Čo je to organizmus?

1. Arabidopsis Čo je to organizmus? Caenorhabditis človek myš octomilka kvasinky 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. E. coli

2. Ako sa gény menia na organizmy?

3. Čo je to DNA a čo je to DNA kód deoxyribonukleotidy: A adenín T timín C cytozín G guanín

4. 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: Voda Tuky Cukry Nukleové kyseliny Rôzne anorganické a organické zlúčeniny a hlavne Bielkoviny (čiže proteíny)

5. Čo sú to proteíny? Proteíny sú polymerické zlúčeniny zložené z aminokyselín. Poradie aminokyselín určuje štruktúru, vlastnosti a funkciu proteínov. Štruktúrne proteíny (napr. tubulin a aktin) Transportné proteíny (napr. hemoglobín) Prirovnanie k mestu Gény-regulujúce proteíny Receptorové proteíny (napr. rodopsin) Signálne proteíny (napr. insulin) Enzýmy (napr. tripsín)

6. 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!

7. Základný princíp expresie génov DNA TRANSKRIPCIA (prepis) mRNA 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 A C G U G A C U G G C C U I I I I I I I I I I I I I TRANSLÁCIA (preklad) proteín Video na http://www.nature.com/focus/rnai/animations/index.html

8. Kľúčová úloha RNA molekúl pri expresii génov 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 Základné typy RNA molekúl: mRNA messangerové RNA tRNA transferové RNA rRNA ribozomálne RNA Dalšie typy RNA molekúl: snRNA malé nukleárne RNA microRNA iRNA interferujúce RNA hnRNA heterogénne RNA

9. Prepis génov - transkripcia Enzým RNA polymeráza otvorí dvojzávitnicu DNA a postupne pridáva nulkeotidy k jednému z dvoch reťazcov DNA – templátu, čím vytvára molekulu RNA

10. Vznik proteínov - translácia Preklad mRNA na proteín vykonáva komplex proteínov a RNA molekúl, ktorý sa nazýva ribozóm 30S subunit of ribosome Video

11. ?

12. 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

13. 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 proteín A I I I I I I I I I I I I I 1 gén proteín B

14. Jeden gén môže kódovať viacero proteínov Rekord: GénDscam u D. melanogaster (octomilka) kóduje 38 016rôznych 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

15. 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 finálna mRNA pôvodná mRNA „hodiace“ sa kúsky RNA alebo exóny „nehodiace“ sa kúsky RNA alebo intróny

16. Alternatívny splicing (zostrih) 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! Preskakovanie alternatínych exónov Vyberanie alternatívnych exónov

17. RNA a proteíny môžu meniť mRNA informáciu – editovanie RNA Trypanozómy vedia vkladať kúsky RNA do mRNA molekúl, čím menia pôvodnú informáciu zapísanú v DNA mRNA A C G U G A C U G G C C U 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 A C G T G A C T U U U U G G C C T I I I I I I I I I I I mRNA gRNA mRNA

18. Ako je to u ľudí? Najznámejší príklad RNA editingu u ľudí je proteín apolipoproteín B, ktorý existuje v dvoch formách CAA translácia APOB100 pečeň tenké črevo CAA editing UAA APOB48 translácia

19. 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

20. Ako proteíny zapínajú a vypínajú gény ON RNAPII ATG DNA gén sa prepisuje pomaly Vzniká málo proteínov ON RNAPII ATG DNA aktivátor gén sa prepisuje rýchlo Vzniká veľa proteínov ON RNAPII ATG DNA Proteín nevzniká represor gén sa neprepisuje

21. 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

22. 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

23. Čo by ste si mali zapamätať Informácia uložená v DNA nie je vždy jednoznačná! Častozávisí na tom, ako ju čítame. DNA mRNA proteíny iné RNA

24. Ďakujem za pozornosť