Biologie člověka

Molekulární genetika

• Centrální dogma MG:

• Reverzní transkripce u retrovirů (RNA DNA, např. HIDV - AIDS)

• Replikace – semi-konzervativní proces

Chemie nukleových kyselin

• Stavební jednotkou nukleotid:

  • Kyselina orthofosforečná

  • Cukr – pentóza – deoxyribóza (DNA), ribóza (RNA), fosfodiesterová vazba mezi pozicí 5‘ jedné pentózy a pozicí 3‘ druhé pentózy

  • Dusíkaté báze – puriny (A, G), pyrimidiny (T, C, U); mezi C-G 3 vodíkové můstky, mezi A-T(U) 2 vodíkové můstky

• DNA:

  • Lineární dvoušroubovice v jádře buňky (chromatin/chromosomy)

  • Kruhová dvoušroubovice v mitochondriích (tři formy DNA struktury A, B, Z)

  • Denaturace, renaturace, hybridizace, komplementarita purinů a pyrimidinů

Lidský genom

• 3 000 000 000 nukleotidových bází v gametě

• Cca 30 000 genů

• Délka asi 2m

• Kódující / nekódující oblasti:

  • Jedinečné sekvence: geny a genům podobné sekvence 20-30 %; z toho jen 10 % tvoří kódující DNA

  • Geny se skládají ze střídajících se kódujících (exony – jdou ven z jádra a účastní se proteosyntézy) a nekódujících (introny – zůstávají v jádře)

• Opakující se sekvence (repetitivní):

  • Repetitivní sekvence, např. DNA pro tvorbu rRNA, histonů, různě dlouhé repetice dinukleotidů (5´ CAn 3´ ), trinukleotidů (5´ CAGn 3´ - pokud přesáhne počet repeticí 40, tak se rozvíjí Huntingtonova chorea), telomery (5´ TTAGGGn 3´ )

• Strukturní změny v průběhu buněčného cyklu:

  • DNA vlákno tvoří komplex s histony a jednoduchými proteiny nehistonového typu

  • Struktura je pravidelná a vysoce organizovaná

DNA replikace

• Semikonzervativní proces

• Zajištění genetické identity dceřinných buněk

• Probíhá v místech zvaných REPLIKON

• DNA-dependentní DNA-polymerasa syntéza nového vlákna pouze ve směru 5´ 3´

• Syntéza na antiparalelním řetězci nemůže probíhat plynule - Okazakiho fragmenty

• Replikace - složitý proces → primer připojuje DNA- dependentní RNA-polymerasa, helikasa, topoisomerasa, ligasa, stabilizační proteiny a další

• Topoisomerasa rozplétá dvoušroubovici

• DNA Helikasa se účastní replikace; pohybuje se přímo podél fosfodiesterových vazeb NK; rozděluje dvoušroubovici do dvou izolovaných vláken

• Telomery – repetetivní sekvence na koncích lineárních DNA ochrana genetického materiálu

• Odstranění primeru na 5‘ – konci nově syntetizovaného vlákna DNA důsledkem zkracování telomer

• Enzym telomerasa – aktivní zejména během ontogeneze, v dospělosti aktivita omezena

• Replikace DNA vyžaduje pro tvorbu nového vlákna DNA-polymerázu, deoxynukleotidy a tzv. primer, oligonukleotidovou sekvenci RNA, která se připojuje k vláknu (templátu) DNA na principu hybridizace, tj. na základě komplementarity purinových a pyrimidinových basí, a umožňuje zahájit jeho replikaci. DNA-polymeráza u vyšších organismů nemůže sama iniciovat syntézu nového vlákna DNA, může pouze existující úsek vlákna prodlužovat. Iniciaci tak zajišťuje primer. Po ukončené replikaci jsou primery enzymaticky destruovány. Po odstranění primerů na 5' konci dceřiného vlákna DNA-polymeráza (vzhledem ke své schopnosti pouze připojovat nukleotidy ke 3' konci molekuly DNA) nemůže nahradit odstraněné sekvence nukleotidů primeru. V důsledku toho je dceřiné vlákno DNA na 5' konci po každé replikaci kratší. Zkracování DNA po replikaci se odehrává v repetitivních sekvencích telomer – během každé replikace dojde ke zkrácení o 50 – 200 párů basí. Délka telomer je tedy marker replikativního stáří buněk. Navíc dosažení určité minimální délky indukuje apoptózu a zánik buňky.