05.05.2017
ölçüsü5,01 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21

Tabulka genetického kódu
 
Tabulka určuje druh aminokyseliny, který je při proteosyntéze přinesen pomocí tRNA na ribozóm. 
Určující je pořadí nukleotidů v tripletu na mRNA, kaţdému odpovídá nějaká aminokyselina. Některé 
aminokyseliny jsou kódovány více neţ jednou moţností. Speciální význam mají triplety AUG, který 
zahajuje proteosyntézu a triplety UAA, UAG a UGA, které ji ukončují.
 
Obrázek 1
 - Tabul
ka genetického kódu
 
 
Proteosyntéza
 
Proteosyntéza je zahájena iniciační tRNA, to jest tou, která nese methionin. Ta se naváţe na malou 
ribozomální podjednotku a začne pomalu projíţdět molekulu mRNA od 5' konce. Jakmile objeví 
iniciační sekvenci AUG 

naváţe se a translace začíná. Na další sekvence (kodony) nasedají další 
tRNA podle komplementarity bází (systém kodon na mRNA 

antikodon na tRNA). Mezi přinesenými 
amino
kyselinami vznikají peptidové vazby. Za tuto část translace 
- elongaci - 
je zodpovědná zejména 
velká ribozomální podjednotka. Jakmile zbývá jiţ jen kodon beze smyslu (terminační) je proteosyntéza 
ukončena a vzniklé polypeptidové vlákno můţe být dále v buňce upravováno na poţadovanou 
bílkovinu.
 
Drsné endoplazmatické retikulum (s ribozomy) je specializováno pro tvorbu transmembránových 
proteinů (různé iontové kanály či receptory) nebo proteinů určených "k zabalení", které se zabudují do 

vnitřku membrán (sekreční granula, lyzosomy). Naopak volné ribozomy se podílejí především na 
tvorbě cytoplazmatických proteinů (enzymy, atd.).
 
Posttranslační úpravy
 
Vzniklé polypeptidové vlákno je v buňce samozřejmě dále upravováno, ať jiţ v endoplazmatickém 
retikulu nebo v Gol
giho systému. V endoplazmatickém retikulu je to jiţ výše zmíněné zabudovávání 
neno "balení" do membrán a zahájení procesu glykosylace. Velké mnoţství proteinů není ve své 
finalní podobě čistými proteiny, ale tzv.
 
glykoproteiny
, coţ jsou proteiny s navázanými řetězci 
oligosacharidů (vícečetných cukrů). To je velmi důleţité pro finální 3D strukturu výsledného produktu. 
V Golgiho aparátu je proces gylkosylace jemnějšími prostředky dokončen. Velké mnoţství produktů 
proteinové povahy nemá biologickou aktivitu, dokud z něj nejsou odštěpeny určité části řetězce. To se 
můţe dít extra

i intracelulárně. Příkladem budiţ některé trávicí enzymy, které jsou buňkami 
produkovány v neaktivní formě a jsou aktivovány aţ v patřičné části trávicího traktu, kde jiţ jejich 
účinek
 
neohroţuje okolní tkáně.
 
6)
 
Enzymy v genetice a molekulární biologii 
Enzymy jsou biokatalyzátory a jako takové katalyzují obrovské mnoţství biochemických reakcí. Z 
hlediska genetiky jsou zajímavé zejména ty enzymy, které katalyzují takové procesy jako je rep
likace 
DNA nebo transkripce z DNA do RNA. Z hlediska genetiky klinické jsou potom zajímavé enzymy, 
jejichţ deficit, způsobený mutací v genetické informaci jedince, je odpovědný za vznik některých 
dědičných onemocnění. Uvedený seznam není rozhodně vyčerpávající a je pouze ilustrační.
 
Adenosindeamináza
 
Katalyzuje přeměnu z adenosinu na inosin. Její deficit se projeví jako těţká kombinovaná 
imunodeficience (
SCID
 - 
Severe Combined ImunoDeficiency) s úbytkem T
- i B-
lymfocytů.
 
