C4182 Biochemie II 03-Regulace proteosyntézy, manipulace FRVŠ 1647/2012 2/25/2013 1 Petr Zbořil Obsah •Mutace bodové, inzerce, delece, substituce, význam, geneticky podmíněné choroby, mitochondriální genom. •Regulace exprese genů u prokaryontů (inducibilní, represibilní systém, operon, represor, regulátorový gen). •Praktické aspekty – účinek antibiotik, antimetabolity. •Genové manipulace, GMO, syntéza oligonukleotidů, řízená mutageze, umělé geny. • 2/25/2013 Petr Zbořil 2 Mutace •Změny v genomu buňky na různých úrovních oRozdíly pro- a eukaryontů obodové mutace – týkají se jednoho nukleotidu v sekvenci DNA omutagenní faktory – vnější a vnitřní – nepřesnosti při replikaci - jistá pravděpodobnost – opravy ovnější – indukovaná mutace – fysikální (záření – dimery T-T), chemické mutageny (HNO2, dusíkatý yperit aj.) oGMO • •Bodové mutace oinserce, delece, - brzké ukončení syntézy polypeptidu osubstituce – záměna aminokyseliny (ne vždy) – odlišná bílkovina • • 2/25/2013 Petr Zbořil 3 Mutace •Bodové mutace oinserce, delece – posun čtení – brzké ukončení syntézy polypeptidu oSubstituce – záměna aminokyseliny (ne vždy) – odlišná bílkovina • • 2/25/2013 Petr Zbořil 4 Mutace •Význam mutací onové vlastnosti ovýhody a nevýhody opositivní a negativní mutace orelativita, vliv podmínek, prostředí apod . – selekční tlak – vitaminy vs. hem, baze •Homologie bílkovin – vývoj druhů •Geneticky podmíněné choroby – příklady ofenylketonurie, cystická fibrosa, HbS atd. •Vliv alelisace na projev choroby ohetero a homozygoti •Poruchy mitochondriálního genomu onejsou alely – prokaryontní typ ojen od matky oporuchy energetického metabolismu, svalové dystrofie 2/25/2013 Petr Zbořil 5 Regulace proteosyntézy oMnožství míst, efektivita oSložité vztahy oDiferenciace buněk atd. • • • 2/25/2013 Footer Text 6 Regulace proteosyntézy •Regulace transkripce – represe a indukce oMikrobiální model - iduktivní mechanismus – Monodův model (NC 1965 F. Jacob, A. Lwoff, J. Monod) o • • • • • • • •Využití laktosy • • 2/25/2013 Footer Text 7 Regulace proteosyntézy •Induktivní mechanismus oAktivní represor inaktivován induktorem • • • 2/25/2013 Footer Text 8 Regulace proteosyntézy •Represivní mechanismus oInaktivní represor aktivován ko-represorem • • • • • •Represe syntézy •Try 2/25/2013 Footer Text 9 Regulace proteosyntézy • • • 2/25/2013 Footer Text 10 Katabolická represe Dobrý substrát (glukosa) reprimuje syntézu enzymů pro využití jiných substrátů, i když jsou přítomny (laktosa) – zahrnuje další mechanizmy – transportní bílkoviny. Proteosyntéza • • •Srovnání proteosyntézy pro- a eukaryontů ostruktura chromosomů oorganisace genů (introny u eukaryontů), oalelisace oodlišnosti v proteosyntetickém aparátu – využití pro terapii • • 2/25/2013 Footer Text 11 Proteosyntéza •Zásah inhibitorů do procesů přenosu genetické informace •Replikace a transkrpce – oantimetabolity inhibující synt. nukleotidů (methotrexat) oDNA (cisplatina), etidiumbromid, ospec. eukaryntní – faloidin, amanitin (inhibice RNA polymerázy) ospec. prokaryontní – rifampicin, aktinomycin D •Translace ou prokaryontů •tetracykliny (obsazení místa A na ribosomech), •chloramfenikol (inhibice peptidyltransferázové reakce), •streptomycin (vazba na 30S podjednotku) oeukaryonti •cykloheximid (inhibice peptidyltransferázové reakce) •toxiny C. diphteriae, Ps. aeruginosa (ADPribosilace elF2) • • 2/25/2013 Footer Text 12 Proteosyntéza • •Organely a jejich genetický aparát - mitochondrie a chloroplasty •Organisace a vlastnosti odpovídají prokaryontům •Většina genů kodujících jejich bílkoviny je součástí jaderného genomu oTransport bílkovin z cytoplasmy do organel oPáry alel •Mitochondriální genom oGenetické studie, mateřská linie •Mitochondriální choroby oPoškození ROS o1 alela • 2/25/2013 Footer Text 13 Proteosyntéza •Viry – jen genetický materiál oDNA nebo RNA – exprese hostitelskou buňkou •RNA-viry (např. HIV aj. retroviry) oreversní transkriptáza – syntéza DNA podle RNA • • • • • • • •Cílové místo inhibice, biotechnologické využití - cDNA 2/25/2013 Footer Text 14 Genové manipulace •Základní principy oPříprava genu – izolace, syntéza (modifikované) •Viz syntézy genů oÚprava konců oGen se inkorporuje do nosiče – vektoru (analogie se strategií virů) oVnesení do hostitelské buňky oExprese •Využití restrikčních endonukleáz oPalindromové sekvence – specifické místo hydrolýzy •- reversních transkriptáz oVyřeší problém intronů oUmožní syntézu cDNA i bez genu – z mRNA • • 2/25/2013 Petr Zbořil 15 Genové manipulace •Využití restrikčních endonukleáz (palindromové sekvence) • 2/25/2013 Petr Zbořil 16 Genové manipulace •Vložení štěpu oVektor oCílový organizmus oManipulace s vlastními ogeny (pod jiný promotor) oProblémy GMO oVyužití •Terapie – inzulin •Růst •Odolnost – kukuřice •Další • • • • • • 2/25/2013 Petr Zbořil 17