MOLEKULÁRNÍ MOLEKULÁRNÍ

GENETIKAGENETIKA

NUKLEOVÉ KYSELINYNUKLEOVÉ KYSELINY

NUKLEOVÉ KYSELINYNUKLEOVÉ KYSELINYnukleové kyseliny jsou

makromolekulární látky, jejichž základní stavební jednotkou je nukleotid

Nukleotid se skládá z:Nukleotid se skládá z:cukerné složky – pentózy (monosacharid s pěti uhlíky) DNA obsahuje 2–deoxy–D–ribózu RNA obsahuje D–ribózu

dusíkaté báze – je navázána na cukernou složku - adenin (A) guanin (G) cytosin (C) thymin (T) – obsažený pouze v DNA uracil (U) – obsažený pouze v RNA

kyselina kyselina deoxyribonukleovádeoxyribonukleová (DNA) (DNA)

– je obsažena v jádrech všech eukaryotických buněk (u prokaryotických buněk je uložena volně v cytoplazmě), je základním genetickým materiálem většiny organismů, slouží k uchování genetické informace

DNADNA

kyselina ribonukleovákyselina ribonukleová (RNA)(RNA)zajišťuje přenos genetické

informace z DNA do struktury bílkovin

v organismech je přítomna v několika typech:

mRNA (mediátorová RNA)rRNA (ribozómová RNA)tRNA (transferová RNA)

mRNAmRNAobsahuje přepis informací z DNA

o primární struktuře bílkovinné molekuly, je matricí pro syntézu bílkovin

rRNArRNAje součástí ribozómů, v nichž

probíhá proteosyntéza

tRNAtRNA

– přenáší aminokyseliny z cytoplazmy na místo syntézy bílkovin (ribozómy), kde jsou spojovány do polypeptidickych řetězců, pro každou aminokyselinu existuje alespoň jedna tRNA

Gen z molekulárního Gen z molekulárního hlediskahlediska

GenGen- část molekuly DNA nesoucí genetickou informaci

pro syntézu specifického proteinu (strukturní gen) nebo pro syntézu RNA

strukturní – obsahují informace o primární struktuře polypeptidových řetězců

regulátorové – regulují aktivitu strukturních genů (tzv. signální sekvence DNA)

geny pro tRNA a rRNA – určují pořadí nukleotidů v molekulách tRNA nebo rRNA, tzn. těch typů RNA, které nejsou určeny pro translaci (tRNA vzniká v jádře, rRNA vzniká v jadérku)

GenGenu eukaryot jsou geny

organizovány do intronů a exonů

ExonyExonyobsahují informaci o pořadí

aminokyselin v polypeptidickém řetězci

IntronyIntronynemají kódovací smysl

Exprese eukaryotních Exprese eukaryotních genůgenůsouhrn všech dějů, které se podílejí

na průběhu transkripce a translace

Transkripcí se do struktury mRNA nejprve přepíše celý gen (exony i introny). Následně dochází u pre-mRNA k tzv. sestřihu (editing, splicing). Introny jsou z molekuly odstraněny (zůstávají v jádře) a funkční mRNA je tvořena spojenými exony

Mimojaderná dědičnostMimojaderná dědičnostgeny chloroplastů a mitochondrií

matroklinní dědičnost – samčí gameta předává do samičí gamety pouze své jádro (ne mitochondrie a plastidy → potomci tak mají znaky, řízené těmito geny, „matky“)

Mimojaderná dědičnostMimojaderná dědičnostPlazmidy u prokaryot

MUTACE

Nové alely vznikají z dosavadních mutacemi

Změna genetické informace vyvolaná působením mutagenů

MutagenMutagenFyzikální: např.zářeníChemický: vyvolaná

chem.látkami (např.pesticidy, težkými kovy,..)

MutaceMutace

a) Spontánníb) Indukovaná

Mutace v genech = genové mutace

Je-li změna hluboká tak, že se odrazí ve změně celého chromozomu = chromozomové mutace (aberace)

Pokud se mutace týká celé sady chromozomů (změní se jejich počet)- mutace genomová (numerická aberace chromozomů)

Genové mutaceGenové mutaceStandardní alela genu může být

mutací změněna v jinou zásahem v některém místě celé své délky

Genové mutaceGenové mutaceNejčastěji jde o změnu týkající se

bází:◦Ztráta jednoho či několika nukleotidů –

DELECE◦Vložení nadpočetného nukleotidu-

INZERCE◦Zdvojení nukleotidu- DUPLIKACE◦Záměna báze nukleotidu- SUBSTITUCE◦Vzájemná výměna dvou nukleotidů v

řetězci- TRANSPOZICE◦Vzájemná výměna nukleotidu mezi

homologními řetězci- INVERZE

Genové mutaceGenové mutace

Příklad přeměny lidského protoonkogenu na onkogen

CHROMOSOMOVÉ CHROMOSOMOVÉ ABERACE (MUTACE)ABERACE (MUTACE)

A) Numerická aberace chromozomů:

◦Změna počtu chromozomů◦Aneuploidie◦Polyploidie, euploidie

aneuploidieaneuploidie

– týká se 1 chromosomu◦monozomie (např. Turnerův

syndrom)◦trisomie (např. Downův syndrom)

polyploidie, euploidiepolyploidie, euploidietýká se celé sady chromosomů =

genomová mutace (lépe tolerován sudý počet násobků)

CHROMOSOMOVÉ CHROMOSOMOVÉ ABERACE (MUTACE)ABERACE (MUTACE)

