Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Biochemická genetika prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Biochemická genetika prof. Ing. Václav Řehout, CSc."— Transkript prezentace:

1 Biochemická genetika prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

2 Biochemická genetika – Součást genetického polymorfismu Detekovatelný vizuálními metodami. Morfologický Detekovatelný imunologickými metodami. Imunologický Detekovatelný molekulárně biologickými metodami. DNA Detekovatelný biochemickými metodami, zejména elektroforézou. Biochemický

3 Biochemický polymorfismus Je výskyt několika funkčně nebo strukturně odlišných variant jednoho a téhož proteinu, jehož syntéza je řízena z jednoho lokusu. Jeho fenotypovou podstatou Je výskyt více jak jedné alely alternující na jednom chromozomálním lokusu. Jeho genotypovou podstatou

4 Každá alela determinuje jinou variantu téhož proteinu (lišící se ve struktuře nebo funkci) Genetická determinace neboli Jeden protein – jeden lokuskaždý protein – jiný lokus Jedna varianta proteinu. Homozygotní lokus Dvě varianty proteinu. Heterozygotní lokus

5 Život - Země - Bílkoviny Na Zemi např. 20 milionů živočichů a rostlin. Každý druh 100 – různých duhů bílkovin. V téže bílkovině mezidruhové rozdíly. Například hemoglobin skotu a koně. Výsledkem je existence miliard variant bílkovin na Zemi.

6 Geneticky vzniká translací mRNA. Varianta proteinů je dána: Dána počtem a pořadím aminokyselin v řetězci bílkoviny. Primární strukturou Je dána prostorovým uspořádáním bílkoviny. Sekundární strukturou Je dána počtem řetězců tvořících bílkovinu. (např. alfa a beta řetězec hemoglobinu.) Kvarterní strukturou Není pravděpodobně geneticky řízena a je dána interakcí mezi jednotlivými aminokyselinami, což vytváří prosto- rovou variabilitu. Každý řetězec determinován vlastním genem.

7 Identifikace polymorfních variant proteinů – základní metoda Umožňuje rozdělení směsi polymorfních variant na základě: Rozdílů ve velikosti molekuly. (Dělení v porézném nosiči.) Čím menší molekula, tím rychlejší prostup agarozou. ELFO na škrobovém gelu (agaroze – porezní materiál) Čím vyšší el. náboj, tím rychlejší postup k opačnému pólu. ELEKTROFORÉZA Rozdílů ve velikosti elektrického náboje. (Dělení v elektrickém poli.)

8 Identifikace polymorfních variant proteinů – schéma ELFO + Katoda - Anoda ELFO VANA s vodivým roztokem Směry migrace proteinů Agarozová deska Zářezy pro vzorek proteinu

9 Identifikace polymorfních variant proteinů – foto ELFO

10 Schematické znázornění pohyblivosti hemoglobinu skotu (elekroforeograf)

11 Typy biochemické variability proteinů (Struktura proteinu změněna, funkčnost nezměněna.) Variabilita bez detekovatelné změny aktivity Při současné změně funkce proteinu (aktivity enzymu). Variabilita ve struktuře proteinu Taková mutace genu, která blokuje vznik proteinu. Chybění bílkoviny Při současné změně v množství vznikajícího proteinu.

12 Genetická determinace biochemického polymorfismu Je nejčastější. Kodominance Je vzácná. Recesivita s nulovým fenotypem Recesivita nebo dominance V heterozním genotypu projev obou alel. Nulová alela nedeterminuje žádnou variantu proteinu (nebo v nedetekovatelné míře). Klasický typ dědičnosti u morfologického polymorfismu. Méně častý u polymorfismu biochemického. Vznik jedné varianty polymorfního proteinu řízen z více lokusů. Vzácný typ dědičnosti. Vícemolekulární proteiny (1.lokus) s různým počtem prostetických skupin (2. lokus).

13 Polymorfismus proteinů – terminologie Polymorfní systémPolymorfní variantaGenotyp

14 Polymorfní systémPolymorfní variantaGenotyp Je určitý, konkrétní druh bílkoviny. Zahrnuje varianty téhož proteinu, tj. jednoho polymorfního systému Je děděn z jednoho chromozomálního lokusu Je označován značkou, zkratkou příslušného druhu bílkoviny (Hb-hemoglobin, Am-amyláza, Tf-transferin atd.). Polymorfismus proteinů – terminologie

15 Polymorfní systémPolymorfní variantaGenotyp Je určitý, konkrétní druh bílkoviny. Zahrnuje varianty téhož proteinu, tj. jednoho polymorfního systému Je děděn z jednoho chromozomálního lokusu Je označován značkou, zkratkou příslušného duhu bílkoviny (Hb-hemoglobin, Am-amyláza, Tf-transferin atd.). Je varianta konkrétního druhu proteinu (zjištěná např. elektroforeticky). Je determinována jednou z alel polymorfního genu. Označuje se zkratkou a zpravidla písmenem označujícím alelu (Tf A, Tf B, Hb A, atd.). Polymorfismus proteinů – terminologie

16 Polymorfní systémPolymorfní variantaGenotyp Je určitý, konkrétní druh bílkoviny. Zahrnuje varianty téhož proteinu, tj. jednoho polymorfního systému Je děděn z jednoho chromozomálního lokusu Je označován značkou, zkratkou příslušného duhu bílkoviny (Hb-hemoglobin, Am-amyláza, Tf-transferin atd.). Je varianta konkrétního druhu proteinu (zjištěná např. elektroforeticky). Je značen zkratkou polymorfního systému a písmenem označující alelu v horním indexu. Je determinována jednou z alel polymorfního genu. Označuje se skratkou a zpravidla písmenem označujícím alelu (Tf A, Tf B, Hb A, atd.). Genotyp je pak zpravidla udáván zlomkem. Příklad: Tf A /Tf A - homozygot Tf A /Tf B – heterozygot Polymorfismus proteinů – terminologie

17 nebo Je kombinace polymorfních variant v rámci každého polymorfního systému Jednu variantu (je-li homozygot) např.: Tf A Polymorfismus proteinů – Polymorfní typ proteinu Dvě varianty v rámci každého polymorfního systému (je-li heterozygot např.: Tf AB Jedinec může mít v zásadě:

18 Souhrn polymorfních variant všech detekovaných druhů proteinů u konkrétního jedince např. jedinec č. 241: Tf AB, Hb A, Am AC, Lg CD, atd. Polymorfismus proteinů – Proteinový polymorfní typ

19 Čtyři typy hemoglobinových řetězců (alfa, beta, gama, delta). Příklad polymorfismu lidského hemoglobinu Každý řetězec determinován samostatným genem. Každý z řetězců, tedy každý z genů, je polymorfní. Dosud zjištěno více jak 250 polymorfních variant hemoglobinu. Ne každá varianta je však patologická. Např. normální varianta Hb (HbA) má na určitém místě v molekule kyselinu glutamovou. HbS Mutace, způsobující nahrazení této aminokys. valinem (HbS) vede ke vzniku srpkovité anemie. (Zhoršený přenos kyslíku.)

20 Heterozygoti Hb A /Hb S mají normální i patologický hemoglobin Příklad polymorfismu lidského hemoglobinu - v dobrých podmínkách bez projevu - např. ve vyšších nadm. výškách již projev anemie Homozygoti Hb S /Hb S s projevem srpkovité anemie vždy Zcela zdravý člověk je pochopitelně homozygotem Hb A /Hb A -v malarických oblastech selekční výhoda – odolnost proti malárii -v těchto oblastech proto frekvence defektní alely častější než jinde

21 Srpkovitá anémie nemoc je způsobena pozměněnou molekulou hemoglobinu: v šesté pozici β-globinového řetězce je místo kyseliny glutamové zařazen valin Příklad polymorfismu lidského hemoglobinu

22 Srpkovitá anemie

23 Srpkovitá anémie Počátkem 70. let se v USA rozběhl sickle cell anemia screening program, který „probably provides an example of all the mistakes that need to be avoided in such a program.“ –program byl zaměřen na Afroameričany, s vysvětlením, že se jedná o nakažlivou chorobu –pokusy zabránit dvěma heterozygotům uzavřít manželství –pokusy odmítnout heterozygotům zdravotní pojištění –pokusy odmítnout přijetí heterozygotů do některých zaměstnání, jako byla US Airforce Academy

24

25

26 Polymorfismus mléčných proteinů a určení jednotlivých genotypů Významné genotypy jsou vyznačeny tmavě.

27 Část genetické mapy šestého chromozomu skotu

28 Lokalizace genů mléčných proteinů v genomech ovce a kozy (umístění na chromozomech)

29 Cytogenetická mapa 6. chromozomu ovcí

30 Klasifikace polymorfních proteinů ( Polymorf. proteiny skotu, koní, ovcí, atd.) Podle druhu rostlin nebo živočichů Různé druhy mají stejný protein co do funkce (např. hemoglobin), ale s odlišnou strukturou. Polymorfní proteiny mléka, krevního séra, erytrocytů, vaječného bílku aj. Podle místa, tkáně, výskytu Zvláštní skupina: ostatní polymorfní proteiny.

31 Uveden v následujících tabulkách. Přehled polymorfních systémů hospodářských zvířat Není vyčerpávajícím přehledem. Kontinuálně jsou detekovány polymorfismy u stále dalších a dalších proteinů. Stejně tak jsou detekovány i další mutace – alely determinující další polymorfní varianty. Rozsah polymorfismu ( počet polymorfních proteinů ) a jeho stupeň ( počet alel ) Postup vědeckého poznání

32 Přehled hlavních polymorfních proteinů u skotu Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Sérové proteiny albuminAlA, B (=F, S), C, E Zam, F Zam, C Ed., D Zam, (=D Ed. )v závorce je změna alkalická fosfatázaFA, O amyláza IAm IA, B, C,...celk. 7 alel, 3 běžné amyláza IIAm IIA, B (=b 1,b 2 )změna značení ceruloplazminCpCp A, B, C postalbuminPaPa F, S S  2 globulin SA, O transferinTfA, D 1, D 2, E, B, F, N,G Kenya, H, G S.Afrika celk. asi 14 alel, 4 běžné transferin SATf SA S, s Erytrocytální proteiny hemoglobinHbA, B, C, CRhod.,...celk. 7 alel, 2 běžné karbonická anhydrázaCaF, S,...celk. 5 alel, 2 běžné kyselá fosfatázaSep? Mléčné proteiny kasein citlivý na vápník  S1 - Cn A, B, C, D  kasein  –  Cn A1, A2, A3, B, C, Bz, D  kasein  Cn A1, A2, A3, B  kasein  Cn A, B kasein citlivý na teploTS – CnA1, A2, A3, B  – laktoalbumin LaA, B  – laktoglobulin LgA, B, C, D, Dr XanthinoxidázaXOA, B Ostatní polymorfní systémy pankreatická karboxypeptidáza A CPAVal, Leu Alotypy makroglobulinMcl, -

33 Přehled hlavních polymorfních proteinů u prasete Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Sérové proteiny albuminAlb 1 A, B, 0 amyláza IAm I A, B, C, BF amyláza IIAm II A, B amyláza IIIAm III A, B arylesterázaAr a, A 1, A 2, A 3, A 4, A 5, A 6, A 7, A 8 ceruloplazminCp A, B, C esterázaEs A, B hemopexinHpx 0, 1F, 1, 2, 3F, 3, 4, 5 haptoglobinHpx (+), (-) v lit. rovněž pod označením haptoglobin také Hp5 postalbuminPsta A, B postalbumin IPsta I A, B,... postalbuminPsta II F, S prealbuminPa A, Bproteázový inhibitor (Pi-1) prealbuminPi-2 A, B, C S  2 globulinS2S2 A, B, C transferinTf A, B, C, D, E, P fosfoglukomutázaPGM-2 A, B adenozin deaminázaADA A, B, 0

34 Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Erytrocytální proteiny 6-fosfoglukonázdehydrohenáza 6-PGDA, B vazba s HAL lokusem fosfohexózoizomeráza PHIA, B vazba s HAL lokusem kyselá fosfatázaAcpA, B adenozin deaminázaAdaA, B, 0 karbonická anhydrázaCa IIA, B katalázaCat2 esteráza - DEs-DA, B peptidáza - CPep-CA, B fosfoglukomutázaPgm-2A, B Mléčné proteiny    kasein    - Cn B, C také pod označením AB  laktoglobulin  Lg A, B    kasein    Cn A, B X - proteinXBA, B, C, D, E, P Z - proteinZ-CnA, B Ostatní polymorfní systémy laktátdehydrogenázaCC, C' spermie protein BAABAAA, a sekret nadvarlete protein BACBACA, B sekret nadvarlete protein KIK IA, B seme n ná plazma Protein KIIK IIA, B, C semen n á plazma sorbitoldehydrogenázaSDHA 1, A 2 játra,ledviny,štítná žláza, varlata vazopresinVPLVP, AVP Alotypy imunoglobulinG1A, B  - lipoprotein LDLLpp-1, Lpp-2, Lpp-3

