Genetika prokaryot 113. seminář.

Prezentace na téma: "Genetika prokaryot 113. seminář."— Transkript prezentace:

1 Genetika prokaryot 113. seminář

2 Genom Prokaryotní buňky nemají pravé jádro ohraničené membránou. DNA se vyskytuje jako dvoušroubovicová kružnicová molekula nazývána nukleoid nebo prokaryotní chromozom. Geny prokaryotního chromozomu kódují esenciální funkce pro buňku. Replikace valivou kružnicí z jednoho - ORI - počátku oběma směry. Mycoplasma genitalium 0,58Mb Haemophilus influenzae 1,83Mb Agrobacterium tumefaciens 2,84Mb Escherichia coli 4,64Mb Salmonella typhi 4,81Mb Mycobacterium tuberculosis 4,41Mb Bacillus megaterium 30Mb Velikosti genomu některých bakterií

3 Replikují se nezávisle na jaderném genomu.
Prokaryotní organismy (bakterie i Archea) obsahují také malé kružnicové molekuly DNA - plazmidy, které kódují schopnost rezistence k antibiotikům, enzymy metabolismu neobvyklých živin - doplňující vlastnosti. Replikují se nezávisle na jaderném genomu. Fertility F-plasmid, Resistance R-plasmid, Col plasmid, Virulence plasmid Velikost plazmidů je od 1 do 1,000 kbp Jedna bakteriální buňka může obsahovat až několik stovek či vzácně až 3 000 molekul plazmidů. Epizom – kružnicová DNA molekula schopna se integrovat do prokar. chromozomu. Michael Marshall, DNA-grabbing bacteria hint at early phase of evolution, New Scientist Magazine issue 2936, 26 September 2013.

4 Genetická variabilita u prokaryot
Bakterie se vyvíjeli (-její), adaptovali (-ují) na nová prostředí a odolávali(-jí) změnám a podmínkám prostředí. Rekombinace genetické informace probíhá parasexuálními procesy : transformace - volný příjem DNA transdukce - přenos prostřednictvím viru konjugace - přímý přenos DNA přenos plazmidů endosymbióza somatická hybridizace - splývání buněk

5 Bakteriální transformace
Je příjem cizí DNA do bakteriálních buněk. Přijímají jakoukoliv DNA molekulu, pokud mají příslušné enzymy, jsou tedy kompetentní. Průkaz, že nositelem genetické informace je DNA: Griffith (1928) 1. pokus s virulentními a nevirulentními kmeny S. pneumoniae na myších Avery, McLeod, McCarthy (1944) - stejný efekt s izolovanou DNA V Escherichia coli nedochází k transformaci.

6 Griffithův pokus v roce 1928

7 Posléze nastává výměna homologních částí = rekombinace
Nová DNA vytěsňuje původní řetězec, páruje se s komplementárním řetězcem a vytváří heteroduplex.

8 Transdukce Bakteriofágy přenášejí spontánně bakteriální geny. Probíhá u všech bakterií. Specializovaná transdukce – nastává při chybném vystřižení genomu bakteriofága (profága) z bakteriálního genomu při přechodu bakteriofága z lyzogenního cyklu na lytický

9 Transdukce Obecná trandukce – nastává, když se do malé části fágových partikulí balí rozstříhaná bakteriální DNA místo fágové při přechodu z lyzogenního cyklu do lytického. užití v historii: mapování DNA - jak často se geny přenášejí spolu při obecné transdukci, tím jsou lokalizovány blíže u sebe.

10 Obecná transdukce

11 Bakteriální konjugace
Je přímý přenos DNA přes konjugační můstek mezi donorem F+ a akceptorem F-. Konjugační můstek kódován F plazmidem. Typ s autonomním plazmidem je F+. Kmeny s integrovaným plazmidem jsou Hfr „High frequency of recombination“ - epizom

12 Konjugace F+ do F- bakterie

13 Bakteriální konjugace
- jednovláknový zlom DNA - jednovláknová DNA vstupuje do konjugačního můstku, buňka donora si současně vlákno, které se odvíjí a přechází, dosyntetizovává - v buňce akceptora dochází k syntéze druhého vlákna, posléze dochází k rekombinaci mezi chromozómem donora a částí chromozómu akceptora - vyštěpení a eliminaci neúplných chromozómů bez počátku replikace

14 Konjugace Hfr do F- bakterie

15 Strachan and Read: Human genetics, 2. edition
Endosymbióza Strachan and Read: Human genetics, 2. edition důkazy: kružnicová DNA bez histonů a intronů transkripce začíná formylmethioninu prokaryontní typ ribozómů některé endosym. organely se inhibují antibiotiky Sekundární symbióza - mezi dvěma eukaryotními organismy. Vyskytuje se např. u Protozoí kmenu Apicomplexa (původci malárie, toxoplasmozy……) Mitochondrie Plastidy Sekundární symbióza –

16 Endosymbiotické organely
Mitochondrie - mají původ v aerobní bakteriích (Rikettsie) Plastidy – mají původ v cyanobakteriích Některé geny z mitochondriálního genomu se přesunuly do eukaryotního genomu v evoluci. V eukaryotních genomech se vyskytují geny prokaryotního typu. A mnoho proteinů s funkcí v mitochondriích jsou kódovány v jádrech.

17 je funkční jednotka společná pro bakterie a fágy.
Operon model je funkční jednotka společná pro bakterie a fágy. Aktivace a inhibice transkripce je regulována v závislosti na podmínkách okolního prostředí. Prokaryotní genetická informace není rozdělena na introny a exony.

18 Operon Je společně regulovaný klastr genů, které jsou přepsány do jedné mRNA (polycistronní transkript) Jsou geny jedné metabolické dráhy, jsou regulovány z jednoho promotoru a jsou seřazeny za sebou v genomu.

19 Lac operon, Trp operon – modelové systémy = metabolické dráhy
Escherichia coli Lac operon, Trp operon – modelové systémy = metabolické dráhy utilizace laktózy : gen lacZ, lacY, lacA, katabolická dráha s negativní a pozitivní regulací enzymy pro syntézu tryptofanu, anabolická dráha s negativní regulací

20 Každý operon se skládá z
promotor (pro RNA polymerázu = RNAP) operátor (pro represorový protein) několik strukturních genů terminátor represor = alosterický protein kódovaný regulačním genem korepresor (corepressor)= molekula produktu induktor (inducer) = substrátová molekula

21 Tryptofanový operon Tryptofan chybí, represor je inaktivní a operon je aktivní Tryptofan je přítomný, represor je aktivní a operon je inaktivní

22 Lac operon – negativní regulace
Regulační gen produkuje represor, který se váže na operátor a způsobí, že RNAP není schopna začít transkripci Je-li přítomna laktóza, represor uvolněn z operátoru. Represor je změněn induktorem / laktózou RNA polymeráza začíná transkripci. Za 2-3 minuty množství enzymů vzroste až 1000x LacI has own promotor , represor is produced const. in very small amount Operator is palindromatic seqvence about 22 bases lacZ genu RNAP ís no the DNA – is attached 22

23 Lac operon – negativní regulace
Laktóza chybí, represor je aktivní, operon je inaktivní Laktóza je přítomna, represor je inaktivní, operon je aktivní

24 Lac operon - pozitivní regulace
V přítomnosti glukózy, E. coli přednostně užívá glukózu pro získání energie. Jestliže je hladina glukózy v prostředí nízká, hladina cAMP vzroste. CAP „Catabolite activator protein“ za přítomnosti cAMP se váže na promotor a aktivuje transkripci. CAP je alosterický regulační protein

25 Lac operon – pozitivní regulace
Sumarizace Lac operon je aktivní jen když aktivátor CAP+cAMP je navázán na promotor, v prostředí není glukóza, a když není přítomen repressor na operátoru, laktóza je přítomna. Laktóza přítomna, glukóza chybí, hladina cAMP je vysoká, tvoří se lac mRNA Laktóza přítomna, glukóza přítomna, hladina cAMP je nízká, netvoří se lac mRNA

26

27 Thank you for your attention
Genetika, D P. Snustad M.J. Simmons, 5. vydání, 2009 Human genetics, Ricki Lewis, 5. vydání, 2003