Aminoacyl-tRNA-
syntetáza
 
Katalyzuje 
připojení příslušné aminokyseliny na 3' konec příslušné tRNA (s příslušným 
antikodonem). 
A-
transferáza
 
Účastní se syntézy aglutinogenu A (krevní skupiny). Připojuje N
-acetyl-galaktosamin na 
antigen H. 
B-
transferáza
 
Účastní se syntézy aglutinogenu B (krevní
 skupiny
). Připojuje D
-galaktosu na antigen H. 
DNA-
dependentní DNA
-
polymerázy
 
Skupina enzymů, které katalyzují polymeraci DNA řetězce, přičemţ jako matrice je vyuţíváno 
vlákno DNA. Během polymerace postupují pouze od 5' konce ke 3' konci (matrice je čtena 
opačným směrem) a potřebují mít volný 3' konec předchozího nukleotidu s OH skupinou. 
Nejdůleţitější funkcí je tedy replikace DNA. Některé typy mají i 5' 
-
> 3' exonukleázovou 
aktivitu. Rozlišujeme některé prokaryotické a eukaryotické DNA
-
dependentní DNA
-
pol
ymerázy
 
Prokaryotické DNA
-
polymerázy
 
Typ 
Funkce
 

polymerázy
 
Polymeráza I
 
Vyštěpení RNA primerů na opoţďujícím se řetězci a dosyntetizování 
vlákna, reparační funkce
 
Polymeráza II
 
?? Reparační funkce ??
 
Polymeráza III
 
Hlavní replikační enzym prokaryot
 
 
Eukaryotické DNA
-
polymerázy
 
Typ polymerázy
 
Funkce
 
Polymeráza α
 
Replikace na opoţďujícím se řetězci
 
Polymeráza β
 
Reparační funkce
 
Polymeráza γ
 
Replikace mitochondriální DNA
 
Polymeráza δ
 
Replikace na vedoucím řetězci
 
 
DNA-
dependentní RNA
-
polymerázy
 
Sku
pina enzymů, které katalyzují transkripci, tedy přepis z DNA do RNA. Během polymerace 
postupují pouze od 5' konce ke 3' konci (matrice je čtena opačným směrem). Nevyţadují volný 
3' konec. 
U prokaryot nacházíme pouze
 
jeden typ
 DNA-
dependentní RNA
-
polymerázy
. U eukaryot 
nacházíme typy tři, které odlišujeme na základě produktů transkripce.
 
Eukaryotické RNA
-
polymerázy
 
Typ polymerázy
 
Produkt transkripce
 
Polymeráza I
 
45S pre-
RNA (Základ pro 5.8S, 18S a 28S rRNA)
 
Polymeráza II
 
pre-
mRNA (všechny)
 
Polymeráza III
 
snRNA, 5S rRNA, 7S RNA, pre-
tRNA (všechny)
 
 
DNA-
fotolyáza
 
Účastní se reparace DNA tím, ţe vyštěpuje nukleotidové dimery (např. dimery thyminu). Její 
aktivita je závislá na světelné energii.
 

Fenylalaninhydroxyláza
 
Katalyzuje přeměnu fenylalaninu na tyrosi
n. Deficit tohoto enzymu 
podmiňuje
 
fenylketonurii
 (viz 
genetické choroby
). 
Fukosyltransferáza
 
Účastní se syntézy antigenu H tím, ţe přenáší L
-fukosu na konec 4-
cukerného řetězce. 
Antigen H je prekurzorem pro vznik antigenů A a B (viz
 
krevní skupiny
). 
Galaktosa-1-
fosfáturidyltransferáza
 
Enzym se účastní metabolismu galaktosy (obousměrná přeměna glukosy
-1-
fosfátu a 
galaktosy-1-
fosfátu). Jeho deficience je příčinou 
galaktosemie

Glukosa-6-
fosfátdehydrogenv
 
Je hlavním ezymem pentosafosfátové metabolické dráhy glukosy. Její deficience se projevuje 
hemolýzou, zejména po podání určitých léčiv (sulfonamidy, antimalarika) nebo favových bobů 
(
favismus
). 
Helikáza
 
Helikázy jsou schopny rozplétat dvoušroubovici DNA a zpřístupnit tak jednotlivá vlákna dalším 
enzymům (účastní se tak například replikace DNA).
 