35 Přehled hlavních polymorfních proteinů u ovce Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Sérové proteiny albuminAlF, S, W, V alkalická fosfatáza(*) *dosud nepotvrzeno nebo neoznačeeno A esterázaEsa, b, c prealbuminPrS, F, 0 prealbuminXOF, M, S transferinTfA, B, C, D, E, G, P, I, M, H Cech., K Czech., N Hun, U, V Erytrocytální proteiny diaforázaDi1, 2 hemoglobinHbA, B, C, D lyzinLyL, l glutationGSH 1a, A glutationGSH 2h, H karbonická anhydrázaCAF, S X - proteinXOX, x Mléčné proteiny  - kasein  - Cn (*) *dosud neoznačeno  - laktoglobulin (*)A, B Ostatní polymorfní systémy draslík KeL, hrozdíly v kvantitě Alotypy imunoglobulin  1 Im 1  1a,  1b imunoglobulin  2 Im 2  2a  - lipoprotein Lp1, -  - 2makroglobulin Ap1, 2

36 Přehled hlavních polymorfních proteinů u koně Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Sérové proteiny albuminAl2-3 esterázaEsF, I, S, O aj. cholinesterázaChA, B, C, D prealbuminPrF, I, L, S, N, T, U, W prealbuminXkF, K, S transferinTfD, H, M, O, R, F1, F2 postalbuminPaPa O, Pa F, Pa S amylázaAm2 ceruloplazminCp2 plasminogenPLG2 Erytrocytální proteiny 6-fosfoglukonázdehydrohenáza PGDD, F, S hemoglobin HbA, B I, B II karbonická anhydrázaCAF, I, L, O, S kataláza CatF, S kyselá fosfatáza AcPB, A diaforáza Dia2 fosfoglukomutáza PGM2 fosfohexoizomeráza PHI3 imunofixation elektrophoresisGeF, S

37 Přehled hlavních polymorfních proteinů u kuru Polymorfní systémZnačeníAlelyPoznámky Sérové proteiny albuminAlbF, S, C alkalická fosfatázaAkpAkp, akp  - amyláza Amy-1B, A esterázaEsA, B, C esterázaEs-2A, Bpravděpodobně alisteráza leucinaminopeptidáza(*)1, 2*dosud neoznačeno prealbuminPaA, Bve žloutku protein vážící riboflavinRdRd, rdtaké v bílku transferinTfA, B, Ctaké ve žloutku Erytrocytální proteiny hemoglobin(*) ,  1 také m 1, m 2 katalázaCtA, B* dosud neozačeno Proteiny vaječného bílku ovoalbuminOvB, A ovoglobulin G2F2A, B ovoglobulin G3G3A, B, J, M, A F prekonalbumin(*)A, B Ostatní polymorfní systémy esteráza Es-3A, B, 0alisteráza, v játrech, ledvinách a slezině kyselá fosfatáza Acp-3A, B Alotypy imunoglobulina1, 2 imunoglobulinb1, 2 imunoglobulinc1, 2, 3, 4

38 Využití biochemického polymorfismu (proteinů) Funkce TfA oproti funkce TfB ????? Hledání rozdílu ve funkci jednotlivých variant proteinů Funkce TfA/TfA oproti funkce TfB/TfB oproti TfA/TfB ????? Hledání rozdílů mezi jednotlivými genotypy (fenotypy) Charakteristika populací – mezipopulačních rozdílů Určení parentity (dnes nahrazováno spíše DNA analýzou) a další Mezi mnoha variantami (genotypy, fenotypy) rozdíly nedetekovatelné

39 Vztah genetických variant mléčných proteinů s parametry zpracování mléka koz

40 Význam jednotlivých genotypů kapa kaseinu pro výrobu sýrů

41 Frekvence alel PopulaceM1M2M3SZOstatní USA - běloši0,7240,1370,0950,0230,0140,007 USA - Afroameričané0,981--0,0150,004- Dánsko0,7280,1360,0820,0220,0230,009 Portugalsko0,5100,2600,0530,1500,0090,018 Čína (průměr 5 populací)0,7090,2090,070--0,012 Japonsko0,7850,1530, Vybrané alely lokusu alfa1-antitrypsinu v různých populacích


Stáhnout ppt "Biochemická genetika prof. Ing. Václav Řehout, CSc."

Podobné prezentace


Reklamy Google