-
jaké typy záření považujeme za Fyzikální mutageny?
- ionizující záření (rentgenové, gama, kosmické): vyvolává zlomy DNA
- neionizující záření (UV): specifická absorbce při vlnové délce 260 – 280 nm, tvorba dimerů tyminu
- stupeň poškození DNA odpovídá dávce absorbovaného záření
-
charakterizuj ionizující záření
- kratší vlnové délky a větší energie než u světla viditelného
- proniká hluboko do tkání, naráží do atomů, uvolňuje elektrony, vznikají pozitivně nabité radikály a ionty, které vyvolávají vznik dalších iontů (proces ionizace)
-
charakterizuj UV záření
- nižší energie než u ionizujícího záření
- proniká jen do svrchních vrstev, silný mutagen u jednobuněčných organismů
- nezpůsobuje ionizace
- energie záření je zachycena atomy, jejichž elektrony přecházejí do excitovaného stavu – zvýšení reaktivity atomů a molekul
- v DNA tím dochází k vzniku mutací
- největší mutagenní účinky při 254 nm (maximum absorpce bází při této vlnové délce)
-
-
Biologické mutageny tvoří ...
- viry
- mobilní genetické elementy
-
jaký vliv mají Mutace indukované mobilními elementy?
- transpozony: oblasti DNA, které se mohou v genomu přemísťovat
- inzerce transpozonu může gen inaktivovat (mutagenní účinek)
-
vyjmenuj typy oprav DNA
- enzymy vyhledávají poškození DNA a aktivují opravu
- rozšířené od bakterií po člověka
- oprava chybného párování („mismatch repair“)
- excizní oprava
- oprava závislá na světle (fotoreaktivace) – jen u bakterií
- postreplikační oprava
- oprava náchylná k chybám („error-prone“)
- Na opravách DNA závisí stabilita genů
- opravné mechanismy vycházejí z existence dvou kopií genetické informace v dvoušroubovici DNA
- poškozený řetězec je opraven podle nepoškozeného
- poškozený řetězec je identifikován podle atypických struktur DNA
- mutace v genech kódujících reparační proteiny zvyšují frekvenci mutací,
- často vedou k predispozici k rakovině
-
charaktrizuj „mismatch repair“
- oprava chybného párování
- opravné mechanismy opraví 99% chybně spárovaných bází
- opravné proteiny chybné páry naleznou, navážou se na ně, zajistí odstranění nespárované oblasti a resyntézu
-
jaké tři kroky jsou typické pro Excizní opravu?
- DNA-endonukleáza rozezná poškozenou bázi v DNA, naváže se na ni a vyštěpí ji
- DNA-polymeráza zaplní mezeru s využitím nepoškozeného komplementárního vlákna jako matrice
- DNA-ligáza spojí zlomy ponechané DNA-polymerázou
-
v jakých dvou variantách existuje Excizní oprava?
- bázová excizní oprava odstraňuje abnormální nebo chemicky modifikované báze z DNA
- nukleotidová excizní oprava odstraňuje rozsáhlejší defekty v DNA
- obě varianty fungují ve tmě a jsou k dispozici u většiny organismů
-
popiš kroky Bázové excizní opravy
- DNA-glykozyláza rozeznává abnormální báze v DNA a štěpí glykozidickou vazbu mezi poškozenou bází a deoxyribózou ↣ tím vznikají apurinová nebo apyrimidinová
- místa (AP-místa)
- AP-endonukleázy rozeznají AP-místa, která
- společně s fosfodiesterázami štěpí – dojde k
- přerušení cukr-fosfátové kostry
- DNA-polymeráza nahradí chybějící nukleotid podle komplementárního řetězce
- DNA-ligáza obnoví cukr-fosfátovou kostru
-
popiš fáze Nukleotidové excizní opravy
- specifická endonukleáza (tzv. excinukleáza) vytvoří zářezy z obou stran úseku poškozených nukleotidů
- vyštěpení oligonukleotidového fragmentu obsahujícího poškozené báze
- mezera je odstraněna DNA-polymerázou a DNA-ligázou
-
v důsledku čeho vznikají v DNA po UV záření tyminové dimery?
- v důsledku kovalentních křížových vazeb mezi sousedními tyminy
-
vysvětli princip Fotoreaktivace
- oprava závislá na světle
- odstraňuje tyminové dimery
- zajištěna enzymem DNA-fotolyázou, který je aktivován viditelným světlem
- DNA-fotolyáza dimery rozpoznává, naváže se na ně a rozštěpí kovalentní křížové vazby s využitím světelné energie
- vazba na dimery nastává i ve tmě, štěpení jen po aktivaci světelnou energií
-
co je xeroderma pigmentosum?
- extrémní citlivost k slunečnímu záření, vznik nádorů kůže
- důsledek poruchy v opravě DNA po UV záření (tyminových dimerů)
- mutace v genech kódujících proteiny zapojené do nukleotidové excizní opravy
- často je postižena excinukleázová aktivita
-
důsledkem poruch v nukleotidové excizní opravě jsou jaká onemocnění?
- Cocaynův syndrom – opožděný růst, poruchy mentálních schopností
- trichothiodystrofie – krátké končetiny, lomivé vlasy, šupinatá pokožka, psychomotorická retardace
-
díky opravným mechanismům se změny ve struktuře DNA v průběhu evoluce hromadí pomalu mezi člověkem a šimpanzem je asi 5 milionů let divergence, ale jejich nukleotidové sekvence v DNA jsou z... % identické
- 96
- díky přesnosti procesů replikace a reparace došlo během 100 milionů let jen k minimálním změnám genetické informace
-
kde dochází k Rekombinaci DNA a jaký má význam?
- výměna úseků molekul DNA mezi chromozomy
- nastává často během meiozy při pohlavním rozmnožování – výměny částí homologních chromozomů
- zvětšení genetické diversity u potomstva – evoluční výhoda
- existuje i v prokaryotických buňkách (po přenosu cizorodé DNA transformací, transdukcí nebo konjugací)
-
jaký je rozdíl mezi homologní a nehomologní rekombinací?
- homologní výměna genetického materiálu mezi chromozomy, které jsou natolik podobné, že mezi nimi může dojít k párování bází
- běžná mezi dvěma kopiemi téhož chromozomu (v meioze) a při opravách zlomů v DNA
- nehomologní nevyžaduje sekvenční
- homologii
-
popiš Molekulární základ homologní rekombinace
- vzájemné rozeznání homologních úseků dvou řetězcových DNA
- přerušení jednoho řetězce každé dvoušroubovice
- výměna řetězců
- znovuspojení za vzniku Hollidayovy struktury
- reakce zprostředkovány rekombinačními enzymy
-
co se děje při dokončení rekombinace?
- Hollidayova struktura může izomerizovat
- oddělení rekombinantních molekul rezolvázou
-
co je a kde probíhá Místně specifická rekombinace?
- mezi nehomologními sekvencemi
- mechanismus, kterým se přesouvají mobilní genetické elementy
- řízená enzymy, které rozeznávají krátké
-
co jsou Transponovatelné genetické elementy?
- sekvence DNA, které se mohou přemísťovat v genomu (náhodně)
- neexistují samostatně jako plazmidy nebo viry
- vymezeny koncovými sekvencemi
- významný zdroj genomové nestability
- výskyt v genomech mnoha druhů (bakterie, houby, rostliny, živočichové)
- často tvoří jejich významnou součást (4% u kvasinek, 70% u některých obojživelníků a rostlin)
- nesou gen kódující enzym pro vlastní transpozici
- ovlivňují strukturu chromozomů a genovou expresi
-
Transponovatelné elementy: strukturní a funk
ční odlišnosti: 3 třídy
- - transpozony „cut and paste“
- - replikativní transpozony
- - retrotranspozony
-
charakterizuj Transponovatelné elementy „cut and paste“
- nereplikativní
- vyštěpení a přesun
- oba kroky řízeny enzymaticky
- v donorovém místě zůstává DNA přerušena, což může být letální pokud nedojde k opravě
- nutná transponáza
-
-
charakterizuj Replikativní transpozony
- transpozice provázena replikací
- jedna kopie transpozonu zůstává v původním místě a jedna kopie se začleňuje do nového místa
- nutná transponáza a rezolváza
- vzácnější než „cut and paste
-
charakterizuj Retrotranspozony
- kódují zpětnou transkriptázu
- šíří se procesem retropozice, který je zprostředkován RNA intermediátem a má duplikativní charakter
- do genomu se začleňuje kopie transpozonu vytvořená zpětnou transkripcí
- při retropozici se střídá transkripce se zpětnou transkripcí
- na rozdíl od retrovirů se netvoří virové částice – pouze nitrobuněčný cyklus
-
popiš Transponovatelné elementy u bakterií
- přemísťují se v rámci bakteriálního chromozomu nebo mezi chromozomem a plazmidem
- obklopeny přímými repeticemi v důsledku transpozice a obrácenými repeticemi (vymezujícími konec elementu)
-
Hlavní typy Transponovatelných elementů u bakterií
- - IS-elementy - obsahují pouze geny pro transpozici
- - složené transpozony a Tn3-elementy - obsahují navíc geny,které kódují produkty nesouvisející s procesem transpozice
-
popiš IS-elementy
- obvykle menší než 2,5 kb
- ohraničeny krátkými obrácenými koncovými repeticemi
- mutace v koncových repeticích eliminuje přemísťovací schopnost
- obsahují pouze geny pro zajištění a regulaci transpozice
- kódují transponázu: váže se ke koncům elementu, kde štěpí oba řetězce DNA – uvolnění elementu
-
v místě začlenění IS elementů nastává
duplikace ...
části cílové DNA
-
jak jsou dlouhé duplikované oblasti v důsledku začlenění IS elementů?
2-13 pb
-
kde se nacházejí duplikované oblasti vzniklé v důsledku začlenění IS elementů?
- nacházejí se po obou stranách elementu a
- mají charakter přímých repetic - důsledek doplnění ssDNA na dsDNA
- mohou ovlivnit expresi genu, do kterého se začlení
-
popiš Složené transpozony (Tn)
- obdobné koncové struktury
- nesou rezistenční markery
-
popiš Transpozon Tn3
- obsahuje geny, které nejsou pro transpozici nezbytné
- na koncích jsou jednoduchá obrácená opakování
- v cílovém místě nastává duplikace
- Struktura:
- gen pro transponázu/rezolvázu a jejich represor
- gen pro beta-laktamázu (rezistence k Amp)
-
popiš Význam bakteriálních transpozonů v lékařství
- často obsahují geny pro rezistenci k antibiotikům
- geny se mohou snadnou šířit a zvyšovat odolnost patogenních bakterií k antibiotikům
- komplikace léčby infekčních onemocnění
- šíření rezistence umožňuje nadužívání antibiotik, šíření rezistenčních genů transpozony a konjugací
-
jaké znáš formy Transpozonů u eukaryot?
- P-elementy u drozofily
- Ty elementy u kvasinek
- u člověka retrotranspozony LINE tvoří asi 15% genomu (většinou imobilní „fosilie“, které kvůli mutacím nejsou schopny transpozice)
- některé si pohyblivost udržují a mohou způsobit choroby
-
popiš Sekvenci Alu v genomu člověka
- retrotranspozony
- krátká sekvence (350 pb)
- 1 milion kopií, 11% lidského genomu
- řazeny do „junk“ DNA, ale zřejmě hrají roli v určitých buněčných pochodech (např. představují místo vazby kohesinových
- komplexů, které udržují replikované chromozomy u sebe před segregací)
-
Význam transponovatelných elementů pro organizaci genomu
- jeho podstatná součást
- zvyšují četnost mutací (u drozofily se odhaduje, že vyvolávají až polovinu spontánních mutací)
- indukce chromozomových přestaveb vyvolaná rekombinací mezi transpozony
-
Význam transponovatelných elementů pro evoluci
- přirozené nástroje genového inženýrství
- šíří se a tím mohou svým hostitelům poskytovat selekční výhodu
- jiné jsou genovými parazity
|
|
