Gymnzium Praha 10 Vodradsk 2 Projekt OBZORY Co

Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY Co už jsme (po)zapomněli z buněčné a molekulární genetiky GENETIKA – ZÁKLADNÍ POJMY Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond

GENETIKA �O dědičnosti a proměnlivosti � Dědičnost (heredita) � Schopnost organismů vytvářet potomky se stejnými nebo podobnými vlastnostmi � Zachování druhu � Proměnlivost � Vnější (variabilita) prostředí � Genetické vlivy

OBORY GENETIKY � � Molekulární Obecná Cytogenetika Genetika � � � Genetika člověka � � � Virů Bakterií Hub Rostlin Živočichů Klinická genetika Populační genetika Biotechnologie � � Genetické inženýrství (lidský inzulin, …. ) Genová terapie

CYTOGENETIKA � 19. stol 1838 buněčná teorie (T. Schwann) � 70. léta 19. stol mitóza, chromozomy (W. Fleming) � 1919 chromozomy jsou nositeli genetické informace (T. Morgan)

CHROMOZOM Chromatin � Histony � Nukleozom � Chromatida � Centromera � Telomera � Dlouhé (q-) raménko � Krátké (p-) raménko � obr. 1

CHROMOZÓM obr. 2 obr. 3

TYPY CHROMOZOMŮ obr. 4

BUNĚČNÝ CYKLUS Mitóza (jaderné dělení) � Interfáze � � G 1 (gap – mezera) � Reparace DNA � Hlavní kontrolní bod � Nejdelší � S (syntetická) � Replikace DNA – dvouchromatidové chromozomy � G 2 � Příprava mitózy � Reparace, kontrolní bod obr. 5

G 0 � G 0 Diferenciace buněk � Nedochází k replikace DNA � Jádro obalené membránou � Chromozomy neviditelné � � Návrat do G 1 Imunitní systém � Nádorová buňka � obr. 5

DÉLKA BUNĚČNÉHO CYKLU � 30 min pulec � 1, 5 -3 h kvasinka pivní � 1 den člověk � 50 let lidský oocyt

MITÓZA obr. 6 obr. 7

MITÓZA obr. 8

KARYOTYP � Počet a tvar jednotlivých chromozomů v jádru somatické buňky � Lidský karyotyp � � � 1951 omylem opláchnutí hypotonickým roztokem 46 chromozomů 1 -22, X, Y Gonozom Autozom Homologické chromozomy obr. 9

GEN � 1909 W. Johansen � � � Morgan (Morganovy zákony – vazba genů) � � materiální nosič dědičnosti základní informační jednotka dědičnosti, která podmiňuje určitý znak úsek chromozomu DNA (Watson a Crieg) � úsek DNA, který kóduje určitou bílkovinu, a tím podmiňuje určitý znak obr. 10

GENOM � Genom � Jaderný � Mimojaderný � Počet genů � Mycoplasma 470 � Kvasinka pivní 6340 � Rýže 55 615 � Plasmodium 5268 � Myš 30 000 � Člověk 30 - 40 000

Lokus � Alela � 2 � 3 � Několik desítek � � Vznik variability Mutace � Pohlavní rozmnožování � meióza � obr. 10

MEIÓZA � I. heterotypické (redukční) � Profáze � Bivalenty � Crossing-over � Kombinace � genů ve vazbě II. Homeotypické (ekvační) obr. 11

MEIÓZA obr. 12

CROSSING OVER obr. 13

SPERMATOGENEZE Puberta – smrt � Primární spermatocyt 2 n � Sekundární spermatocyt n � 4 nezralé spermatidy � 4 spermie � obr. 14

OOGENEZE � � � Před narozením – klimakterium Primární oocyt (fetální) se zastaví v profázi I. dělení V menstruačním cyklu jeden - sekundární oocyt n + pólové tělísko Oplození v metafázi II. dělení, po oplození dokončí meiózu 1 oocyt + 2 pólová tělíska obr. 15

PŘÍBĚH DNA � Konec 19. stol „nuklein“ � � 1928 „transformační princip“ � � Fred Griffith 1944 první důkaz, že nositel gen. Informace je DNA � � � J. F. Miescher „transformační princip“ je DNA O. T. Avery 1953 J. Watson, F. Crick � dihelix obr. 16

STRUKTURA DNA � Sekvence nukleotidů � Komplementární báze � Antiparalelní řetězce 5 AACTGCGA 3 � 3 TTGACGCT 5 � � Volný konec uhlíků deoxyribózy obr. 17

HYBRIDIZACE � Denaturace Reasociace (renaturace) � Označená sonda � Klinická genetika (delece, amplifikace) Vyšetření virových onemocnění Mapování genomu Hledání lokusu pro konkrétní gen � � obr. 18

