Genetika mikroorganismů

• Z latinského genaó = tvořím

• Přenos genetické informace je základní atribut živé hmoty

• Základní genetické pochody jsou konzervativní = podobné u všech organismů (společný původ?)

• Genetická informace je uložená v nukleových kyselinách

Nukleové kyseliny

• Základní nositelky dědičné informace– DNA = deoxirubonukleová kyselina

(deoxyribonucleic acid)– RNA = ribonukleová kyselina (ribonucleic

acid)

• Fosfát – pentózová kostra s postranně navázanými bázemi

• Pořadí bází nese genetickou informaci

Nukleové kyseliny

P P P P P P P P

A G

T C

T C C T G G

A G G C CA

PP P P P P P P

Nukleové kyseliny

DNA• Deoxyribóza• Báze Adenin, Guanin,

Cytozin, Thymin• Stabilnější• Obvykle dvouvláknová

(double-stranded = ds)

RNA• Ribóza• Báze Adenin, Guanin,

Cytozin, Uracil• Méně stabilní• Obvykle jednovláknová

(single-stranded ss)

Báze nukleových kyselin

NH

NNH

N

O

NH2

N

NNH

N

NH2

NH

NH

O

O

N

NH

NH2

O

NH

NH

O

O

Adenin Guanin

Cytosin Thymin Uracil

Purinové báze

Pyrimidinové báze

Dvouřetězcové NK

• NK bývají obvykle dvouvláknové = dva samostatné řetězce NK jsou spojené vodíkovými vazbami mezi bázemi

• Báze se tzv. párují

• Oba řetězce jsou tzv. komplementární = nesou opačnou genetickou informaci („negativ a pozitiv“)

Párování bazí

• Základ všech genetických pochodů

• Párování umožňuje předávání a expresi genetické informace

• Purin (A, G) s pyridinem (T, U, C)

• 2 nebo 3 vodíkové můstky

• A = T

• A = U

• C ≡ G

Šroubovicová struktura

• Oba řetězce NK se vzájemně obtáčejí = dvojšroubovice

• Řetězce leží tzv. antiparalelně = konec jednoho leží u začátku druhého („hlava-pata“)– podle popisu struktury pentózy jsou konce

vlákna označovány jako 3’- a 5’-

Párování bazí

DNA - DNA5’- A T T C G G C T T A G G C G - 3’3’- T A A G C C G A A T C C G C - 5’

DNA – RNA5’- A T T C G G C T T A G G C G - 3’3’- U A A G C C G A A U C C G C - 5’

RNA – RNA5’- A U U C G G C U U A G G C G - 3’3’- U A A G C C G A A U C C G C - 5’

Genetická informace• Pořadí bází určuje genetickou informaci

• Gen = úsek NK kódující nějakou funkci– Strukturní gen – kóduje strukturu bílkoviny– Gen pro RNA – kóduje strukturu RNA

• Soubor všech genů = genom

• Kromě genů jsou v NK i další úseky– Regulační (řídící)– Nekódující – bez funkce nebo s neznámou

funkcí – evolučně pokročilejší organismy mají více nekódujících sekvencí

Genetické pojmy• Intron = sekvence DNA nekódující

bílkovinu vmezeřená do strukturního genu• Sestřih = proces odstraňování intronů ze

strukturního genu• Promotor = sekvence DNA uvozující gen

nebo operon• Operon = sekvence několika genů se

společnou regulací• Kodon = trojice bází kódující jednu

aminokyselinu v peptidovém řetězci• Antikodon = sekvence tří bazí

komplementární ke kodonu

Typy RNA

• mRNA (messanger, mediátorová) = přenos exprimovaných genů z jádra na ribozómy

• rRNA (ribozomální) = stavební funkce v ribozómech, uplatňují se při translaci

• tRNA (transferová) = čtení genetického kódu, přenos aminokyselin při syntéze proteinů

Základní genetické pochody

• Replikace (zdvojení) = kopírování genetické informace do nové molekuly NK

• Transkripce (přepis) = kopírování malé části genetické informace z DNA do RNA

• Translace (překlad) = syntéza primární struktury bílkoviny podle informace v RNA

Základní genetické pochody

DNA

RNA

Bílkovina

transkripcereverznítranskripce

translace

replikace

„Základní dogma molekulární biologie“

replikace

Replikace• Nutná pro předání genetické informace

další generaci

• Enzym DNA polymeráza

• Rozpletení dsDNA

• Ke každému vláknu je dosyntetizováno druhé komplementární

• Semikonzervativní (polovina nové molekuly DNA pochází od rodiče, polovina je nová)

Semikonzervativní replikace

P P P

A

T

T C

A G

P P

P

T

A

P

P

P

P

P

P

G

C C

T

G

G

A

P

P

P

P

P

P

P

P

G

C

C

T

GG

C

C

A

P

P

P

P

P

Exprese genů

gen mRNAtranskripce translace

polypeptid

posttranslačnímodifikacetransport

Funkční protein

• Soubor pochodů vedoucích od genu po funkční bílkovinu

• Možná regulace na všech úrovních

Transkripce• Přepis jednoho nebo několika genů z DNA

do mRNA

• Enzym RNA polymeráza

Reverzní transkripce• Pouze u tzv. retrovirů (např. HIV)

• Přepis z RNA do DNA

• Enzym reverzní transkriptáza – nekontroluje chyby mutace

• Vzniklá DNA je integrována (začleněna) do genomu může vzniknout rakovina

Translace• Syntéza bílkovin podle genetické

informace• Probíhá na ribozómech• Ribozóm se posouvá po mRNA a

syntetizuje peptid• Čtení genetické informace podle

genetického kódu

mRNA

Genetický kód• Soubor kódů pro všechny aminokyseliny

• 20 kódovaných aminokyselin

• Jedna aminokyselina je kódována třemi bázemi (tzv. triplet nebo kodon)

• Triplet = 64 kombinací genetický kód je degenerovaný (více kódů pro jednu aminokyselinu)

• Genetický kód je univerzální (= až na výjimky stejný ve všech organismech)

Genetický kód

Čtení genetického kódu

5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C

Nukleové kyseliny jsou čteny i syntetizovány od 5’ konce

Bílkoviny jsou čteny i syntetizovány od N konce

Čtecí rámec

• 1 aminokyselina je kódována 3 bázemi = záleží na tom, kde se začne číst

• Čtecí rámec, jsou 3 možné začátky čtení, ale jen jeden je správný

5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C

Čtecí rámec

• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C

Čtecí rámec

• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C

5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Phe Gly Leu -C

Čtecí rámec

• 5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ile Arg Leu Arg -C

5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Phe Gly Leu -C

5’- A U U C G G C U U A G G - 3’N- Ser Ala STOP -C

Genomika

• Genetická informace uložena v DNA

• U některých virů i v RNA

• Genomika = věda zabývající se genomy a genetickou informací

• Velikost genetické informace se udává v párech bazí (base pairs = bp)

Velikost genomůOrganismus Bp

Bakterioág MS2 3569

Escherichia coli 4.106

Mycoplasma genitalium 580 000

Nanoarchaeum equitans 490 885

Saccharomyces cerevisiae 2.107

Populus trichocarpa (topol) 4,8.108

Homo sapiens sapiens (člověk) 3,2.109

Fritillaria assyriaca 1,3.1011

Amoeba dubia (měňavka) 6,7.1011

Genetická informace

• Jaderná– Chromózómy = hlavní „velké“ DNA

• Mimojaderná– Plasmidy = malé kruhové DNA u bakterií– DNA v organelách (mitochondrie, plastidy)

Bakteriální genóm

• Obvykle kruhová DNA

• Obvykle jeden chromozóm

• Volně v cytoplazmě

• DNA obalena alkalickými aminy (spermin a spermidin)

• Časté plasmidy, i několik desítek

• Bez intronů

• Geny uspořádány do operonů

Eukaryotický genom

• Lineární DNA

• Obvykle více chromozómů (člověk 46)

• DNA je uložena v jádře obaleném dvojitou membránou

• Zahuštěna do kompaktní struktury pomocí alkalických bílkovin (histonů)