B) Změna struktury:◦Strukturní aberace chromozomů◦při reparaci chromosomových zlomů ◦následkem nerovnoměrného

crossing-overu◦mutagen schopný vyvolat zlom = klastogen – např. UV-záření, různé chemické mutageny

delece – vypadnutí jednoho nebo více nukleotidů

duplikace – znásobení nukleotidů

inverze – převrácení několika nukleotidů

fragmentace- rozpad chromozomu na více částí

translokace◦ nereciproká translokace – odtržení části

chromatidy a připojení na jinou chromatidu jiného chromosomu

◦ reciproká translokace – vymění se části nehomologních chromosomů

Genetika člověka

Metody výzkumuMetody výzkumuMolekulární výzkumCytogenetický výzkumVýzkum dvojčatVýzkum rodokmenů

(genealogické)Výzkum populací

Autozomální chorobyAutozomální choroby

KrátkoprstostSrůsty prstůVíceprstostRozštěp patra a rtůDownův syndromSyndrom kočičího mňoukání

Kdo by chtěl referát?

Autozomální chorobyAutozomální choroby

AlbinismusCystická fibrózaSrpkovitá anémieEdwardsův syndrom

Kdo by chtěl referát?

Gonozomální chorobyGonozomální chorobyHemofilieDaltonismusSyndrom XYYSyndrom XXXTurnerův syndromKlinefelterův syndrom

Kdo by chtěl referát?

FISHFISH (fluorescent (fluorescent in situin situ hybridization)hybridization)

◦ umožňuje lokalizovat geny nebo jinou specifickou DNA přímo na cytogenetickém preparátu

◦ sonda (angl. probe) – značená fluorescenčně – váže se ke komplementárnímu úseku na denaturovaném chromosomu

◦ známe sekvenci DNA, jejíž poloha nás zajímá na chromosomu → označíme úsek komplementární ke genu, na kterém je navázána fluorescenční molekula (sonda) → denaturace DNA i sondy → renaturace → spojí se vlákno sondy a původní DNA → svítí jen část chromosomu s komplementární sekvencí

Chromozomy jsou ve fluorescenčním mikroskopu modře, a to až na bod na jednom z chromozomů, jež je zelená a červená. To je místo, kde se nachází sekvence způsobující jeden z typů leukemie

AmniocentézaAmniocentézaslouží k odhalení některých

závažných vrozených vad plodu u těhotné ženy

Amniocentéza se provádí v době, kdy může být těhotenství ze zákona přerušeno (tedy do 24. týdne), aby se zabránilo narození postiženého dítěte

Jaké vrozené vady dokáže Jaké vrozené vady dokáže amniocentéza odhalitamniocentéza odhalit

Amniocentéza odhalí vrozené poruchy mozku (nekompletní nebo žádný mozek) a dědičné metabolické poruchy.◦rozštěp páteře◦downův syndrom◦anencephalus◦edwardsův syndrom

PCRPCRPolymerázová řetězová reakce

metoda rychlého a snadného zmnožení úseku DNA založena na principu replikace nukleových kyselin

Příklad:Příklad:Zdravý muž se ožení se zdravou ženou,

která je dcerou pacienta s hemofilií. Rodiče muže a jeho dva sourozenci jsou zdraví stejně jako bratr a sestra ženy, její matka a prarodiče. Sestra však má se zdravým mužem, u jehož příbuzných se hemofilie nikdy nevyskytla, nemocného syna.

Nakreslete rodokmen, určete typ dědičnosti hemofilie.S jakou pravděpodobností je jim narodí syn hemofilik?

Příklad:Příklad: Při galaktosemii chybí enzym pro trávení galaktosy

(galaktosa-1-fosfáturidyltransferasa), která se následkem toho alternativně metabolizuje na galaktitol. Ten působí toxicky na játra, mozek, ledviny, oči. Neléčené onemocnění je letální. Zdravý muž, jehož bratr a oba rodiče byli zdraví, ale dědeček z matčiny strany trpěl galaktosemií, se oženil se zdravou ženou, jejíž rodiče byli rovněž zdraví, ale bratr a sestra byli postiženi touto chorobou. U ostatních členů rodiny se galaktosemie neprojevovala.

Nakreslete rodokmen a určete typ dědičnosti.Jaká je pravděpodobnost, že se manželům narodí dítě s galaktosemií (P1)?Jaká je pravděpodobnost, že i druhé dítě bude stejně postižené (P2)?

Příklad:Příklad: V rodině muže, který hodlá uzavřít sňatek se zdravou

ženou, se vyskytuje defekt tvorby zubní skloviny a s tím související zdravotní problémy. Muž je postižený tímto defektem, podobně jako jeho bratr, sestra a matka. Druhá sestra je v pořádku a má se zdravým mužem zdravou dceru a syna. Postižená sestra má se zdravým mužem jednu zdravou a jednu postiženou dceru. Postižený bratr má se zdravou ženou tři zdravé syny a jednu postiženou dceru. Dědeček muže z matčiny strany je postižený, zatímco babička, pocházející z rodiny, která nikdy tento defekt nevykazovala, je zdravá. Zdraví jsou rovněž oba matčini bratři.

Nakreslete rodokmen a určete typ dědičnosti.Určete pravděpodobnost, že se postiženému muži, který se chce oženit se zdravou ženou, v jejíž rodině se takový defekt nevyskytuje, narodí zdravá dcera (P1)?Jaká je pravděpodobnost narození zdravého syna (P2)?