IV107 Bioinformatika I Přednáška 2 Katedra informačních technologií Masarykova Univerzita Brno Jaro 2011 aculty-logc 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/ ► Klasická genetika ► Genetické molekuly ► Organizace a řízení genetických procesů ► Princip rakoviny http://www.dnalc.org/home.html Hierarchie biologickych struktur aculty-logc Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosičem genetické informace DNA ma strukturu antiparalelní spiraly Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kod Str Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc Kořeny genetiky Gregor J. Mendel V pokusech s rostlinami si všiml, že potomství dvou rodiCU nežavisí na jejich vzhledu /fenotyp/, nýbrž na jakýchsi symbolicky popsaných faktorech, ktere do žnacne míry odpovídají dnesnímu ožnacení gen /genotyp/ jaculty-logd 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 faculty-logO □ r3i - ■* -li* -oo^ty Zastoupení nukleotidů v různých organismech Organizmus %A %G %C %T A+G T +C A+T G+C E.coli 24.7 26.0 25.7 23.6 1.03 0.93 S.lutea 13.4 37.1 37.1 12.4 1.04 0.35 S.cerevisae 31.3 18.7 17.1 32.9 1.09 1.79 H.sapiens 30.9 19.9 19.8 29.4 1.00 1.52 Dedukce: Nukleotidy se vyskytují v parech From A.L.Lehninger (1970), Biochemistry, Worth Publishers, New York acultý-logc Difrakce na molekule DNA Difrakce krystalické DNA z roku 1952 od Rosalind Franklin Svedcí o periodicite 0.3nm a 3.4nm aculty-logc □ gi - ■* -li"* -OQ^ty 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 jaculty-logd Struktura DNA Struktura DNA Uspořádání DNA v jádře Uspořádání Pocet nukleotidů Relátivní delká k jádru Lineární 10000 600000 PloSne 25 mil 240 Prostorové 62.5 mld 0.1 Prostorove uspořádání DNA se 12000000 nukleotidy v jádře o rozmerech 0.0034 mm (rozmery jednoho páru nukleotidu dle modelu Wátsoná á Crická jsou 1.36 x 0.34nm). áculty-logc □ g - » -51"=! -O^O Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosičem genetické informace DNA ma strukturu antiparalelní spiraly Centrální dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Genetický kod Str Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc Základní pravidla ► 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 aculty-logc □ g - » -51"=! -O^O Exprese genů jaculty-logd Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosicem geneticke informace DNA ma strukturu antiparalelní spirily Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Str Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc Replikace DNA Hlavní enzymy Tempiat Substrat Produkt helikaza, DNA polymeraza DNA deoxyribonukleotidy DNA aculty-logc Replikace DNA jaculty-logd Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosičem genetické informace DNA ma strukturu antiparalelní spiraly Centrální dogma a genova exprese Repl I i\Cl UC I—/1 NA Transkripce Translace Geneticky kod Str Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc □ r3i - ■* -li"* -0<\(y Tranškripce Hlavní enzymy Templat Subštrat Produkt RNA polymeraza DNA deoxyribonukleotidy DNA faculty-logo Transkripce přenáší část genetické informace z DNA na mobilní mRNA aculty-logc □ gi - ■* -li-* -o<\(y Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosicem geneticke informace DNA ma strukturu antiparalelní spiraly Centralní dogma a genova exprese Replikace DNA Transkripce Translace Geneticky kod Str Primarní struktura (Sekvence) Sekundarní struktura Terciarní struktura (domeny) Kvarterní struktura (komplexy) Funkce proteinu Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc Translace Hlavní enzymy Templat Substrat Produkt ribozom RNA aminokyseliny protein (bílkovina, peptid) aculty-logc Translace probíhá na ribozomech E-site r-5ile A-site faculty-logO Triplety nukleotidů kcbdují jednotlivá aminokyseliny ^ifufG mil / U TÍSfa //Jm faculty-logO KOd sprostredkováva tRNA Kontrolní otázky 1. DNA určitého organizmu obsahuje 17% tymínu (T). Jaký je obsah cytozínu (C)? 2. Jaká je komplementární sekvence k sekvenci ô'-ACGT-S'? Co je na těchto sekvencích zajímavé? Jaké vlastnosti by mohl mít protein, který se váže na DNA s takovou sekvencí? aculty-logc □ gi - ■* -li"* ^Q^O Outline Struktura DNA Z historie DNA je nosicem geneticke informace DNA ma strukturu antiparalelní spiraly 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 Nastroje mol.biologie, genomiky a proteomiky aculty-logc □ gi - ■* -li* -o<\(y Struktura proteinů Primární sekvence aminokyselin Sekundární hlavne a-helix a //-struktura Terciární 3-D usporadaní Domeny jedna nebo víc na protein Kvarterní komplexy skladající se z více podjednotek aculty-logc □ r3i - ■* -li* -0<\(y Skládání proteinů a druhý kód 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!) aculty-logc □ gi - ■* -li"* ^Q^O Protein folding Fyzikalně-chemické vlastnosti aminokyselin aculty-logc □ gi - ■* -li-* -o<\(y Aminokyseliny můžou být vůči sobě různě orientovány II! I II i i ' r I Torzní úhly: 0, tp, u cis (w = 0°) trans (w = 180°) aculty-logc □ gi - ■* -li"* 'O^O Ramachandranuv diagram □ gi - ■* -lit -oo^ty a-helix (-skladany list (A) (B> faculty-logo □ gi - ■* -lit -oo^ty Otocky nebo šmycky (angl. turnš) Disulfidicky (cysteinovy) mostik polypeptide disulfide bridge faculty-logO □ g - » -51"=! O^O Zobrazení 3-D struktury proteinu wire-fiame ball and stkk space-f illing iurface Kvarterní struktura hemoglobinu Dílčí funkce proteinů ► Enzymy + katalyzátory znižují energetický práh reakcí + substrát se proměňuje v produkt + aktivní místo ► Interakce protein-protein ► Interakce protein-DNA ► Interakce protein-ligand ► Transdukce signálu, regulace ► Strukturní proteiny (vlákna, g lýko proteiny) ► Transportní ► Póry a kanály ► Pumpy ► Motory Motory aculty-logc ATPaza Kanal umoznuje ionum proniknout membránou aculty-logc □ Si - ■* -II"* -T)<\(y Receptor cyklického AMP (dimer a DNA) 1 aculty-logc Prion ve forme PrPc a PrPsc Pffste Nastroje mol.biologie, genomiky a pfoteomiky laculty-logd Outline Dodatek faculty-logo □ gi - ■* -II"* -oo^ty For Further Reading Projekt SIMAP http://www.czechnationalteam.cz/view.php?nazevclanku= simap&cisloclanku=2007020002 http://www.rozhlas.cz/leonardo/priroda/_zprava/321214 aculty-logc □ r3i - ■* -lit -o<\(y