FISH obr. 19 obr. 20

FISH obr. 21

HUMAN GENOM PROJEKT HGC � 1990 zahájení � Cíle � Sekvence DNA (Fred Sanger) � Identifikace genů � Chromozomové mapy � Funkce genů � Etické problémy � Mezinárodní konsorcium x Celera Genomics � 2001 publikovali ve Science, Nature

VÝSLEDKY � 3, 2 mld párů bází � Asi 25 000 genů (pravděpodobně!!!) � 25% DNA, většina introny � Jen 1, 5% kóduje proteiny, RNA � Ostatní DNA � Repetetivní sekvence (i transpozomy) � Parazitická DNA (virová, bakteriální)

VÝSLEDKY � Funkce genů � Víme jen u 50%, ale nevíme přesně jak se ovlivňují, vypínají � 40% genů – alternativní sestřih – kódují 2 -3 proteiny � Lidská buňka � 800 house-keeping genů (přepisují se u všech buněk) � 10 000 přepisuje (předpoklad 90 000 různých proteinů)

VÝSLEDKY � 99, 9% mají všichni lidé stejné � Vyvrácení � 98, 7 rasových teorií % šimpanz � 85% myš � genomika

VÝSLEDKY � 2007 - 3 konkrétní lidé � 2009 – 70 000 dolarů � 2015 – 1000 dolarů �? „Genetický rasismus“ � Správný genom

CENTRÁLNÍ DOGMA MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE obr. 22 � 1958 Crieg � Replikace � Transkripce � Translace

DNA � Kruhová Prokaryota � Mitochondrie � Chloroplasty � Plasmidy � � Lineární � � Více úseků současné replikace � � 1 začátek replikace � Lokus ori Jaderná u eukaryot replikon

REPLIKACE � semikonzervativní � Mateřská DNA � � � Templát Matrice Enzymy � � helikáza DNA-polymerázy DNA-ligáza DNA primáza � Deoxynukleosidtrifosfáty (d. ATP, d. GTP, d. CTP, d. TTP) � Pouze ve směru 5 -3 � � Templát 3 -5 kontinuálně � � semikontinuální Vedoucí řetězec Templát 5 -3 po částech � Okazakiho fragmenty obr. 23

REPLIKACE obr. 24 obr. 25

REPLIKACE obr. 26

REPLIKACE DNA VIDEO � http: //www. youtube. com/watch? v=te. V 62 zrm 2 P 0

TELOMERY obr. 27 � 100 -1000 repetic TTAGGG � Zachování integrity chromozomu

PROBLÉM REPLIKACE TELOMER � 5 konce řetězců se nemohou replikovat – jednovláknové konce linární DNA molekuly � Zlom – zastavení buněčného cyklu, apoptóza – zabalení do dvoušrobovice � obr. 28 ? zkracování telomer – stárnutí a smrt buňky, limitující faktor počtu dělení obr. 29

TELOMERÁZA � Zabudovaný vlastní RNA primer � Většina somatických buněk nemá telomerázovou aktivitu � Zárodečné buňky � � Rodíme se s dlouhými telomerami Nádorové buňky (nesmrtelné i v tkáňové kultuře) � Léčba rakoviny – vyřazení telomeráz z provozu obr. 30

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE GENU � � Strukturní geny Geny pro funkční RNA � Intron, exon Regulační oblasti Promotor, transkripční jednotka končí terminátorem Regulace exprese Prokaryota – operon � Délka genu bp � � � Nejkratší část hemoglobinu 0, 8 kbp Nejdelší dystrofin 2, 3 Mbp (1% exonů) obr. 31

TRANSKRIPCE RNA - U místo T - jednovláknová lineární (m. RNA) - částečná dvoušroubovice, … Transkripce - v jádře - Prodlužování 5 -3 - Temlát (negativní řetězec) DNA 3 -5 - RNA polymeráza - ATP, GTP, CTP, UTP obr. 32 obr. 33

ALTERNATIVNÍ SESTŘIH � Primární transkript = pre. RNA, hn. RNA Sesřih � Alternativní sestřih � � Export z jádra Čepička � Poly AAAA (30 - 200) � obr. 34

EXPRESE GENU obr. 35 obr. 36

T RNA, R RNA t RNA - minoritní báze (dihydrouridin, pseudouridin) - 20 druhů (kolik aminokyselin) - 20 typů amunoacyl-t. RNAsyntetázy Kodon (m. RNA) Antikodon (t. RNA, stejný jako DNA) obr. 37 Genetický kód Ribozom – r. RNA + proteiny obr. 38

GENETICKÝ KÓD � � � Triplet – aminokyselina 64 možností Terminační kodon = STOP kodon � � Konec translace UAA, UAG, UGA � Iniciační kodon AUG � Degenerovaný � � � Každou aminokyselinu kóduje víc kodonů kromě metionin AUG, tryptofan UGG Univerzální � V evoluci se vyvinul pouze jednou obr. 39

TRANSLACE 5 konec m. RNA � Ribozom � Malá a velká podjednotka � Vazebná místa � �A – t. RNA � P –polypeptidický řetězec obr. 40

VIDEO TRANSLACE � http: //www. youtube. co m/watch? v=Kv. YEq. Gb 7 XN 8&feature=related � http: //www. youtube. com /watch? v=983 lhh 20 r. GY &feature=related

SHRNUTÍ obr. 41

POUŽITÉ ZDROJE A LITERATURA Kočárek, Eduard: Genetika. 2. vyd. , Praha: SCIENTIA 2008 � Campbell, Neil A. ; Reece, Jane B. : Biologie. 1. vyd. , Brno: Computer Press 2006 � Snustad, Peter; Simmons, Michael: Genetika. 1. vyd. , Brno: Masarykovy univerzita 2009 � Rosypal, Stanislav a kol. : Nový přehled biologie. 1. vyd. , Praha: SCIENTIA 2003 �

POUŽITÉ ZDROJE � � � � � Obrázky: obr. 1, 16, 40, 7, 11, 12 http: //giobio. ic. cz/obrazky/obecka. htm obr. 2 http: //allstrangledup. wordpress. com/ obr. 3 http: //sagan. blog. cz/0807/puvod-zivota obr. 4 http: //biologie. webz. cz/www/eukaryota/cyklus. html obr. 5 http: //raulsandu. wordpress. com/2009/12/15/diviziunea -celulara-mitoza-explicata-simplu/ obr. 6 http: //www. cbp. pitt. edu/faculty/yong_wan/ obr. 8 http: //www. accessexcellence. org/AE/AEPC/NIH/gene 03. php obr. 9 http: //www. csulb. edu/~kmacd/361 -6 -Ch 2. htm obr. 10 http: //schoolworkhelper. net/2010/11/geneticrecombination-in-eu

POUŽITÉ ZDROJE � � � � obr. 13 http: //www. iam. fmph. uniba. sk/web/genetika/stranky/andrea/vedeli steze 3. html obr. 14, 15 http: //www. wikiskripta. eu/index. php/Gametogeneze obr. 17 http: //elalssonscienceg 7 a. blogspot. com/2010_10_03_archive. htm obr. 18 http: //cukrovka-ocima-biochemie. blog. cz/1011/merimecukrovku-xiv-genova-analyza obr. 19 http: //akademon. cz/article. asp? source=pgd obr. 20 http: //www. onkologickecentrum. cz/laboratore/vysetrenimesice/2003/prosinec-mnohobarevna-fish. aspx obr. 21 http: //www. cmsch. cz/nabidka-vysetreni-kontroly-dedicnosti -zdravi/? &print=1

POUŽITÉ ZDROJE � � � � obr. 25 http: //dnanotes. blogspot. com/ obr. 23 http: //dna-replikace. navajo. cz/ obr. 24, 26 http: //www. biologie-abitur. de/genetik. html obr. 27 http: //imun-oxy. blogspot. com/2010/06/imun-oxytetap-segar-dan-awet-muda. html obr. 28 http: //www. pharminox. com/telomere_signalling. aspx obr. 29 http: //www. nature. com/nrc/journal/v 2/n 11/fig_tab/nrc 929_F 1. html obr. 30 http: //www. cycloastragenol. eu/ obr. 31, 32, 39 http: //apendix. prf. jcu. cz/Dolezal/vyuka/dna/molbio. htm

POUŽITÉ ZDROJE � � � � � obr. 34, 36 http: //lge. lf 1. cuni. cz/heslo/priklady/files/abjan. html obr. 35 http: //journalofcosmology. com/Cosmology 3. html obr. 37 http: //www. wiley. com/college/boyer/0470003790/structure/t. RNA/tr na_intro. htm obr. 38 http: //library. thinkquest. org/04 apr/00217/en/biology/rna/index. html obr. 41 http: //lbp. ueb. cas. cz/svet. RNA/Sylabus. html Videa http: //www. youtube. com/watch? v=te. V 62 zrm 2 P 0 http: //www. youtube. com/watch? v=Kv. YEq. Gb 7 XN 8&feature=relate d http: //www. youtube. com/watch? v=983 lhh 20 r. GY&feature=related

Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu OBZORY Autor: Mgr. Hana-Františka Muchová Předmět: Biologie člověka Datum: 10. 2. 2011 Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond