Molekulární genetika

1. Molekulární genetika

3. NUKLEOVÉ KYSELINY

4. NUKLEOVÉ KYSELINY • nukleové kyseliny jsou makromolekulární látky, jejichž základní stavební jednotkou je nukleotid

5. 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

6. kyselina deoxyribonukleová (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

7. DNA

8. kyselina ribonukleová (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)

9. mRNA • obsahuje přepis informací z DNA o primární struktuře bílkovinné molekuly, je matricí pro syntézu bílkovin

10. rRNA • je součástí ribozómů, v nichž probíhá proteosyntéza

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

12. Gen z molekulárního hlediska

13. Gen • částmolekuly DNA nesoucígenetickouinformaci pro syntézuspecifickéhoproteinu (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)

14. Gen • u eukaryot jsou geny organizovány do intronů a exonů

15. Exony • obsahují informaci o pořadí aminokyselin v polypeptidickém řetězci

16. Introny • nemají kódovací smysl

17. Expreseeukaryotníchgenů • souhrnvšechdějů, které se podílejínaprůběhutranskripce 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

19. Mimojaderná dědičnost • geny 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“)

20. Mimojaderná dědičnost • Plazmidy u prokaryot

21. MUTACE

22. Nové alely vznikají z dosavadních mutacemi • Změna genetické informace vyvolaná působením mutagenů

23. Mutagen • Fyzikální: např.záření • Chemický: vyvolaná chem.látkami (např.pesticidy, težkými kovy,..)

24. Mutace • Spontánní • Indukovaná

25. 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)

26. Genové mutace • Standardní alela genu může být mutací změněna v jinou zásahem v některém místě celé své délky

27. Genové mutace • Nejčastěji 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

28. Genové mutace Příklad přeměny lidského protoonkogenu na onkogen

29. CHROMOSOMOVÉ ABERACE (MUTACE) • Numerická aberace chromozomů: • Změna počtu chromozomů • Aneuploidie • Polyploidie, euploidie

30. aneuploidie – týká se 1 chromosomu • monozomie (např. Turnerův syndrom) • trisomie (např. Downův syndrom)

31. polyploidie, euploidie • týká se celé sady chromosomů = genomová mutace (lépe tolerován sudý počet násobků)

32. CHROMOSOMOVÉ 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

33. delece – vypadnutí jednoho nebo více nukleotidů • duplikace – znásobení nukleotidů • inverze – převrácení několika nukleotidů • fragmentace- rozpad chromozomu na více částí • translokace • nereciprokátranslokace – odtržení části chromatidy a připojení na jinou chromatidu jiného chromosomu • reciprokátranslokace – vymění se části nehomologních chromosomů

35. Genetika člověka

36. Metody výzkumu • Molekulární výzkum • Cytogenetický výzkum • Výzkum dvojčat • Výzkum rodokmenů (genealogické) • Výzkum populací

37. Autozomální choroby • Krátkoprstost • Srůsty prstů • Víceprstost • Rozštěp patra a rtů • Downův syndrom • Syndrom kočičího mňoukání Kdo by chtěl referát?

38. Autozomální choroby • Albinismus • Cystická fibróza • Srpkovitá anémie • Edwardsův syndrom Kdo by chtěl referát?

39. Gonozomální choroby • Hemofilie • Daltonismus • Syndrom XYY • Syndrom XXX • Turnerův syndrom • Klinefelterův syndrom Kdo by chtěl referát?

40. FISH (fluorescent in situ 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

42. 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

43. Amniocentéza • slouží 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

44. Jaké vrozené vady dokáže amniocentéza odhalit • Amniocentéza odhalí vrozené poruchy mozku (nekompletní nebo žádný mozek) a dědičné metabolické poruchy. • rozštěp páteře • downův syndrom • anencephalus • edwardsův syndrom

45. PCR • Polymerázová řetězová reakce • metoda rychlého a snadného zmnožení úseku DNA založena na principu replikace nukleových kyselin

46. 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?

48. 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)?

50. 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)?