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