Ligáza
 
Ligáza je enzym napojující nespojené konce nukleové kyseliny (účastní se tak například 
spojování Okazakiho fragmentů; velký význam má v genetickém inţenýrství pro konstrukci 
rekombinantní DNA). Existují DNA
- i RNA-ligasy. 
Methylentetrahydroftolátreduktáza
 
Enzym známý pod zkratkou
 
MTHFR
 
se účastní metabolismu kyseliny listové a přeměny 
homocysteinu na methionin. U matek s deficitem tohoto enzymu je vyšší riziko narození dítěte 
s defektem neurální trubice (
NTD
). 
Nuk
leázy
 
Jde o enzymy štěpící nukleové kyseliny. Můţe jít o enzymy s degradační funkcí (trávicí) nebo 
funkcí reparační (vyštěpování chybných úseků DNA). Podle substrátu 
rozlišujeme
 
ribonukleázy
 (RNA) a 
deoxyribonukleázy
 
(DNA), podle způsobu štěpení 
pak 
exonuk
leázy
 a
endonukleázy
. Zvláštní skupinou jsou restrikční endonukleázy 

viz níţe.
 
Peptidyltransferázy
 
Katalyzuje vznik peptidové vazby mezi dvěma aminokyselinami během tvorby 
polypeptidového řetězce na ribozomu.
 
PolyA-
polymeráza
 
Připojuje okolo 200 adeninových nukleotidů (poly
-A konec) na 3' konec mRNA u eukaryot. 
Primáza
 
Je to vlastně DNA
-
dependentní RNA
-
polymeráza. Jako taková je schopná bez volného 3' 
konce nasyntetizovat krátký úsek RNA (primer) a od jeho 3' konce jiţ můţe polymeraci 
provádět příslušná DN
A-
dependentní DNA
-
polymeráza. Uplatňuje se při replikaci DNA.
 
Restrikční endonukleázy
 

Původem bakteriální enzymy mají dnes největší vyuţití v genetickém inţenýrství. Štěpí DNA v 
určitých specifických sekvencích (často jde o palidromické sekvence) a u bakterií slouţí jako 
ochrana před cizorodou DNA.
 
Reverzní transkriptáza
 
Je to RNA-
dependentní DNA polymeráza. Umoţňuje tedy přepis z RNA do DNA. Jde o enzym 
typický pro
 
retroviry
. Jako DNA-
polymeráza potřebuje pro zahájení primer jako zdroj volného 
3' konce. 
RNA-
dependentní RNA
-
polymeráza
 
Jde o enzym negativních RNA virů. Provádí přepis z virové RNA do mRNA, která je vyuţitelná 
pro syntézu virových proteinů.
 
Topoizomerázy
 
Tyto enzymy pracují s nadšroubovicí DNA, kterou ruší nebo znovu vytvářejí. Za tímto účelem 
jsou schopny rozpojovat a znovu napojovat vlákna DNA.
 
Tyrozináza
 
Katalyzuje přeměnu tyrozinu na Dopa. Z této metabolické cesty vzniká melanin (pigment), 
proto deficience tohoto enzymu způsobuje jednu z forem
 
albinizmu

Ribozymy 
Bylo zjištěno, ţe katalytickou (lépe řečeno autokatalytickou) funkci má i RNA. Taková RNA se 
označuje jako
 
ribozym
. Tento objev je významný z evolučního hlediska, neboť nabízí způsob, 
jakým docházelo ke katalýze nejdůleţitějších procesů nukleových kyselin bez komplexnějších 
proteinov
ých enzymů, které musely vzniknout aţ později. Proto se dnes předpokládá, ţe 
současnému světu DNA organismů předcházel svět jednoduchých RNA organismů.
 
