Pojmy Flashcards
Tautomerie bází
-keto a -enol formy
-amino a -imino formy
- nejvíc -amino forma
-keto formy jsou potenciálním rizikem pro vznik mutací
DNA - složení, průměr a vzdálenost bází, stabilita
- lineární polymer
- antipararelní natočení vláken
- záporný náboj (fosfáty)
- velikost DNA = 2 nm
- vzdálenost párů bází od sebe = 0,34 nm
- Stabilita: H můstky, stacking interakce, polarita fosfátových skupin (jsou plně ionizované)
- dusíkaté báze jsou celkem hydrofóbní, ven směřují jen ty hydrofilní
Stacking interakce
- stabilita DNA
- splývání oblastí delokalizovaných pí elektronů sousedících aromatických kruhů
- u DNA: je to tak těsné, že tak stabilizují molekulu (no homo though)
DNA žlábky
- Major groove
- Minor groove
Rotace N-glykosidické vazby
Pozice SIN a ANTI
Konformace DNA
- B DNA
- A DNA
- Z DNA
- H DNA
Topologie DNA - linking number
- TWIST
- WRITHE
- Plektonimická forma vinutí
- Solenoidové superhelikální vinutí
Topoizomeráza I
- střihne jen 1 vlákno
- nepotřebuje ATP
- reversibilní
- v aktivním místě mají TYR -> ten svou OH skupinou napadne fosfodiesterovou vazbu -> přeruší ji
původní energie z fosfodiesterové vazby je uložená ve formě FOSFOTYROSINU -> obnovení původní fde vazby
Topoizomeráza II
- využívá dsDNA zlom
- dvojvláknové přerušení -> vlákno provlečou druhým vláknem -> překřížení
- vyžaduje ATP
- Copperfieldovský trik
Arthur Kornberg
- Izolace DNA polymerázy I
- ,,Na replikaci jsou potřeba 4 DNT, Mg kationty a templátové vlákno DNA
DNA polymeráza I
- Arthur Kornberg
- PALM doména - kontroluje správné párování posledního nukleotidu
- FINGER doména - uzavře dNTP v katalytickém místě, správné párování: stacking interakce + ohýbá ssDNA o 90 stupňů -> je zaručeno, že v katalytickém místě je jen správná templátová báze
- THUMB doména - drží nově syntetizovanou DNA
Mg 2+ ionty: snižují afinitu 3’ OH skupiny vůči vodíku -> umožňují napadení fosfátové skupiny - po nasednutí klouže podél templátu
- až 1000 nukleotidů/s
- oprava chyb tzv. 3’ -> 5’ exonukleázovou aktivitou PALM domény = tlačítko DELETE
- u bakterií
- např. Taq polymeráza
Helikáza
- spotřeba ATP
- ,,On sa tóčí’’
- zařazuje jen dNTP, ale pro iniciaci syntézy může použít i primer
- uvolňuje dsDNA
- nasedá na DNA pomocí inhibitoru helikázy
- 3’->5’ i 5’->3’
- Hexamerní kruh = 6 podjednotek, každá má místo pro ATP
SSB proteiny
= Single Strand Binding proteins
- stabilizují ssDNA úseky (pro buňku je neslýchané, aby se někdo poflakovala ssDNA)
- využití elektrostatických interakcí
Lagging strand
- Druhé, opožděné vlákno
- je syntetizováno opačně než je směr otevírání replikační vidličky -> to jest 3’ -> 5’
- Syntéza po krátkých úsecích = Okazakiho fragmenty
Okazakiho fragmenty
- na lagging strand
- malé nasyntetizované fragmenty, pak se propojí
DNA polymeráza II
- vypadá jak ženský pohlavní orgán
- ,,core enzym’’, holoenzym
- multi proteinový komplex
- potřebuje primer na začátek syntézy
- na zrychlení jsou použité svorkové (clamp proteiny
- Obsahuje:
-> 2x DNA polymeráza III
-> 2x tau protein (spojuje polymerázy s gamma komplexem)
-> 1x gamma komplex = Clamp loader
interakce s helikázou přes tau protein - u prokaryota
- pravděpodobně z ní se pak vyvinuly 3 polymerázy u eukaryota
- opravuje DNA, pokud se replikační vidlička dostane k místu chyby
Primáza
- Přidá DNA poly. I primer pro začátek syntézy
- speciální RNA polymeráza
- je aktivovaná spojením s helikázou
- primer je pak odstraněn pomocí RNAázy H (slouží i jako značka pro odstranění, bo je RNA)
- DNA dependentní RNA polymeráza
DNA ligáza
- spotřeba ATP
- obnova fosfodiesterové vazby a zacelení ssDNA
DNA gyráza
