23. Gen – definice, klasifikace, centrální dogma molekulární biologie

23. Gen – definice, klasifikace, centrální dogma molekulární biologie

gen
úsek polynukleotidového řetězce, který obsahuje genetickou informaci pro strukturu polypeptidu jako translačního produktu (=geny strukturní) nebo informaci pro strukturu RNA, která nepodléhá translaci (rRNA, tRNA)

strukturní gen
nese informaci o primární struktuře jednoho polypeptidového řetězce, na základě tohoto genu vzniká peptid buď s enzymatickou funkcí (metabolické=enzymy), strukturní (=stavební jednotky buňky) nebo signální fci (imunoglobuliny, receptory)

rozlišujeme dva typy genů:
• Složené – typické pro eukaryonta, obsahují exony a introny
• Jednoduché – nepodléhají sestřihu, mají pouze sekvence, které se exprimují

geny pro RNA
geny obsahují informace pro molekuly transferové RNA a ribozomální RNA ale i dalších nízkomolekulárních RNA (scRNA, snRNA, viz níž)

regulační oblasti
úseky plnící kontrolní a regulační fci – spočívá ve specifické genetické informaci, na kterou se navazují regulační proteiny

negenová DNA
repetitivní sekvence (mikrosatelity, minisatelity, transpozony) podmiňující polymorfismus
POUZE 5 procent DNA nese genetickou informaci!!!, zbytek právě tyto sekvence

kodon=triplet bazí, které kódují jednu aminokyselinu, máme 61tripletů pro 20 aminokyselin, jeden iniciační AUG (aminokyselina Met – samozřejmě methionin pak není součástí všech bílkovin, ale v posttranslační úpravě v sER je dostřižen)
vyjadřuje se v mRNA od 5´ konce ke 3´ konci(to znamená že je tam uracil, kodóny jsou ty, které jsou na mRNA ne DNA!!)

platí pro něj:
je degenerovaný – představuju si to jako degenerované orbitaly = mají stejnou energii, všechny písmena (baze) kódu mají stejnou důležitost ale neručím
je universální – platí od rostlin až po člověka nějaké vyjímky u mitochondrií a virů, prostě vždycky tam musí byt něco
je nepřekryvný = žádné písmeno, žádná baze se nevynechává a má svůj význam
pekrývající se geny = znamená, že určitý úsek může mít více translačních produktů, u prokaryont se dělí podle oblastí jak se překrývají, platí ale i pro eukaryonta
dále co jsou to iniciační, terminační kodóny

alternativní sestřih = opět může vznikat různý protein, ze stejné sekvence ale ke změně dochází během sestřihu (dojde k různému vystřižení intronů) = vznikají různé proteiny, typické pro HLA systém

dalo by se sem podle mě zahrnout taky struktura DNA a mendelovská genetika.

Pojmy jako:
lokus= místo, na kterém se gen nachází, uvědomit si, že to není souvislý úsek, jsou tam různé introny(třeba repetitivní sekvence a tak!!!)
alela = forma genu lišící se bazemi, podmiňuje různé znaky
genotyp= soubor všech genů v organismu
fenotyp= soubor všech znaků, fenotyp je vždycky širší než genotyp!! Protože fenotyp je ovlivňován také prostředím
znak= každá definovatelná vlastnost organismu, jsou to znaky nejenom na úrovni mnohobuněčného organismu (modré oči, vysoká postava) ALE taky na úrovni buňky (vzhled určité organely, diferenciace buněk v různé typy)a molekulární úrovni (přítomnost určitého enzymu)

Centrální dogma molekulární biologie popisuje cestu přenosu informace mezi biopolymery. V principu dovoluje přepis mezi nukleovými kyselinami a překlad z RNA do proteinů. To má za důsledek nemožnost toku informací z bílkovin do nukleových kyselin, a tedy zanášení změn v organismu zpět do genetické informace – tím je mj. popřen základní předpoklad teorie lamarckismu (dle níž se získané vlastnosti a dovednosti dědí).

Mezi tři hlavní zástupce biopolymerů, které nesou informace, patří DNA, RNA a bílkoviny. Mezi nimi existuje hypoteticky devět cest (3×3). Tři obvyklé (u všech buněk), tři speciální (jen ve zvláštních případech) a tři zatím neobjevené (pravděpodobně neexistují). Obvyklá cesta je replikace DNA, transkripce do RNA a translace z RNA do proteinů.

Samotný pojem „centrální dogma“ zavedl laureát Nobelovy ceny Francis Crick, avšak šlo o chybné pochopení toho, co slovo dogma znamená. Domníval se, že slovo dogma znamená něco zjevného, a nikoliv něco, co nelze zpochybnit.^[1]

Zápis informací v biopolymerech

V živých organismech jsou informace zapsány v polymerech – složitých látkách vytvořených z opakujících se jednoduchých složek (monomerů). DNA, RNA i proteiny jsou lineární polymery, proto pořadí, ve kterém jsou monomery uspořádány, nese zpracovatelnou informaci. Při přenosu z jedné informační úrovně do jiné je použito původní vlákno jako vzor pro výstavbu nového.

Přenos informací

Obvyklý

·      Replikace DNA – Pro přenos informace do další generace je nutné před každým buněčným dělením zdvojnásobit množství genetické informace v buňce. K tomu slouží pochod zvaný DNA replikace – vytváří se komplementární vlákno k původnímu. Proces je umožněn enzymy, které rozvolňují šroubovici (helikázy), enzymy, které přikládají jednotlivé báze (polymerázy), spojovací enzymy (ligázy) a další. Výsledkem jsou dvě identické dvoušroubovice DNA. Viz DNA.

·      Transkripce – Jde o sestavení molekuly mRNA podle záznamu v DNA. Uplatňují se zde enzymy k rozplétání DNA a připojování bází k RNA. Výsledná RNA přenáší informaci z jádra do cytoplasmy.

·      Translace – na ribozomech se překládá pořadí nukleových kyselin na RNA do primární struktury proteinů připojováním aminokyselinových zbytků. Překlad probíhá podle genetického kódu, který určuje párování triplet – tRNA.

Vzácný

·      Reverzní transkripce – retroviry dokáží svou RNA přepsat do DNA a začlenit ji do genomuhostitele. Této schopnosti se často využívá v biotechnologii, například při vytváření cDNA. Enzym toto umožňující se nazývá reverzní transkriptáza.

·      Přepis RNA–RNA – některé RNA-viry dokáží přepisovat svou RNA do další RNA a tak se množit v buňce.

·      Přímý přepis DNA–protein – pouze v laboratorních podmínkách (v systému in vitro) při použití antibiotik snižujících přesnost ribozomu.^[2]

Kritika centrálního dogmatu

·      Epigenetika – epigenetické procesy jsou významní činitelé ovlivňující transkripci genů, jde o úpravu genetické informace pomocí enzymů, například jejich methylací.

·      Priony – proteiny, které se vyskytují v několika různých konformacích. Některé formy dokáží ovlivnit protein v jiné formě, aby se sbalil stejně jako je jejich forma. Při tom však nedochází ke změně primární struktury, proto to není porušení centrálního dogmatu.