Čo je to organizmus?

Jedno máme všetci spoločné: prijímame živiny, aby sme ich premenili na seba samých, pričom využívame informáciu uloženú v DNA ako akýsi návod no to, ako to urobiť.

človek

octomilka

Arabidopsis

myš

Caenorhabditis

kvasinky

E. coli

Ako sa gény menia na organizmy?

Čo je to DNA a čo je to DNA kód

deoxyribonukleotidy:

A adenínT timínC cytozínG guanín

Čo je dôležité si uvedomiť!Keďže DNA slúži len ako akýsi návod na to, ako „postaviť“ organizmus, musí existovať niečo, čo tento návod číta a realizuje.

Zloženie bunky:VodaTukyCukryNukleové kyselinyRôzne anorganické a organické zlúčeniny

a hlavneBielkoviny (čiže proteíny)

Čo sú to proteíny?

Štruktúrne proteíny(napr. tubulin a aktin)

Signálne proteíny(napr. insulin)

Receptorové proteíny(napr. rodopsin)

Transportné proteíny(napr. hemoglobín)

Gény-regulujúce proteíny

Enzýmy (napr. tripsín)

Proteíny sú polymerické zlúčeniny zložené z aminokyselín. Poradie aminokyselín určuje štruktúru, vlastnosti a funkciu proteínov.

Prirovnanie k mestu

Ako sa tvoria proteíny?Proteíny bunka vytvára na základe DNA informácie pomocou už

existujúcich proteínov a ribonukleových kyselín (RNA) v procese, ktorému sa hovorí génová expresia.

A C G T G A C T G G C C T

T G C A C T G A C C G G A I I I I I I I I I I I I I ?

Úsek DNA nesúci informáciu pre vznik jedného proteínu sa nazýva gén.Gény však nekódujú len proteíny!

Základný princíp expresie génov

A C G T G A C T G G C C T

T G C A C T G A C C G G A I I I I I I I I I I I I I

A C G U G A C U G G C C U

DNA

mRNA

proteín

TRANSKRIPCIA (prepis)

TRANSLÁCIA (preklad)

Video na http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html

Kľúčová úloha RNA molekúl pri expresii génov

Základné typy RNA molekúl: mRNA messangerové RNAtRNA transferové RNArRNA ribozomálne RNA

Dalšie typy RNA molekúl:snRNA malé nukleárne RNAmicroRNAiRNA interferujúce RNAhnRNA heterogénne RNA

RNA sú ribonukleové kyseliny, ktoré sú podobne ako DNA tvorené štyrmi opakujúcimi sa motívmi - ribonukleotidmi A,G,C,U.Na rozdiel od DNA sú jednovláknové a vytvárajú rozmanité, často zložité štruktúry.Svoje funkcie väčšinou vykonávajú v spolupráci s rôznymi proteínmi

Prepis génov - transkripciaEnzým RNA polymeráza otvorí dvojzávitnicu DNA a postupne

pridáva nulkeotidy k jednému z dvoch reťazcov DNA – templátu, čím vytvára molekulu RNA

Vznik proteínov - translácia

30S subunit of ribosome

Preklad mRNA na proteín vykonáva komplex proteínov a RNA molekúl, ktorý sa nazýva ribozóm

Video

?

Jeden gén = jeden proteín

A C G T G A C T G G C C T

T G C A C T G A C C G G A I I I I I I I I I I I I I ?

1 gén proteín A

Jeden gén = viacero proteínov

A C G T G A C T G G C C T

T G C A C T G A C C G G A I I I I I I I I I I I I I ?

1 génproteín A

proteín B

Jeden gén môže kódovať viacero proteínov

Dscam - Down Syndrome Cell Adhesion Molecule (95 alternatívnych exónov)

Čo tieto proteíny robia?Regulujú rast a vetvenie axónov,ako aj spájajú jednotlivé axóny navzájom

Rekord: Gén Dscam u D. melanogaster (octomilka) kóduje 38 016 rôznych proteínov

Ako je to možné?Molekuly mRNA, ktoré vznikajú prepisom génov z DNA neslúžia ako vzor pre syntézu proteínov okamžite. Vznikajúca mRNA je najprv „obalená“ proteínmi a malými nukleárnymi RNA molekulami, ktoré ju upravia. Jednou z úprav je vystrihnutie „nehodiacich“ sa úsekov RNA kódu a opätovné pospájanie kúskov RNA teda splicing alebo zostrih RNA

gén

„hodiace“ sa kúsky RNAalebo exóny

„nehodiace“ sa kúsky RNAalebo intróny

finálna mRNApôvodná mRNA

Alternatívny splicing (zostrih)

Preskakovanie alternatínych exónov

Vyberanie alternatívnych exónov

Čo je dôležité si uvedomiť!Ľudský genóm obsahuje približne 24 000 proteín-kódujúcich génov, ale kóduje asi tak 100 000 proteínov.Dôvodom je alternatívny splicing!

RNA a proteíny môžu meniť mRNA informáciu – editovanie RNA

Trypanozómy vedia vkladať kúsky RNA do mRNA molekúl, čím menia pôvodnú informáciu zapísanú v DNA

A C G U G A C U G G C C U

mRNA

A C G U G A C U G G C C U

U G C A C U U C C C G G A I I I I I I I I I I I

mRNA

gRNA

A C G T G A C T U U U U G G C C T

mRNA

Ako je to u ľudí?

Najznámejší príklad RNA editingu u ľudí je proteín apolipoproteín B,ktorý existuje v dvoch formách

APOB48

APOB100

CAAtranslácia

UAAtranslácia

CAAediting

pečeň

tenké črevo

Viac, menej alebo žiaden proteín?

A C G T G A C T G G C C T

T G C A C T G A C C G G A I I I I I I I I I I I I I ?

1 gén

Ako proteíny zapínajú a vypínajú gényDNARNAPIION ATG

gén sa prepisuje pomaly

DNARNAPIION ATG

gén sa prepisuje rýchloaktivátor

Vzniká málo proteínov

Vzniká veľa proteínov

DNARNAPIION ATG

gén sa neprepisujerepresor

Proteín nevzniká

Malé nekódujúce RNA môžu vypínať gény

Andrew Fire a Craig C. Mello dostali v roku 2006 za tento objav Nobelovu cenu!

Čo urobili?Zistili, že keď nakŕmia nematódy C. elegans špeciálne geneticky upravenými baktériam, môžu vypnúť alebo zapnúť expresiu želaného génu u tejto nematódy.Ako je to možné?Baktérie boli upravené tak, že produkovali krátke dvojvlaknové RNA, ktoré sa spolu s potravou dostali do buniek nematódy, kde zabránili prekladu cieľovej mRNA a teda tvorbe proteínu.

C. elegans

E. coli

Funguje tento proces u ľudí?Ano aj nie...

Aj ľudské bunky tvoria proteíny, ktoré sú nevyhnutné pre tento proces.

Súčasne mnohé gény nekódujú proteíny, ale krátke molekuly RNA, ktoré pomocou špeciálnych proteínov blokujú preklad iných proteín kódujúcich mRNA molekúl, prípadne ich celkom zničia.

V každom prípade na rozdiel od nematód nestačí takúto RNA zjesť!

I I I I I I I I I I I I I

iRNA

Čo by ste si mali zapamätaťInformácia uložená v DNA nie je vždy jednoznačná!

Často závisí na tom, ako ju čítame.

DNA mRNA proteíny

iné RNA

Ďakujem za pozornosť