7)
 
Mutace 
Mutace jsou 
změny v
 genotypu
 
organismu oproti normálu. Velká většina mutací vzniká náhodnými 
mech
anizmy, cílená mutageneze se pouţívá téměř výhradně pro vědecké účely.
 
Typy mutací
 
Mutace je moţné rozdělit hned z několika úhlů pohledu.
 

 
Podle okolností jejich vzniku dělíme mutace na
 
spontánní
 a 
indukované


 
Podle úrovně, na které genetickou informaci ovlivňují, dělíme mutace 
na 
genomové

chromozomové
 a 
genové


 
Z pohledu 
evoluce
 
dělíme mutace na
 
evolučně výhodné

nevýhodné
 a 
neutrální


 
Z pohledu typu postiţených buněk u vyššího organizmu (například u člověka) dělíme mutace 
na 
somatické
 a 
gametické

Podrobnější dělení naleznete u popisu jednotlivých typů mutací.
 
Spontánní a indukované mutace
 
Mutace vzniklé díky chybě při replikaci DNA se nazývají
 
mutace spontánní
 
(dochází k nim bez 
zásahu z vnějšího prostředí). DNA polymeráza je ovšem velmi přesná, navíc má samoopravnou 
funkci. Pravděpodobnost jedné takovéto chyby se pohybuje v řádech asi 10
-7
. Četnost těchto mutací je 

tedy velice nízká, navíc buňky jsou do jisté míry schopné tyto chyby díky reparačním enzymům 
likvidovat. Většina mutací je tedy tzv.
indukovaných
, tj. vyvolaných vnějšími
 
mutagenními faktory

Mutace genomové
 
Genomové mutace jsou nejrozsáhlejší typy mutací, týkající se celého genomu nebo jeho velkých částí 
(celých
 
chromozomů
). 
Nej
rozsáhlejší změnou je
 
znásobení celé chromozomální sady
. Takovýto stav se 
nazývá
 
polyploidie
 - 
za normálních podmínek jsou vyšší organizmy
 
diploidní
 
(2n), polyploidní 
jedinec je 3n (triploidní), 4n (tetraploidní) nebo i více. Tento stav je relativně běţný u některých rostlin, 
ovšem u člověka (a vyšších ţivočichů obecně)
 
není slučitelný se ţivotem
. Běţně polyploidní jsou ty 
buňky, které mají více jader (syncytia 

např. příčně pruhované svalové vlákno) nebo u buněk, kde je 
velmi vysoká metabolická aktivita, která vyţaduje velkou transkripční aktivitu (příkladem mohou být 
jaterní buňky 

hepatocyty). Druhým extrémem pak mohou být červené krvinky 

erytrocyty, které jako 
terminální buňky nemají jádro a postrádají tak jadernou genetickou informaci (tento stav by
 se mohl 
nazývat nuliploidie).
 
Stav, kdy chybí 

nebo naopak přebývá 

pouze některý chromozom z celé chromozomální sady se 
nazývá
 
aneuploidie
. Pokud v diploidní buňce (normální stav je tedy
 
dizomie
) chybí jeden chromozom 
z páru, nazýváme tento stav
 
monozomie
; pokud naopak jeden chromozom daného páru přebývá (je 
navíc), označujeme tento stav jako
 
trizomie
. Tyto abnormality vznikají díky chybě rozestupu 
chromozomů při buněčném dělní 
- tzv. 
nondisjunkci
. Podrobnosti o těchto odchylkách u člověka a 
klinických 
syndromech naleznete v kapitole 
chromozomální aberace

Mutace chromozomové
 
Chromozomové mutace jsou strukturní změny na úrovni jednotlivých chromozomů. Obecně se 
označují jako
 
chromozomové aberace. Strukturní změny chromozomů vznikají jako následek 
chromoz
omální nestability (
chromozomálních zlomů
), způsobené nadměrnou expozicí jedince 
mutagenům, nebo zhoršenou funkcí reparačních mechanismů. Následky těchto odchylek závisí na 
tom, zda je i po strukturní přestavbě zachováno normální mnoţství genetické informa
ce. Pokud ne, 
potom dochází k fenotypovým projevům, které se odvíjejího od toho, která část genomu chybí nebo je 
strukturně poškozena, či naopak přebývá.
 
Strukturní změny chromozomů tedy můţeme rozdělit na:
 

 
Balancované
 - 
kde je zachováno původní mnoţství genetické informace.
 

 
Nebalancované
 - 
kde původní mnoţství genetické informace zachováno není a jejich nositel 
můţe mít různě závaţné fenotypové projevy.
 
Podle mechanizmu vzniku klasifikujeme chromozomální přestavby takto:
 
Duplikace 
Znásobení úseku chromozomu. Můţe být způsobeno
 
nerovnoměrným crossing
-overem

jehoţ následkem dojde na jednom chromozomu k duplikaci sledovaného úseku, zatímco na 
druhém je tentýţ úsek deletován (vizte níţe).
 
Delece 
Část chromozomu chybí. Deletován můţe být konec raménka (potom jde o terminální deleci) 
nebo střední část některého z ramének chromozomu (intersticiální delece). Delece vznikají 
jako následek chromozomální nestability nebo nerovnoměrného crossing
-
overu (viz výše).
 
Inzerce 

Inzerce vzniká jako následek minimálně 3 chromozomálních zlomů, kdy dojde k začlenění 
části chromozomu (vyštěpené z určitého chromozomu) do jiného chromozomu.
 
Inverze 
Při inverzi dochází vlivem chromozomové nestability k vyštěpení části chromosomu, jejímu 
převrácení a následnému napojení. Například následkem inverze na chromozomu s původní 
sekvencí A
-B-C-D-E-F-G-H by byla sekvence A-B-F-E-D-C-G-
H (pokud je na invertované 
části chromozomu
 centromera
, potom je inverze označována jako pericentrická; pokud na 
invertovaném úseku centromera není 
- jde o inverzi paracentrickou). 
Translokace 
Při translokaci je část chromozomu vyštěpena z původního chromozomu a připojena k jinému 
chromozomu. Translokace mohou být
 
balancované
 
(kdy je zachováno stejné mnoţství 
genetické informace v buňce) nebo
 
nebalancované
 
(kdy původní mnoţství není dodrţeno).
 
 
Reciproké
 
translokace jsou vzájemné translokace mezi dvěma nehomologními chromozomy. 
Chromozomy si vymění nehomologní úseky, počet chromosomů však zůstane stejný.
 
 
Robertsonské
 
translokace jsou zvláštní případy translokace, kdy dochází k fúzi dvou 
akrocentrických chromozomů (po ztrátě krátkých ramen). Jedinec s takovouto balancovanou 
translokací má o chromozom méně, ale původní mnoţství genetické informa
ce - proto 
většinou nemá ţádné fenotypové projevy. Současně má však velmi velké riziko, ţe jeho děti 
budou postiţeny nebalancovanými chromozomálními aberacemi.
 
Izochromozom 
Isochromozom je chromozom, který má pouze dlouhá, či naopak pouze krátká raménka. 
V
zniká chybným mitotickým rozestupem chromozomů, kdy nedojde k rozestupu
 chromatid, 
ale do jedné dceřiné buňky se dostanou obě krátká raménka a do druhé obě raménka dlouhá.
 
Ring chromozom 
Pokud dojde u chromozomu k deleci konců obou ramének (telomer), můţe 
se tento 
chromozom stočit, koncové části se spojí a vznikne "kolečko" 

tedy kruhový chromozom (
ring 
chromosome). 
Fragmentace 
Fragmentace je krajní případ chromozomové aberace, kdy vlivem silných mutagenů a vysoké 
chromozomální nestability dojde k rozpadu chromozomu na fragmenty. Buňka s takovýmto 
chromosomem se nemůţe dále mitoticky dělit a můţe u ní být navozena apoptóza.
 
Marker chromozom 
Marker chromozom je malý chromozomální fragment, který získal schopnost existovat 
samotně jako chromozom i v průběhu mitotického dělení. Musí mít tedy funkční centromeru, 
jako kterýkoliv jiný chromozom.
 
Podrobnosti o těchto odchylkách u člověka a klinických syndromech naleznete v 
kapitole 
chromozomální aberace

Genové mutace
 
Probíhají
 
na úrovni vlákna DNA
. Jsou to tedy ta
kové změny, které mění pořadí nukleotidů oproti 
normální sekvenci (normálnímu pořadí). Genové mutace, týkající se změny v rozsahu jednoho 
jediného nukleotidu také označujeme jako
 
mutace bodové
. Genové mutace mohou vzniknout jak 

kódujících
, tak v 
nekódujících
 oblastech genomu. 

Podle mechanizmu vzniku rozlišujeme hned několik typů genových mutací:
 
Adice (inzerce) 
Zařazení jednoho nebo více
 
nadbytečných
 
nukleotidových párů. Pokud je zařazen takový 
počet nukleotidů, který není celočíselným násobkem čísla 3 (3
n), potom dojde k 
posunu 
čtecího rámce
 (tzv. frameshift mutation
) a následně k syntetizování zcela odlišného 
polypeptidu nebo dokonce k předčasnému ukončení proteosyntézy vznikem terminačního 
kodonu. Zařazení
 3n 
nukleotidů (nenarušujících původní čtecí rámec) obecně prodluţuje 
polypeptidový řetězec o
 n 
aminokyselin podle inzertované sekvence.
 
Delece 
Jde o 
ztrátu
 
jednoho nebo více nukleotidů původní sekvence. Účinek je podobný jako u adicí, 
pouze místo prodlouţení polypeptidového řetězce dochází ke zkracování. Delece mohou 
rovněţ vést k posunu čtecího rámce.
 
Substituce 
Substituce je 
náhrada
 
(či záměna) báze původní sekvence bází jinou. Pokud jde o záměnu 
purinové báze za purinovou bázi, nebo o záměnu pyrimidinové báze za pyrimidinovou bázi 

pak je tato subst
ituce označena jako
 
transice
. Záměna purinové báze za bázi pyrimidinovou 
nebo naopak se označuje jako
 
transverze
. Následeky substituce mohou být různé, podle 
toho, na které pozici kodonu k substituci došlo.
 
Několik příkladů genových mutací na malém úseku (jednoho) vlákna DNA:
 
Původní sekvence:
 
A-A-A-G-G-G-C-C-C-T-T-T 
Adice: 
A-A-A-G-G-
T-T
-G-C-C-C-T-T-T 
Delece: 
A-A-A-G-
_
-G-C-C-C-T-T-T 
Substituce: 
A-A-A-G-
A
-G-C-C-C-T-T-T 
Budeme-
li ovšem uvaţovat, ţe k mutaci došlo v kódujícím úseku DNA, můţeme si dále genové 
m
utace rozdělit podle toho, jak ovlivní
 
proteosyntézu.
 

 
Mutace neměníci smysl
 
(samesense, silent mutation), které těţí z degenerace genetického 
kódu (tedy z faktu, ţe některé aminokyseliny jsou kódovány různými triplety), neboť je i přes 
mutaci zařazena stejná aminokyselina. Jsou způsobeny substitucemi na třetí pozici tripletu.
 

 
Mutace měnící smysl
 
(missense mutation), které mění smysl polypeptidového vlákna. Jsou 
způsobeny zejména takovými substitucemi, které způsobí zařazení odlišné aminokyseliny při 
proteos
yntéze. Záleţí ovšem také na tom, k jaké záměně aminokyseliny nakonec dojde 
(některé aminokyseliny mají podobné vlastnosti 

záměna tedy můţe být víceméně 
konzervativní)
 

 

Yüklə 5,01 Kb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   21




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©azkurs.org 2020
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə