Obsah této stránky vyžaduje novější verzi aplikace Adobe Flash Player.

Získat aplikaci Adobe Flash Player

Biologické makromolekuly

Rozdělení biologických makromolekul

Makromolekuly mají relativní molekulovou hmotnost několik tisíc až milionů Daltonů. Biologické makromolekuly se řadí:

Do informačních biologických makromolekul (které nesou nebo jsou jí primárně určovány) lze zařadit nukleové kyseliny a proteiny. Jejich základní charakteristikou je polymerní charakter.

Polymer je makromolekula složená ze základních jednotek (monomerů) spojených kovalentní vazbou.

Nukleové kyseliny:

Jedná se o makromolekuly tvořené polynukleotidovými řetězci – polymer nukleotidů spojených navzájem fosfodiesterovou vazbou. Podle typu nukleotidů rozlišujeme ribonukleové kyseliny (RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Pořadí (sekvence) nukleotidů v DNA (RNA) se označuje jako primární struktura DNA (RNA).

Proteiny:

Proteiny (bílkoviny) jsou makromolekuly tvořené jedním či více polypeptidovými řetězci. Jedná se o polymer aminokyselin spojených peptidovými vazbami. Biologicky aktivních aminokyselin je celkem 21. Pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci tvoří primární strukturu polypeptidu (proteinů).

Sekundární, terciární a kvartérní struktura je dána různými vazbami aminokyselin v témže řetězci a mezi různými řetězci a jsou prostorové. Prostorovým uspořádání získávají proteiny biologické funkce.

Funkce proteinů:

Př. Třírozměrný model proteinu transportujícího ionty chloru v S. Typhimurium. Tento protein se skládá ze 4 řetězců s převahou sekundární struktury alfa helixu.

Sekvence a sekundární struktura polypeptidického řetězce (1KPL:A) proteinu:

Genetická informace jako základ života je zakódována v molekule DNA.

Lineární molekula DNA ukládá biologickou informaci v jednotkách známých jako nukleotidy. Jedná se o sekvenci nukleotidů se čtyřmi rozdílnými bázemi, tj. guanin, cytozin, adenin a tymin. Obecně je označujeme začátečními písmeny G, C, A, T, které specifikují, jaké proteiny budou v buňkách organizmu tvořeny a kde a kdy budou syntetizovány.

Část sekvence genu citlivosti na stres u prasat (CRC - calcium release channel protein – protein vápníkového kanálu, dříve označován jako HAL a RYR1).

ccccgcgggt gcctctgggg ttcccagagg tctccgaccc cagccgcccc cggcccgccc cccgccgcag cctgcggccc ctcctccata ttccctgacc tcagccccgg ctcctcgggc ctcgacatca gggtgacagg aggagagggc gaagatgagg tccagtttct gcggacagac gacgaggtgg tcctgcagtg aacgctacag gtgctcaagg agcagctcaa gctctgcctg gccgccgagg gcttcggcaa ccgcctctgc tcctggaaac ccaccagcaa cgcccagaat gtgccccccg atctggccat ctgctgcttc gtcctggagc gtccctgtac cgtccgagcc ctgcaggaga tgctggccaa caccgtggag gccggcgtgg agtcctccca gagcgggggc cataggacgc tcttgtatgg ccacgccatc ctgctccggc acgcgcacag tggcatgtat ctgagctgcc tcaccacctc ccgttccatg actgacaagc tggccttcga cgtgggactg caggaggatg cgacaggaga ggcctgttgg tggactacac acccggcctc caagcagagg tcggaaggag agaaggttcg agtaggggat gacctcatcc tcgtcagtgt ctcctctgag cgttacctgc acctgtcgac agccagtggg gagctccagg ttgacgcctc cttcatgcag acactgtgga acatgaaccc catctgctct ggctgtgaag aaggctatgt gactgggggt cacgtcctcc gcctctttca cggacacatg gatgagtgcc tgaccatctc ccccgctgac agtgatgacc agcgcagact tgtctactac gagggtggat ctgtgtgcac ccacgcccgc tccctctgga gactggaacc gctgagaatc agctggagtg ggagccacct gcgctggggc cagccgcttc gcatccggca tgtcaccacc gggaggtacc tggcgctcat cgaggaccag ggcctggtgg tggttgatgc cagcaaggcc cacaccaagg ccacctcctt ctgtttccgc atttccaagg agaagctgga tacggccccc aagcgggacg tggagggcat gggcccccct gagatcaagt atggggagtc actgtgcttc gtgcagcatg tggcctcggg cctgtggctt acctatgctg ccccagaccc caaggccctg cggctcggcg tgctcaagaa gaaggccatt ctgcaccagg aaggccacat ggacgatgca ctgtcactga cccgctgtca gcaggaggag tcccaggcgg cccgcatgat ctatagcact gctggcctct acaaccactt catcaagggc ctggacagct tcagcggaaa gccacggggc tctggggccc cggctggcac agcgctaccc ctcgagggcg tcatcctgag cctgcaggac ctcatcggct actttgagcc gccctcggaa gagctgcagc acgaggagaa gcagagcaag ctgcgcagcc tgcgcaaccg ccagagcctc ttccaggagg aggggatgct ctccctggtc ctgaattgca ttgaccgcct aaatgtctac accactgctg cccactttgc tgagtttgca ggagaggagg cagccgagtc ctggaaagag attgtgaacc tgctgtatga gatcctggcc tctctgatcc gtggcaatcg tgccaactgt gcccttttct ccaacaactt ggattggctg gtcagcaagc tggatcgact ggaggcctcc tcagggatcc tggaggtgct gtactgtgtc ctgattgaga gtcctgaggt cctgaacatc atccaggaga accacatcaa gtccatcatc tcccttctgg acaagcatgg gaggaaccac aaggtgctgg atgtcctgtg ttccctgtgt gtgtgcaatg gtgtggccgt gcgctccaac caagatctca ttactgagaa cttgctgcct ggccgcgagc ttctgctgca gacaaacctc atcaactatg tcaccagcat ccgccccaac atctttgtgg gccgagcaga gggcaccaca cagtacagca aatggtactt tgaggtcatg gtggacgaag tggttccatt cctgacagct caggccaccc acctgcgggt gggctgggcc ctcaccgaag gctacagccc ctaccctggg ggcggcgagg gctggggcgg caacggggtc ggcgatgacc tctattccta cggctttgac gggctgcatc tctggacagg acacgtgcca cgcctggtga cttccccagg gcagcacctt ctggcccccg aggacgtggt cagctgctgc ctggacctca gcgtgccgtc catctccttc cgcatcaacg gctgccccgt gcagggcgtc ttcgaggcct tcaacctcaa cgggctcttc ttccccgtcg acccatcaag gagtatcggc gagaagggcc ccggggaccc cacctggtgg gccccagccg ctgcctctca cacaccgact ttgtgccctg cccggtggac actgtccaga ttgtcctgcc tccccatctg gagcgtatcc gggagaagct ggcagagaac atccatgaac tctgggcgct gacgcgcatc gagcagggct ggacctatgg cccggttcgg gatgacaata agcggctgca cccgtgtctc gtggacttcc acagcctccc ggagcccgag aggaattaca acctgcagat gtcgggggag acgctcaaga ctctgctggc gctgggctgc cacgtgggca tggcggacga gaaggcagag gacaacctga ggaagacgaa actccccaag acgtacatga tgagcaatgg gtacaagcca gcgccactgg acctgagcca tgtgagactg acgcctgcgc agaccacgct ggtggaccgg ctggcggaga acgggcacaa cgtgtgggcc gagaccgagc tggcccaggg ctggagctac agtgctgtgc aggacatccc agcgcgccgc aaccctcgcc tcgtgcccta ccgcctgcta gacgaggcca ccaagcgcag caaccgggac agcctttgcc aggctgtgcg caccctgctg ggctacggct acaacatcga gccgcccgac caggagccca gtcaggtgga gagccagtct cgctgggacc gtgtgcgcat cttccgggct gagaagtcct atgcggtgca gagcggccgc tggtacttcg agttcgaggc cgtcaccacg ggcgagatgc gagtgggctg ggcgcggcct gagctgcggc ctgatgtgga gctgggagcc gatgagctgg cctatgtctt caatgggcac cggggtcagc gctggcactt gggcagcgaa ctgtttgggc gtccctggca gtcgggcgat gtggtgggct gcatgatcga cctcacagag aacaccatta tcttcacgct caacggcgag gtcctcatgt ccgactcggg ctctgaaacc gccttccggg atatcgaggt tggggatggc ttcctgcccg tctgcagctt gggacctggc caggtgggcc acctgaacct gggccaggat gtgagctccc tgcggttctt tgccatctgc ggcctccagg aaggttttga gccattcgcc atcaacatgc agcgtcccgt cactacctgg ttcagcaaaa gccttcccca gtttgaggcc gtgcccctcg agcatcccca ctacgaggtg tctcgtgtgg acggcaccgt ggacacgccc ccctgcctgc gcctgaccca ccgcacctgg ggctcccaga acagtctggt ggagatgctc tttctccggc tgagcctccc tgtccagttc caccagcact tccgctgcac cgcaggggcc acccccctgg caccacctgg tctgcagccc cctgctgagg atgaggcccg ggcagcagaa cctgatcccg actatgaaaa cctgcgccgc tcagctgggc gctggggcga ggctgagggc ggcaaagaag gaactgccaa ggagggggca cccgggggca ctgcccaggc tggggtagag gcccagcctc ccagggcaga aaatgagaag gatgctacca cagagaagaa caagaagaga gggttcctat tcaaggccaa gaaggctgcc atgatgaccc agccaccggc caccccgact ctgcccagac tccctcacga ggtggtgcct gctgatgacc gcgatgaccc tgacatcatc ctcaacacca ccacgtacta ttactcggtg agggtcttcg ctggccagga acccagctgc gtgtgggtgg gctgggtcac ccccgactac caccagcacg acatgaactt cgacctcacc aaggtccggg cggtgacggt gaccatgggg gatgagcagg gcaacatcca cagcagcctc aagtgcagca actgctacat ggtgtggggt ggagactttg tgagccccgg gcagcagggc cggatcagcc acacagacct tgtcatcggc tgcctggtgg acttggctac tgggcttatg accttcaccg ccaacggcaa agagagcaac acctttttcc aggtggaacc caacacaaag ctgtttccag ccgtctttgt cctgcccaca caccagaacg tcatccagtt tgagctgggg aagcagaaga acatcatgcc gctgtccgct gccatgtttc tgagcgagcg caagaacccg gccccgcagt gcccgccccg gctcgagatg cagatgctga tgcccgtgtc gtggagccgc atgcccaacc acttcctgcg ggtggagacc cgccgtgccg gcgagcggct tggctgggcg gtgcagtgtc aggagccact gaccatgatg gcactgcaca tccctgaaga gaaccgatgc atggacatcc tggagctgtc cgagcgcttg gacctgcagc agttccactc gcacaccctc cgcctctacc gcgctgtgtg cgccctgggc aacaaccgcg tggcgcatgc gctgtgcagc cacgtggacc aggcgcagct gctgcacgcc ctggaggacg cgcacctgcc cggccctctg cgcgcaggtt actacgacct cctcatcagc atccacctgg aaagcgcctg ccgcagccgc cgctccatgc tctctgagta catcgtcccc ctcacgccgg agacccgcgc catcactctc ttcccgcctg gaaaaaggac ggaaaacggt ccccgccgcc acggcctgcc cggtgtcggc gtcaccacct cgctgaggcc tccgcaccat ttctcagccc cctgttttgt ggcagccctg ccagctgttg gagcggccga agccccggcc cgcctcagcc ccagcatccc tctggaggct ctgcgggaca aagcactaag aatgctgggg gaggcggtac gagacggtgg gcagcacgca cgcgaccctg tcgggggctc tgtggagttc cagtttgtgc ccgtgctcaa gctcgtgtcc accctgctgg tgatgggcat ctttggtgat gaggacgtga agcagatctt gaagatgatt gagcccgaag tattcactga ggaagaagag gaggaggagg aggaagaaga ggaggaagaa gaagatgagg aggagaagga ggaggatgag gaggaggagg cacgggagaa ggaggatgag gaaaaagagg aagaggagac agcagaaggg gaaaaagaag aatacttgga ggaagggctg ctccagatga agttaccaga gtctgtgaag ttacagatgt gtaatctgtt ggagtatttc tgtgaccaag agctgcagca ccgtgtggag ...

Komplementarita

Komplementarita je nejdůležitější vlastností a klíčem k porozumění jak se DNA replikuje, přenáší, mutuje a uchovává genetickou informaci. Jeden řetězec DNA je složen z nukleotidových podjednotek obsahující cukr deoxyribózu, zbytek kyseliny fosforečné a jedné ze čtyř dusíkatých bazí (adenin, tymin, cytozin, guanin). Molekula DNA je tvořena dvěma řetězci nukleotidů spojených komplementárně páry bazí A-T a G-C.

Obsah této stránky vyžaduje novější verzi aplikace Adobe Flash Player.

Získat aplikaci Adobe Flash Player

Genetická informace je digitální

Molekula DNA je třídimenzionální, ale genetická informace v ní uložená je jednodimenzionální a digitální protože:

  1. je v ní zakódována jako specifická sekvence písmen po délce molekuly,
  2. každá jednotka informace (písmena, nukleotidy) je diskrétní.

Protože genetická informace je digitální, může být uložena do paměti počítače, stejně jako v DNA. Lze provézt i opačný postup, kdy dle sekvence uložené v počítači, lze vytvořit přesné repliky DNA při umělé syntéze DNA.

Oblasti DNA, které kódují proteiny nebo funkční RNA (tRNA, rRNA) se nazývají geny. Podél dvojité šroubovice DNA jsou oblasti kódující proteiny odděleny oblastmi nekódujícími. U baktérií je asi 90 % oblastí kódujících z celého genomu. U lidí je zastoupena kódující část genomu asi 2 - 3 %.

Všechny žijící organizmy jsou blízce příbuzné

Čtyři písmena tvoří neomezený počet kombinací > neomezený počet druhů proteinů > neomezený počet druhů organizmů. Důkazem je existence jednobuněčných organizmů až po mnohobuněčné komplexní živočichy.

Základní genetický jazyk je prakticky stejný pro všechny organizmy. Rozdíly jsou v obsahu a množství informace, a kdy a kde je genetická informace projevená, tzn., že je konvertována do RNA a proteinu.

Uložení DNA v jádře buňky - chormozomy

Molekuly DNA jsou u buněčných organizmů uspořádány do chromozomů, organel, které uchovávají a organizují genetickou informaci, duplikaci, expresi a evoluci DNA. Celá jedna sada chromozomů v každé buňce je její genom. Lidské buňky mají 24 odlišných druhů chromozomů nesoucích asi 3 miliardy párů bazí, v kterých je zapsáno asi 30 tisíc genů.

U prokaryotických organizmů je chromozom reprezentován jednou kruhovou DNA, která je v cytoplazmě. U eukaryotů je DNA organizována do lineárních chromozomů, které jsou uloženy v jádře buňky (viditelné při dělení buňky).

Schématická struktura chromozomu po S fázi buněčného cyklu – na začátku buněčného dělení. DNA byla v S fázi zdvojena a jeden chromozom se skládá ze dvou identických chromatid.

Diploidní jádro a triploidní jádro v interfázi (chromozomy barveny metodou FISH):

2n 3n

Chromozomální teorie a Mendelovy principy

  1. Každá buňka obsahuje dvě kopie každého chromozomu a tedy dvě kopie každého genu.
  2. Chromozomy se jeví, že se nemění, jsou-li přenášeny z rodičů na potomky v průběhu generací, podobně jako Mendelovy faktory.
  3. Během meiózy se homologní chromozomy párují a také rekombinují (kdy při crossing-overu dochází k výměně částí chromozomů mezi homology – tedy mezi chromozomy pocházející od otce a od matky), pak se oddělují do různých gamet, stejně jako když alternativní alely každého genu segregují do různých gamet.
  4. Maternální a paternální kopie každého chromozomálního páru se oddělují do opačných stran pólů buňky nezávisle na ostatních homologních párech. Zároveň se alternativní alely různých, nezávislých genů volně a náhodně kombinují.
  5. Při oplození se sada chromozomů vajíčka spojí se sadou chromozomů spermie, stejně jako alely získané od jednoho rodiče se spojí náhodně s alelami od druhého rodiče.
  6. Ve všech buňkách odvozených z oplodněného vajíčka je polovina chromozomů a polovina genů maternálního původu a druhá polovina paternálního.

Závěr

  • Pozorování a experimenty umísťují dědičný materiál do jádra buňky, speciálně do chromozomů.
    • Mitóza
    , při které se rovnoměrně rozdělují chromozomy do dvou dceřiných buněk, zajišťuje, že každá somatická buňka v organizmu nese stejnou sadu chromozomů (a tedy stejnou genetickou informaci).
    • Meióza
    rozděluje jednoho člena z homologního páru chromozomů do haploidních buněk, které se stávají gametami. Gametogeneze je proces, při kterém probíhá jak meióza tak mitóza a specializované zárodečné buňky diferencují do gamet.
  • Gametogeneze je proces, při kterém probíhá jak meióza tak mitóza a specializované zárodečné buňky diferencují do gamet.

Obsah této stránky vyžaduje novější verzi aplikace Adobe Flash Player.

Získat aplikaci Adobe Flash Player

Obsah této stránky vyžaduje novější verzi aplikace Adobe Flash Player.

Získat aplikaci Adobe Flash Player