• Plasmidy výjimečné

• Geny mají introny

• Operony nenacházíme

Archeální genóm

• Mezistupeň mezi bakteriemi a eukaryoty• Obvykle lineární• Volně v cytoplasmě• DNA obalena bílkovinami podobnými

eukaryotickým histonům• Primitivní introny• Plasmidy (méně než bakterie)• Geny organizované do operonů

Plasmidy

• Krátké cyklické úseky DNA

• Výskyt zejména u bakterií

• V buňce může být i několik stovek plasmidů, stejných i různých

• Některé plasmidy vzájemně nekompatibilní (nemohou být v jedné buňce)

• Nezávisle se replikují

• Občas vymizení

Plasmidy

• Postaru nazývané faktory

• Kódují vlastnosti, které bakterie k životu nutně nepotřebuje– rezistenci vůči antibiotikům (tzv. RTF –

Resistence Transfer Factor)– nové metabolické dráhy (např. odbourávání

uhlovodíků apod.)– produkce toxinů

Plasmidy

• Význam v genetickém inženýrství– umělé plasmidy s požadovanými vlastnostmi

Replikace u bakterií

• Dvojsměrná

• 3 fáze1. Iniciace (zahájení)

– v tzv. místě ori (origin = počátek)

2. Elongace (prodlužování)

3. Terminace (zakončení)

Replikační enzymy u bakterií

• DNA polymerázy– 3 druhy (DNA-pol I. II. a III.)

dNTP + DNAn PP + DNAn+1

– dNTP = dATP, dGTP, dCTP, dTTP– napojování nukleotidů na 3’-konec– neumí začátek řetězce, jen napojovat,

potřebuje tzv. primer (očko) = krátká sekvence DNA nebo RNA

• DNA primáza– syntetizuje krátký fragment RNA - primer

N

NN

N

N H 2

O

HO H

HH

HH

OPO

O -

O

POPO

O - O -

OO

NH

NNH

N

O

NH2

N

NNH

N

NH2

NH

NH

O

O

N

NH

NH2

O

NH

NH

O

O

Replikační enzymy u bakterií

• DNA ligáza– spojuje delší řetězce DNA

• DNA helikázy– rozplétají dvojšroubovici na jednotlivá vlákna

Iniciace replikace

1. Rozpoznání ori místa– DnaA proteiny – najdou ori místo a oddělí v

něm oba řetězce DNA– ori místo je bohaté na AT páry = snadno se

oddělí– vznik tzv. replikační vidlice

2. Navázání helikáz– na oba konce vidlice se naváže helikáza a

začne rozplétat DNA

3. Navázání DNA polymeráz a dalších replikačních enzymů

Iniciace replikace

A

A

A

A

Iniciace replikace

AA

AA

Iniciace replikace

AA

AA

H H

Iniciace replikace

AA

AA

H H

Iniciace replikace

AA

AA

H H

Iniciace replikace

AA

AA

H HPolPol

Iniciace replikace

AA

AA

H HPolPol

Elongace DNA

• Syntézu obou řetězců katalyzuje enzymový komplex DNA-polymerázy III.

• Semidiskontinuální = jeden řetězec se syntetizuje nepřetržitě (vedoucí řetězec) a jeden po kratších úsecích (opožďující se řetězec)

– Okazakiho fragmenty = krátké úseky DNA (1000-2000 nukleotidů)

– DNA polymeráza syntetizuje řetězec ve směru 5’-3’, ale řetězce mají opačnou orientaci

• cca 500 nukletidů / s

Pol

Semidiskontinuální elongace

5’

5’

3’

3’

vedoucí řetězec

opožďující se řetězec

5’

3’

Okazakiho fragmenty

Elongace DNA

• Syntéza opožďujícího se řetězce:1. Syntéza RNA primeru (primáza)

2. Elongace fragmentu (DNA polymeráza I.)

3. Odstranění primeru (DNA polymeráza I.)

4. Zaplnění mezery (DNA polymeráza I.)

5. Spojení řetězců (DNA ligáza)

Pol

Semidiskontinuální elongace

5’

5’

3’

3’

vedoucí řetězec

opožďující se řetězec

5’

3’

primery

Terminace replikace

• Na tzv. ter místě

• Tus protein – inhibice helikázy

Replikace plasmidů

• Analogická repliklaci chromozómů

• Časově oddělená replikace vedoucího a opožďující se řetězce – tzv. replikace valivou kružnicí

– nejprve je syntetizován vedoucí řetězec, který vytlačí původní – 1. kopie plasmidu

– k vytlačenému původnímu řetězci se pomocí Okazakiho fragmentů dosyntetizuje nový řetězec – 2. kopie plasmidu

Replikace plasmidů

Replikace u eukaryot

• V principu stejná jako u bakterií

• Odlišnosti– jiné DNA polymerázy (ale s podobnou funkcí)– replikace probíhá na mnoha místech naráz– eukaryotické chromozómy jsou lineární na 5’

konci nových řetězců chybí úsek, který není na co navázat – speciální enzym telomeráza

5’3’

3’5’

5’3’

3’5’

Replikace u archeí

• Velice podobná bakteriální replikaci

• DNA polymerázy strukturně podobné eukaryotickým, ale s podobnou funkcí jako u bakterií

Transkripce u bakterií

• 3 fáze1. Iniciace (zahájení)2. Elongace (prodlužování)3. Terminace (zakončení)

• Enzym RNA-polymeráza– 5 podjednotek – ’

• Transkripce je zahajována na tzv. promotoru – uvozující úsek DNA

– různé promotory u různých genů

• Rychlost cca 40 nukleotidů / s

Sigma faktor

• Podjednotka (sigma faktor) má za úkol rozpoznat promotor

– bakterie mají více sigma faktorů pro geny různého typu

• Síla promotoru = pravděpodobnost zahájení transkripce

– geny se silnějším promotorem jsou více exprimovány

– závisí na sekvenci promotoru i sigma faktoru

Pozitivní a negativní řetězec

• Transkripcí dsDNA vzniká ssRNA

• Přepisuje se jen jedno vlákno ze dvou = negativní vlákno

• Nepřepisované vlákno = pozitivní vlákno

• Analogie s fotografií – negativ a pozitiv

Iniciace transkripce

1. Spojení sigma-faktoru s RNA polymerázou

promotor přepisované geny

’

Iniciace transkripce

2. Sigma podjednotka rozpozná promotor a naváže RNA polymerázu na DNA

promotor přepisované geny

’

Iniciace transkripce

3. Rozpletení DNA

Iniciace transkripce

4. Zahájení syntézy RNA

Elongace RNA

5. Syntéza RNA – sigma-faktor se oddělí

1. Pomocí vlásenky• terminátor = koncový úsek přepisované RNA• palindromatická sekvence (symetrická) =

páruje se sama se sebou a vzniká vlásenka• vlásenka „vykolejí“ RNA polymerázu

2. Pomocí -faktoru• bílkovina, rozpoznávající terminátor• interakce s RNA polymerázou a ukončení

transkripce

Terminace transkripce

Transkripce u eukaryot• V principu stejná jako u bakterií• Odlišnosti

– více RNA polymeráz odlišných od bakteriální

– odlišné promotory– k zahájení transkripce jsou potřeba iniciační

faktory (bílkoviny); obvykle několik– složitější iniciace– složitější terminace, nejčastěji pomocí tzv.

polyadenylačního signálu = sekvence AATAAA

• Posttranskripční úpravy mRNA

Posttranskripční úpravy mRNA• U eukaryot je přepsaná mRNA ještě

podrobena tzv. posttranskripčním úpravám

– vytvoření tzv. čepičky na 5’-konci– komplex se specifickými proteiny– sestřih = odstranění intronů– polyadenylace 3’-konce

Transkripce u archeí• Podobnosti i odlišnosti proti bakteriím a

eukaryím

• Podobnosti s eukaryotickou transkripcí– podobné RNA-polymerázy– podobné iniciační faktory

• Podobnosti s bakteriální transkripcí– žádné posttranskripční úpravy mRNA– podobné promotory– přepis operonů do jedné mRNA