= speciální typ topoisomerásy
- umí generovat negativní nadobrátky bakteriální genomové DNA -> DNA je tedy stále udržovaná v negativních nadobrátkách
Svorkový (clamp) protein
- zvýšení procesivity u DNA pol. III
- brání odpojení DNA pol. III od DNA
- 2 monomery
- vlákno DNA vleze do centrální dutiny
- struktura donutu
- na DNA jsou nasazovány pomocí Sliding clamp loaders
Sliding clamp loaders
- Součást DNA polymerázy III
- umí otevřít/zavřít svorkový (clamp) protein -> nasazení na DNA
- spotřeba ATP
- 5 podjednotek
Replizom
= Soubor všech proteinů účastnících se replikace
Chromosomy
- 1/2 hmotnosti tvoří proteiny
- ochrana DNA před poškozením
- možnost rovnoměrně rozložit genetickou informaci při dělení buněk
- zkompaktnění DNA
Genom prokaryota
- většinou cirkulární DNA, ale i lineární či obojí
- téměř samé geny
- jen málo nekódujících sekvencí (regulátory exprese, iniciátory transkripce, počátek replikace…)
- nemají introny (nekódující sekvence, oddělují od sebe geny)
Genom Eukaryota
- několik lineárních chromozomů
- nižší hustota genů v chromozomech
- delší geny
- až 95 % genové sekvence nekódují finální protein
- 2/3 lidské genomové DNA jsou mezigenové oblasti = JUNK DNA (ale je důležitá)
- delší intergenové oblasti:
-> unikátní oblasti (fragmenty, pseudogeny)
-> repetitivní sekvence (mikrosatelitní DNA, alpha satelitní repetice centromer a telomer, transpozony) - velikost genomu je dáno životním stylem organismu
Mikrosatelitní DNA
= Short tandem repeats
- u eukaryota
- dinukleotidové repetice
- např. CACACACA
Pseudogen
= Sekvence odvozená od funkčního genu
- vznik přepisem transkribované RNA pomocí reverzní traskriptázy do DNA
- cDNA nebo complementary DNA, její sekvence je shodná s mRNA
- za určitých okolností může dojít k reintegraci (znovuvložení DNA do genomu) -> vzniká pseudogen
- může obsahovat kompletní kódující sekvenci, ale chybí mu regulační oblast -> není transkripčně aktivní
- jedna z možností vzniku evolučních novinek - je to kopie původního genu, může získávat mutace a může se pak stát aktivním (dostane se před něj regulační oblast)
Nukleosom
- základní struktura chromosomu
- ,,korálky” = DNA na histonech
- kondenzace DNA cca 3x
- výskyt průměrně každých 200 bp
- 1,65 závitu DNA
- lidská DNA má 30 milionů nukleosomů
- linker DNA je mezi nukleozomy
- nukleosomy spolu interagují pomocí N-konců histonů
- Sestavení nukleosomu:
- H3-H4 tetramer soulží jako lešení pro sestavení okatemeru, k nim se pak přidá H2A, H2B
- omotání není hladké, DNA je různě zprohýbaná
N-konce histonů trčí ven
Linker DNA
= DNA mezi nukleosomy
- je přednostně štěpená
- vazba na histon H1 (ten je mimo nukleosom)
Histony
= silně bazické proteiny
- 142 H můstků + elektrostatické interakce v jednom nukleosomu
- bazické AMK histonů (Lys, Arg) neutralizují záporný náboj DNA
- H2A, H2B, H3, H4
- H3 v centromerách může nahradit varianta CENP-A (umí reagovat s kinetochorem)
- H3 A H4 zůstávají na starém vlákně, H2A a H2B jdou na to nové -> nové histony se přemění podle těch starých
Kontakty histonového jádra s DNA
- na DNA je nasazují histon chaperony (roli tu hrajou i clamp proteiny)
- 142 H vazeb + elektrostatické interakce
- většina vazeb mezi proteiny a atomy kyslíku fosfodiesterové kostry DNA
- jenom 7 H můstků umožňuje ohnutí DNA
- většina kontaktů je s malým žlábkem (minor groove) nebo s fosfodiesterovou kostrou DNA
- nezávislé na sekvenci
Modifikace N-konců histonů
- ACETYLACE (vznik bromodomén) a METHYLACE (vznik chromodomén) lysinu
- FOSFORYLACE serinu
- neovlivňuje to samotný nukleosom, ale spíš 30nm vlákno a struktury vyššího řádu
-> např. acetylace destabilizuje strukturu tak, že histony nemohou neutralizovat negativní náboj DNA - přidávání značek na histony pomocí histoacetyltransferázy nebo histonmethylázy
Histonacetyltransferáza a histonmethyláza
- Přidávají značky na N-konce histonů
- modifikace histonů
Histonacetyltransferáza - acetylace N-konce H4 histonu -> ta je značkou pro transkripční komplex s proteinem Gcn5 -> acetylace lysinu v pozici 14 na N-konci H3 -> tohle navábí RNA polymerázu -> transkripce
Solenoidy
= nukleosomy s navinutou DNA
= spirála vyššího řádu
- 30nm struktura
- uspořádání zick zack (více pravděpodobné z výzkumu)
Histondeacetyláza
- eraser
- maže značky přidávané na N-konce histonů
Histon H3 kináza
- rekrutovaná aktivátorem transkripce
- dojde k fosforylaci serinu v pozici 10 na H3 histonu -> signál pro H4
Chromatin remodelling complex
- dočasná změna struktury
- SLIDING - posun nukleosomů po DNA
- TRANSFER - přesun nukleosomů na jiné místo na DNA
- pohyb dimerů H2A a H2B
Heterochromatin
- hodně kondenzovaný
- transkripčně neaktivní
- méně genů
- často repetitivní sekvence
- replikuje se až na konci
- FAKULTATIVNÍ HETEROCHROMATIN = umí se přeměnit na euchromatin
- KONTITUTIVNÍ HETEROCHROMATIN = to je prostě hetero navždy
Poziční efekt
např. Drosophila (gen White v oku)
- pokud je gen umístěný nedaleko heterochromatinu, je umlčený = epigenetická informace = gen tam je, ale je umlčen
Essence proteiny
- spolu s topoizomerázou II uspořádávají DNA do modelu smyčky (30nm vlákno)
- KOHEZINY
- KONDENSINY:
-> v interfázi smotávají chromozomy do kompaktnější struktury pro mitózu
-> potřebují ATP
-> obě skupiny sdílí stejné ATPázové podjednotky (SMC2 a SMC4), ale mají jiné regulační proteiny
-> Skupina I = smyčky DNA velké 90 bp
-> Skupina II = Smyčky DNA velké 450 bp
SMC proteiny
- dimery
1.Pantová doména
2. Coiled coil
3. N a C konce + ATPázová doména
LADs a TADs
- rozdělení genomu vyšších eukaryot
- jsou udržované kontakty mezi nukleosomy a v TADs i kohesiny s CTCF proteiny
- LADs:
-> Lamin asociated domains
-> části chromatinu asociované s jadernou membárnou
-> méně dynamické - TADs:
-> Topologicky asociované domény
-> velké stovky kbp
Loop extrusion model
- Spojí se dvě kotvící místa vzdálené daleko od sebe -> smyčka
- Extrusion (vytlačovací) komplex se nasadí na DNA -> jeho 2 podjednotky (kohezinové kruhy) kloužou po DNA v opačných směrech -> zvětšují smyčku -> po kontaktu CTCF motivu s extrusion komplexem se smyčky zastaví
- smyčka je ukotvená extrusion komplexem s CTCF motivy
Centromery
- 1 v každém chromosomu
- mají dlouhé úseky heterochromatinu
- váže se na ni kinetochor
- methylované a hypoacetylované histony
- silencing genů vložených do této oblasti
- Alpha satelitní DNA - hodně AT párů
Telomery
- na každém konci lineárního chromosomu
- navázané kontakty brání degradaci a rekombinaci
- fungují jako speciální replikační počátky
- část telomer má ssDNA
- obsahují TG repetice
- konce telomer přesahuje 3’ konec -> speciální počátek replikace pro telomerázu
- telomerická DNA uspořádaná do T loop + koncová část je heterochromatin
- telomere binding proteiny - udržují strukturu telomer
Refrakterní perioda u prokaryot (replikace)
- doba, po kterou nemůže nastat iniciace
- aby po replikaci nebyla okamžitě další replikace
- hemimethylovaný stav
Hemimethylovaný stav
- v OriC je 11 motivů GATC -> adenin je methylován -> Hemimetylovaný stav = jedno vlákkno je methylované a druhé není
- úsek je rozpozaný proteinem SeqA
Ori C - eukaryota
- mnoho
- výběr v G1 fázi
- aktivace s S fázi, ale nejsou všechny aktivované současně
- pre-replikační komplex (= licensing complex)