Bioinformatika
 zpracovani hromadnich biologickych dat
 koreny v 50. a 60. letech ­ struktura DNA, proteinu, geneticky kod
 data = sekvence, struktury, exprese genu, metabolizmus,...
 analyzy = zarovnavani sekvenci, fylogeneticke stromy, identifikace 
dulezitych strukturnich a funkcnich motivu, predpovidani struktury,...
 DNA ­ RNA ­ PROTEIN   :::   PROTEIN ­ STRUKTURA ­ FUNKCE
 rozsah dat u cloveka:
 3 miliardy bazi DNA (x2) / bunku
 30000 ruznych genu/proteinu
 100 miliard bunek / jedince
Bunky
ˇ Zakladni forma 
    organizace zive hmoty
ˇ Molekuly/geny/proteiny
ˇ Proteinove komplexy/membrány
ˇ Organely a jine substruktury
ˇ Bunka
ˇ Tkan/pletivo
ˇ Organismy
Velikosti elementu
Zaklady genetiky
ˇ Mendel 19.stol.
V pokusech s rostlinami si vsiml, ze potomstvi dvou 
rodicu nezavisi na jejich vzhledu /fenotyp/, nybrz 
na jakychsi symbolicky popsanych faktorech, ktere 
do znacne miry odpovidaji dnesnimu oznaceni gen 
/genotyp/
>chs1
atgacagaat
acaggatgac
tatgacgtga
cggcttatat
gatgacc...
GENOTYP FENOTYP
>chs1
MFVDDHLA
VNQNFYLR
SHRQL...
GEN.KOD STRUKTURA FUNKCE
Struktura DNA
ˇ Objevena v 19.stol
ˇ Považována za jednoduchou
ˇ Polymericka molekula
ˇ Monomerem je 
ˇ Ribonukleotid /RNA/
ˇ deoxyribonukleotid /DNA/
ˇ Symbolicke znaceni A,C,G,T,U
ˇ Prostorova struktura: Watson, Crick, Franklin
Struktura DNA
Struktura DNA
Obsah bazi v DNA ruznych organismu
Organism %A %T %G %C A+G
T+C
A+T
G+C
E. coli
bacterium
26.0 23.9 24.9 25.2 1.04 1.00
S. cerevisiae
yeast
31.7 32.6 18.3 17.4 1.00 1.80
Z. mays
corn
25.6 25.3 24.5 24.6 1.00 1.04
D. melanogaster
fly
30.7 29.4 19.6 20.2 1.01 1.51
H. sapiens
human
30.2 30.3 19.9 19.6 1.01 1.53
Struktura DNA
Difrakce krystalicke DNA z roku 1952 od Rosalind Franklin
Svedci o periodicite 0.3nm a 3.4nm
Struktura DNA
Struktura DNA
Sekvence DNA
Vazby mezi vlaknem jsou
vodikove mustky, ktere
jsou ve srovnani s
kovalentnimi vazbami
slabe. Pusobením teploty
do 100oC muze dojit k
denaturaci, t.j. rozpojeni
vlaken. Vyuziva se to v
PCR, ale vlastne taky v
replikaci, transkripci.