Bakteriální translace

tRNA• Prostředník při překladu z genetického

kódu do „řeči“ aminokyselin• Jednu aminokyselinu může přenášet více

tRNA = izoakceptorové• Ve struktuře tRNA jsou zařazeny i

nestandardní nukleotidy (pseudouridin, 1-methylguanozin…) – vznik modifikací standardních nukleotidů

• 74-95 nukleotidů• sekundární struktura připomíná jetelový

lístek

tRNAVazebné místo pro

aminokyselinu

Antikodon

Smyčky

Antikodon• Sekvence 3 nukleotidů komplementární s

kodonem pro danou aminokyselinu

• Nestandardní nukleotidy umožňují rozšířené párování

Aktivace aminokyselin• Proces napojování aminokyselin na tRNA

• Pro každý pár aminokyselina-tRNA existuje jeden enzym aminoacyl-tRNA-syntetáza– Rozpoznává správné aminokyseliny i tRNA– Syntetizuje jejich vazbu (energie ze štěpení ATP)

aa + ATP aa-AMP + PP

aa-AMP + tRNA aa-tRNA + AMP

Bakteriální ribozómy • Kuličky složné z bílkovin a rRNA

• Označení komponent podle sedimentačního koeficientu– celý bakteriální ribozóm má sedimentační

koeficient 70S– 16S-rRNA, 23S-rRNA, 5S-rRNA

• Dvě podjednotky– malá 30S– velká 50S

Vazebná místa na ribozómu• Vazebné místo pro mRNA

• Aminoacylové místo (A-místo) – vazba nepřipojené aa-tRNA

• Peptidylové místo (P-místo) – vazba už hotového peptidového řetězce

• Výstupní místo pro tRNA (E-místo) – odchod deacylované tRNA

Průběh translace1. Iniciace

• rozpoznání čtecího rámce• zařazení první aminokyseliny (formylmethionin)• iniciační faktory (IF) - bílkoviny

2. Elongace – prodlužování řetězce• elongační faktory (EF)

3. Terminace• terminační (nesmyslný) kodon = nekóduje

žádnou aminokyselinu, ale konec řetězce• účast terminačních faktorů (RF)

Iniciace translace1.Rozpad ribozómu na podjednotky

E P A

Iniciace translace2.Navázání fMet-tRNA

E P A

fMet

Iniciace translace3.Navázání mRNA

– správné umístění pomocí tzv. Shine-Dalgarnovy sekvence

E P AfMet

Shine-Dalgarnova sekvence• Sekvence AGGA na mRNA, která se páruje

s UCCU na 16S-rRNA

• Zajišťuje správné umístění mRNA na ribozóm

AGGA

3’

3’5’

mRNA

16S-rRNAUCCU

AUG

5’iniciační kodon

ribozóm

Iniciace translace4.Znovuspojení ribozomálních podjednotek

E P AfMet

Elongace polypeptidového řetězce

6. Navázání další aminokyseliny do A místa

E P AfMet

Trp

Elongace polypeptidového řetězce

7. Vznik peptidové vazby

E P A

Trp

fMet

E AfMet

Elongace polypeptidového řetězce

8. Posun ribozómu

TrpP

E AfMet

Elongace polypeptidového řetězce

9. Navázání další aminokyseliny

TrpP

Lys

E A

Elongace polypeptidového řetězce

10. Vznik peptidové vaby

P

Lys

fMet

Trp

E AP

Elongace polypeptidového řetězce

11. Posun ribozómu

Lys

fMet

Trp

Elongace peptidového řetězce

mRNA

Terminace translace• Terminační faktory RF1 a RF2 rozpoznají

terminační kodón a za spolupráce s RF3 způsobí uvolnění tRNA, peptidu a rozpad ribozómu na podjednotky

Rychlost proteosyntézy• 10-20 aminokyselin / s

• chybovost cca 1 nesprávná aminokyselina na 2000 správných

Translace polygenních RNA• U bakteriích je mnoho mRNA polygenních

= nesou více genů (např. operony)

• U každého genu nová iniciace translace

Návaznost transkripce a translace

• U bakterií dochází k rychlému navazování transkripce a translace– na nehotovou mRNA už nasedají ribozómy a

překládají polypeptid– na jedné RNA může být současně 10-30

ribozómů posunujících se „za sebou“

RNA pol

DNA RNA

RNA pol

DNA

ribozóm

ribozóm

ribozómribozómribozómribozóm

RNA

peptid

Eukaryotická transalce• V principu podobná bakteriální ale s

odlišnostmi– ribozómy jsou větší a odlišné (80S)

• volné• vázané na endoplasmatické retikulum – syntéza

membránových bílkovin

– první aminokyselinou je methionin a ne formylmethionin

– eukarya nepoužívají Shine-Dalgarnovu sekvenci, správný začátek transalce je rozpoznáván pomocí čepičky

– více translačních faktorů

Eukaryotická transalce• Prostorové oddělení eukaryální transkripce a

translace– transkripce probíhá v jádře– translace probíhá mimo jádro – nutný transport

• Časové oddělení– translace probíhá teprve po dokončení všech

posttranskripčních úprav

Archeální transalce• Podobnosti s bakteriální transalcí

– podobné ribozómy– používání Shine-Dalgarnovy sekvence

• Podobnosti s eukaryální translací– podobné translační faktory

Mutace• Změna dědičné (genetické) informace

• Obvykle předávaná dalším generacím

Mutace• Dělení podle příčiny

– samovolné (spontánní) – chyby při replikaci DNA

– vyvolané (indukované) – způsobené faktory vnějšího prostředí (mutageny)

Mutace• Dělení podle rozsahu

– bodové – změna jednoho páru bazí– chromozómové – změna delšího úseku DNA– genomové – změna počtu chromozómů (jen

u eukaryot)

Mutace• Dělení podle následků

– neutrální – žádný vliv na vlastnosti a životaschopnost

– téměř neutrální – přibližně nulový vliv na vlastnosti a životaschopnost

– negativní – zhoršení vlastností či životaschopnosti

– pozitivní – zlepšení vlastností či životaschopnosti

Mutace• Dělení podle následků

– neutrální – žádný vliv na vlastnosti a životaschopnost

– téměř neutrální – přibližně nulový vliv na vlastnosti a životaschopnost

– negativní – zhoršení vlastností či životaschopnosti

– pozitivní – zlepšení vlastností či životaschopnosti

pokles pravděpodobnosti

Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se

při další replikaci připáruje správná

ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC

Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se

při další replikaci připáruje správná

ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGG

TAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC

Bodové mutace• Obvykle změna jedné báze, ke které se

při další replikaci připáruje správná

ATTCTTGCGGTCGAATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCTTACGGCGAGTTAGCC

ATTCTTGCGGTCGGATGCCGCTCAATCGGTAAGAACGCCAGCCTACGGCGAGTTAGCC

Bodové mutace• Typy bodových mutací

– tranzice – výměna purinu za purin resp. pyrimidinu za pyrimidin (A↔G C↔T)

– transverze – výmna purinu za pyrimidin a opačně (A,G↔C,T)

– inzerce – vložení nového páru bazí– delece – odstranění jednoho páru bazí

• Inzerce a delece mění čtecí rámec

Bodové mutace• Mutace s chybným smyslem (missense)

= mutací vznikne kodon pro jinou aminokyselinu

– kódovaná bílkovina si obvykle uchová aktivitu

• Nesmyslné mutace (nonsense) = mutací vznikne stop-kodon

– vzniká neúplná bílkovina obvykle bez funkce

Chromozómové mutace• Vznikají zlomem DNA a chybným

znovuspojením• koncová deficience – chybí koncová část

DNA• interkalární delece – chybí vnitřní část

DNA• inverze – část DNA je vložena obráceně• translokace – přeskupení DNA• duplikace – zdvojení DNA

Chromozómové mutacePůvodní DNA A B C D E F G

Koncová deficience A B C D E

Interkalární delece A B C F G

Inverze A D C B E F G

Translokace A B D E F G C

Duplikace A B C D C D C D E F G

Genomové mutace• Změna počtu chromozómů

• Zvýšení a snížení

• Polyploidie = znásobení genetické informace

– obvykle max. hexaploidie, víceplodiní jádra se při mitóze rozpadají na dvě

• Aneuploidie = neúplná genetická informace

Spontání mutace• Způsobené bez viditelného vlivu

mutagenu• Nesprávné párování bazí• Deaminace bazí

– C U (páruje se s A)– A hypoxantin (páruje se s C)– G xantin (nepáruje se, zastavení

translace)

• Oxidativní poškození– kyslíkové radikály, hlavně OH·, vznik z H2O2

(vedlejší produkt dýchacího řetězce)– různé produkty se změněným párováním

nebo bez párování

Mutageny• mutagen = fyzikální faktor nebo chemická látka

způsobující mutace• Analoga bazí – strukturní podobnost, bazím,

ale odlišné párování– bodové mutace– př. 5-bromuracil (AT↔GC)

• Kyselina dusitá – deaminace• Alkylační látky – křížové vazby mezi řetězci• Interkalární látky – planární molekuly,

vmezeřují se mezi báze DNA a narušují operace s DNA

– polyaromatické uhlovodíky

Mutageny• Ionizující záření (rentgen, radioaktivní…)

– excitace elektronů a vznik náhodných vazeb– vliv přímo na DNA nebo nepřímo přes jiné

molekuly, zejména vodu– zlomy v DNA– změny bazí

• UV záření – NK absorbují mezi 260-280 nm

– vznik thyminových dimerů

Reparační procesy• Buňky mají schopnost opravy (reparace)

poškozené DNA– menší poškození je možno odstranit bez ztráty

genetické informace

• Úplná oprava – chemická reakce odstraňující poškození

– odstranění thyminových dimerů

• Excizní oprava – vyštěpení jednoho řetězce v chybném místě a jeho správné dotvoření

• Tolerantní oprava – úprava poškozené DNA neodstraňující mutaci, ale umožňující funkci DNA (replikace, transkripce)

Konjugace u bakterií• Proces výměny genetického materiálu mezi

některými rody G- bakterií

• Je možný i mezi různými rody

• Zdroj variability a odolnosti bakterií

• Výměna probíhá pomocí kanálků tvořených fimbriemi

• Geny pro fimbrie jsou kódovány na F plazmidu (F+ / F-)

• F plazmid je epizóm = může se integrovat do genomu a vyštěpovat zpět jako plazmid

F+ F- konjugace• Proces je jednosměrný z F+ buňky do F-

buňky– F+ - mají F plazmid, jsou schopné tvorby

fimbrií a přenosu genetické informace– F- - nemají F plazmid, mohou být akceptory

• Konjugace neprobíhá ve směru F+ F+

• F- buňka se po přijetí stává F+ buňkou

• F+ buňka zůstává F+ buňkou

F+ F- konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

F+ F-

F+ F- konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

F+ F-

F+ F- konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

F+ F-

F+ F- konjugace

2. replikace F-plazmidu valivou kružnicí

F+ F-

F+ F- konjugace

3. Dokončení druhého vlákna plazmidu

F+ F-

F+ F- konjugace

4. Oddělení buněk

F+ F-

Hfr konjugace• Hfr = High frequency of recombination

(vysoká frekvence rekombinace)• Nastává, pokud se F-plazmid integruje

do chromozómu• S F-plazmidem se přenáší i kus

chromozómu– přenos mnoha genů– začátek v místě integrace F-plazmidu

• Velmi pomalý proces (u E.coli cca 100 minut) – často předčasné přerušení

• Obvykle se nepřenese celý F-plazmid – recipientní buňka zůstane F-

Hfr konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

Hfr F-

Hfr konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

Hfr F-

Hfr konjugace

1. Spojení buněk kanálkem

Hfr F-

Hfr konjugace

2. přenos části DNA do druhé buňky

Hfr F-

Hfr konjugace

3. rozpad spojení

Hfr F-

Hfr konjugace

4. Integrace části přenesené DNA do chromozómu příjemce

Hfr F-

Další konjugace• Existuje ještě řada dalších procesů

výměny genetické informace mezi bakteriemi s různým mechanismem