IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie DNAje nošicem genetické strukturu antiparalelní DNArrií Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domény) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Před týdnem Bioinformatika ► zpracování hromadních molekulárně-biologických dat ► posledních cca. 30 let ► data: genomika a proteomika + sekvence *■ struktury + interakce a jiné funkce + expresní data ► anotace cca 1000 prokaryotických genomů (http://www.cbs.dtu.dk/services/GenomeAtlas/) ► Galerie sekvenovaných genomů (http://www.genomenewsnetwork.org/) http://www.dnaftb.org/dnaftb/ IV107 Bi o informatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie DNAje nosičem genetické DNA má strukturu antiparalelní ► Klasická genetika ► Genetické molekuly ► Organizace a řízení genetických procesů ► Princip rakoviny http://www.dnalc.org/home.html Nástroje mol.biologie, genomiky a proteomiky Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kód Struktura proteinů Primární struktura (S Sekundární struktura Terciární struktura (domény) Funkce proteinů Příště Hierarchie biologických struktur IV107 Bioinformatika I -PřednaSka 2 Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Příště Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosičem genetické Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 Struktura DNA Z historie C R Tr Tr St DNA je nošicem geneticke informace DNA maí štrukturu antiparalelníí špiraíly ese NA ce Geneticky kód ■uktura proteinů Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciární struktura (dómeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastróje mól.biólógie, genómiky a próteómiky Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelnl Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky/ kod Struktura proteinu Primarnl struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciární struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu priste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nošicem geneticke Kořeny genetiky IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie Gregor J. Mendel V pokusech s rostlinami si vsiml, že potomství dvou rodiCU nežavisí na jejich vzhledu /fenotyp/, nybrž na jakýchsi symbolicky popsaných faktorech, ktere do žnacne míry odpovídají dnesnímu ožnacení gen /genotyp/ DNA ma strukturu antiparalelní Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domény) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nošicem genetické Molekula DNA ► Objevena 1869 , považována za příliš jednoduchou Polymerická molekula, monomerem je: + deoxyribonukleotid /DNA/ ► ribonukleotid /RNA/ ► Symbolické značení A,C,G,T,U ► Spirálovitá prostorová struktura Nukleotidy IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Zastoupení nukleotidů v různých IV107 Bioinformatika 1 -PřednaSka 2 organismech Struktura DNA Z historie DNAje nosičem genetické DNA ma strukturu antiparalelní spira|ý Centrální dogma a genova exprese Organizmus %A %G %C %T A+G A+T G+C Replikace DNA E.coli S.lutea 24.7 13.4 26.0 25.7 23.6 1.03 37.1 37.1 12.4 1.04 0.93 0.35 Transkripce Translace S.cerevisae 31.3 18.7 17.1 32.9 1.09 1.79 Genetický/ kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) H.sapiens 30.9 19.9 19.8 29.4 1.00 1.52 Dedukce: Nukleotidy se vyskytují v parech Sekundarní struktura Terciarní struktura (domený) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiký a proteomiký From A.L.Lehninger (1970), Biochemistry, Worth Publishers, New York n [ ► < 1 ► 4 Difrakce na molekule DNA IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie Difrakce krystalicke DNA z roku 1952 od Rosalind Franklin SveédCí o periodicite 0.3nm a 3.4nm DNA ma strukturu antiparalelní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Struktura DNA Tento obrázek a jedna stránka textu pomohli autorUm k Nobelove cene. Přínos Rosalind Franklin ve forme peCliveho zkoumaní krystalu v te chvíli ocenen nebyl. Postovní znamka k 50. vyroCí objevení struktury DNA IV107 Bioinformatika I -Přednaska 2 Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelnl Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Příště Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky Struktura DNA IV107 Bioinformatika I -Přednaska 2 Struktura DNA IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Uspořádání DNA v jádře IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie Prostorová uspořadaní DNA se 12000000 nukleotidy vjadře o rožmerech 0.0034 mm (rožmery jednoho paru nukleotidu dle modelu Watsona a Cricka jsou 1.36 x 0.34nm). DNA má strukturu antiparalelní Centrální dogma a Uspořádání Pocet nukleotidu Relativní deika k jádru genová exprese Lineární 10000 600000 Replikace DNA Plošne 25 mil 240 Transkripce Prostorove 62.5 mld 0.1 Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 btruKtura una z nistorie UNA je nosičem geneticKé informace UNA ma struKturu antiparaielní spirily Centrální dogma a genova exprese RepiiKace UNA Tr Tr St ce Genetický kód ■uktura proteinů Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciární struktura (dómený) Kvarterní struktura (kómplexý) Funkce proteinu Nástroje mól.biólógie, genómiký a próteómiký Struktura DNA Z histórie DNA ma strukturu antiparaielní Centralní dógma a genóva exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kód Struktura próteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarni struktura Terciarní struktura (dómený) Kvarterní struktura (kómplexý) Funkce próteinu príste Nastróje mól.biólógie, genómiký a próteómiký DNAje nošicem geneticke Základní pravidla IV107 Bi o informatika I -Přednáška 2 ► DNA RNA protein * retroviry: RNA -> DNA ► jeden gen ujeden protein * RNA geny kódují RNA ► alternativní sestřih umožňuje tvorbu několika proteinů post-translační modifikace umožňují vznik různých forem jednoho typu proteinu Struktura DNA Z historie DNAje nosičem genetické DNA má strukturu antiparalelní Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kód Struktura proteinů Primární struktura Sekundární struktura Terciární struktura (domény) Kvartórní struktura (k Funkce proteinů Příště Exprese genů IV107 Bioinformatika I -PřednáSka 2 Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelní Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky eooH DNAje nosičem genetické Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 StruKtura una z nistorie UNA je nosičem geneticKé informace UNA ma struKturu antiparaielní spirily Centrální dogma a genova exprese RepiiKace UNA TransKripce Tr St GeneticKý Kod *uKtura proteinu Primarní struKtura (SeKvence) SeKundarní struKtura Terciarní struKtura (domeny) Kvarterní struKtura (Komplexy) FunKce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiKy a proteomiKy Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparaielní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Příště Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nošicem geneticke Replikace DNA IV107 Bioinformatika I -Přednaska 2 Hlavní enzymy helikaza, DNA polymeraza Templat DNA Substrat deoxyribonukleotidy Produkt DNA Struktura DNA Z historie DNAje nosicem geneticke DNA ma strukturu antiparalelní Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Replikace DNA IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelní Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Příště Naštroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosicem geneticke Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 StruKtura una z nistorie UNA je nosičem geneticKé informace UNA ma struKturu antiparaielní spirily Centrální dogma a genova exprese RepiiKace UNA TransKripce Translace GeneticKý Kod St Primarní struKtura (SeKvence) SeKundarní struKtura Terciarní struKtura (domeny) Kvarterní struKtura (Komplexy) FunKce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiKy a proteomiKy Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparaielní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarni struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosicem geneticke Transkripce IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 Hlavní enzymy RNA polymeraza Tempiat DNA Subštrat deoxyribonukleotidy Produkt DNA Struktura DNA Z historie DNAje nosicem geneticke DNA ma strukturu antiparalelní Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Transkripce prenasí cast geneticke informace ž DNA na mobilní mRNA IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelní Centralní dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosicem geneticke Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 StruKtura una z nistorie UNA je nosičem geneticKé informace UNA ma struKturu antiparaielní spirily Centrální dogma a genova exprese RepiiKace UNA TransKripce Translace GeneticKý Kod St Primarní struKtura (SeKvence) SeKundarní struKtura Terciarní struKtura (domeny) Kvarterní struKtura (Komplexy) FunKce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiKy a proteomiKy Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparaielní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarni struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosicem geneticke Translace IV107 Bioinformatika I -PřednaSka 2 Hlavní enzymy ribozom Tempiat RNA Substrat aminokyseliny Produkt protein (bílkovina, peptid) Struktura DNA Z historie DNAje nosičem genetické DNA ma strukturu antiparalelní Centrainí dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ Translace probíha na ribozomech IV107 BioinformatiKa I -PřednasKa 2 StruKtura UNA Z historie UNAje nosicem geneticKe UNA ma struKturu antiparaielní Centrální dogma a genová exprese RepliKace UNA TransKripce Translace GeneticKy Kod StruKtura proteinu Primární struKtura (SeKvence) SeKundarní struKtura Terciarní struKtura (domeny) Kvarterní struKtura (Komplexy) FunKce proteinu príste Nastroje mol.biologie, genomiKy a proteomiKy Triplety nukleotidu koodují jednotlivá aminokyseliny IV107 Bioinformatika I -Přednaska 2 Struktura DNA Z historie řf/// / £5 i/ J / U TOTSěS 1 rOJTryplOíJhan //Jm DNA ma strukturu antiparaielní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Příště Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky DNAje nosicem geneticke Kod šproštředkovava tRNA IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 Kontrolní otázky 1. DNA určitého organizmu obsahuje 17% tymínu (T). Jaký je obsah cytozínu (C)? 2. Jaká je komplementární sekvence k sekvenci 5'-ACGT-3'? Co je na těchto sekvencích zajímavé? Jaké vlastnosti by mohl mít protein, který se váže na DNA s takovou sekvencí? Outline IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 A Z historie DNA je nošicem geneticke informace DNA maí štrukturu antiparalelníí špiraíly C R Tr Tr ese NA ce Geneticky kod Struktura proteinů Primární struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciární struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky Struktura DNA Z historie DNA ma strukturu antiparalelnl Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky/ kod Struktura proteinu Primarnl struktura (Sekvence) Sekundární struktura Terciární struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu priste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nošicem geneticke Struktura proteinů IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Struktura DNA Z historie Primární sekvence aminokyselin Sekundami hlavne a-helix a ///-struktura Terciarní 3-D usporädaní Domeny jedna nebo víc na protein Kvarterní komplexy skiadající še z více podjednotek DNA ma strukturu antiparalelní Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky n [ DNAje nosicem geneticke Skládání proteinů a druhý kód IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Mnoho čerstvě syntetizovaných proteinů se poskládá do své finální podoby bez pomoci dalších faktorů. ► demonstrováno na konkrétním proteinu (Anfinsen, 1966, ribonukleáza A) ► terciární struktura je zakódována v primární struktuře (kód dodnes neobjeven!) Struktura DNA Z historie DNAje nosičem genetické DNA má strukturu antiparaielní Centrální dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kód Struktura proteinů Primární struktura Sekundární struktura Terciární struktura (domény) Kvarterní struktura (k Funkce proteinů Příště Protein folding IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Fyzikalne-chemicke vlastnosti aminokyselin IV107 Bioinformatika I -Přednaska 2 Struktura DNA Z historie DNAje nosicem geneticke DNA ma strukturu antiparalelní Centrálni dogma a genová exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarni struktura (Sekvence) Sekundarni struktura Terciarni struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu priste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky □ r5> - "* 11» -O^O Aminokyseliny můžou být vůči sobě různě orientovány Torzní úhly: - "* II» -O^O Receptor cyklického AMP (dimer a DNA) IV107 Bioinformatika I -Prednáška 2 Prion ve forme PrPc a PrPsc IV107 Bioinformatika I -Přednaška 2 Příste IV107 Bioinformatika I -Prednaska 2 Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky Struktura DNA Z historie DNAje nosicem geneticke DNA ma strukturu antiparalelní Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Struktura proteinu Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Príste Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky Outline IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Dodatek For Further Reading Dodatek For Further Reading IV107 Bioinformatika I -Přednáška 2 Dodatek For Further Reading Projekt SIMAP http://www.czechnationalteam.cz/view.php?nazevclanku= simap&cisloclanku=2007020002 http://www.rozhlas.cz/leonardo/priroda/_zprava/321214