Sekvence DNA
Zaklady genetiky
Zaklady genetiky
Organizace DNA
0.0034 mm
jadro bunky
ACGTGGATGC
0.34 nm
LINEARNE 10000 bp 600 000 x
PLOSNE 25 000 000 240 x
PROSTOROVE 62 500 000 000 ~0.1 x
6 000 000 000 bp
1.36 nm
Jeden gen ­ jeden protein
ˇ Muže za to mechanismus exprese genu/syntezy 
proteinu
ˇ DNA ­> RNA ­> PROTEIN 
ˇ Pravidlo ktere jak dnes vime nemuze byt chapano 
doslovne:
ˇ Alternativni ,,splicing"
ˇ Post­translacni modifikace
ˇ Zadny protein
ˇ Retroviry
Centralni dogma
ˇ DNA ­> RNA ­> PROTEIN
Replikace DNA
ˇ Hlavni enzym: DNA polymeraza
ˇ Templat: DNA
ˇ Substrat: deoxyribonukleotidy
ˇ Produkt: DNA
Replikace DNA
Transkripce
ˇ Hlavni enzym: RNA polymeraza
ˇ Transkripcní komplex: cela skala proteinu 
vazanych na specificke sekvence DNA a sebe 
navzajem
ˇ Templat: DNA
ˇ Substrat: ribonukleotidy
ˇ Produkt: RNA
Struktura proteinu
ˇ Polymericka molekula
ˇ Monomerem je aminokyselina
ˇ Symbolicke znaceni ACEFGHIKLMNPQRSTVWY
ˇ Prostorova struktura se urcuje z difrakce 
rontgenovych paprsku nebo magnetickou 
rezonanci /NMR/
Geneticky kod
ˇ Rozlustili Nirenberg, Matthaei, Khorana, Holley
ˇ Zivot je digitalni
ˇ 3 nukleotidy koduji jednu aminokyselinu v 
proteinovem retezci
ˇ 4**3 = 64, ale jenom 20 aminokyselin
Geneticky kod
Translace
ˇ Ribozom: cela skala RNA a proteinu vazanych na 
specificke sekvence RNA a sebe navzajem. t­RNA 
poskytuje molekularni pojitko mezi kodonem a 
odpovidajici aminokyselinou
ˇ Templat: RNA
ˇ Substrat: t­RNA s navazanou aminokyselinou
ˇ Produkt: peptid nebo protein, volna t­RNA
Transkripce
Translace
Kontrolni otazky
 DNA urciteho organizmu obsahuje 17% thyminu 
/T/. Jaky je obsah cytozinu /C/?
 Jaka je komplementarni sekvence k sekvenci 
5'­ACGT­3'? Co je na techto sekvencich zajimave? 
Jake vlastnosti by mohl mit protein, ktery se vaze 
na DNA s takovou sekvenci?
Struktura proteinu
 Primarni = sekvence
 Sekundarni = puvodne jenom a­helix a beta 
struktury, dnes i jine substruktury
 Terciarní = 3­D usporadáni
 Domeny ­ jedna nebo vic na protein
 Komplexy ­ skladajici se z vice podjednotek
Virova castice R14 
je prakticky 
sfericky krystal 
skladajici se z 
identickych 
podjednotek
Dilci funkce proteinu
 Enzymy (katalyzatory, substrat se promenuje v 
produkt, aktivni misto)
 Interakce protein­protein
 Interakce protein­DNA
 Interakce protein­ligand
 Transdukce signalu, regulace
 Strukturni proteiny (vlakna, glykoproteiny)
 Motory
Enzymy (substrat ­ produkt)
Inhibitor HIV proteazy, která katalyzuje dulezity 
krok v synteze funkcniho viru zpusobujiciho AIDS
Interakce protein ­ protein
Interakce mezi 
protilatkou a 
antigenem. Takove 
interakce jsou 
zakladem humoralni 
imunity. Diky 
proteinove pameti 
muze organizmus 
likvidovat cizi latky.
 Interakce protein ­ DNA
TBP (TATA box binding protein) ­ dulezita 
soucast transkripcniho komplexu, kontrolujici 
polohu, ve ktere transkripce probehne
Interakce 
protein (OppA) ­ ligand (KXK)
OppA je odpovedný za prijem 
peptidu z vnejsiho prostredi
Strukturni proteiny
Strukturni proteiny
Kolagen ­ jeho tvorba
vyzaduje vitamin C
Tvori kolem 30% 
proteinu v lidskem 
tele. Je periodicky 
(GPP nebo GPK)
actin ­ myosin
Nemoci zpusobene nespravnym 
skladanim proteinu
Cysticka fibroza CFTR transport Na+ a Cl­
Alzheimerova nemoc APP+LP E agregace
BSE PrP agregace
CFTR, respektive jeho
 deficit (zpusoben 
nespravnim skladanim a 
destrukci v ER) je pricinou 
cysticke fibrozy. Ovlivnuje 
predevsim plice, jatra a 
potni zlazy.
PrPc a PrPSc