Cytogenetika RNDr. Michaela Klementová, 2017/3 … zkoumá dědičnost a proměnlivost organismů na buněčné úrovni Genetická výbava virů Genom vykazuje značnou variabilita DNA viry, RNA viry, růžná sekundární struktura Genetická výbava virů Nemají vlastní aparát pro vlastní reprodukci Po vstupu do vnímavé buňky viry zahajují reprodukční cyklus. Pro svoji reprodukci využívají transkripční a translační aparát vnímavé hostitelské buňky Genom viru se začlení do genomu hostitelské buňky a replikuje se s ní - to nazýváme lyzogenní cyklus Je-li DNA viru integrována do chromozomu hostitelské buňky, nazýváme ji provirus Při směsných infekcích dochází k vzájemné rekombinaci genetické informace. Proces přispívá k variabilitě genotypu a fenotypu virů. Genetická výbava prokaryot bakteriální chromozóm – nukleoid - základní rozměrná kružnicová molekula ds DNA Jádro bez membrány, chromozom je součástí cytoplazmy, nedělí se mitoticky velikost genomu bakterií je druhově specifická, pohybuje se kolem šesti až osmi tisíc genů V klidovém stádiu je haploidní, během dělení může probíhat ještě replikace Před transkripcí neproběhne splicing (nepřítoné introny) plazmidy - menší cirkulární molekuly ds DNA (souvisí s konjugací nebo virulencí) jeden nebo více malých kruhových DNA, které nejsou nezbytně nutné k přežití a dělení bakterie mají schopnost integrace do chromosomu. V buňce se může nacházet 1–100 plazmidů (plazmidové číslo). Mohou obsahovat geny, které mění vlastnosti bakterie. Genetická výbava eukaryot Genom – veškerá genetická výbava organizmu uložená v jádře ve formě lineárních molekul ds DNA Plazmon - soubor cirkulárních nebo lineárních molekul DNA v semiautonomních organelách (mitochondrie, plastidy) jádro obaleno membránou, dělí se mitoticky délka a počet DNA molekul v jádře vylučuje jejich volné uložení. Proto dochází k několikastupňové organizaci Chromatin = komplex DNA a některých proteinů. Organizace chromatinu je maximální při přípravě pro buněčné dělení, kdy jsou zformovány chromosomy. Při ostatních životních fázích buňky dochází k částečnému rozvolnění. DNA jednoho „průměrného“ chromosomu člověka měří 6 cm (!) DNA všech 46 lidských chromosomů měří 2 metry (!!) Mikroskopická struktura jádra endoplazmatické retikulum heterochromatin euchromatin jaderná blána jaderný pór jadérko organizátor jadérka Organizace jaderného genomu Chromosomy Pentlicovitý útvar Uprostřed se nalézá zúžení zvané centromera ovšem i interfásový chromosom si udržuje jistou úroveň sbalení předpokládá se, že v interfázi zůstává zachováno 30nm vlákno, které nehistonové proteiny váží k nukleární lamině a snad i k nukleární matrix toto připevnění tak dává každému z interfázových chromosomů své přesné místo v jádře a zabraňuje tak zamotání jednotlivých chromosomů Popis chromozómu dlouhé rameno krátké rameno centroméra sesterské chromatidy – vzniklé replikací DNA DNA teloméry Satelity chromozómů satelit - přívěsek. sekundární konstrikce - místo oddělující satelit rameno sekundární konstrikce satelit Kondenzace a dekondenzace DNA V jádrech buněk dochází ke střídání dvou stavů: 1. Molekuly DNA jsou minimálně kondenzované a chromozómy nejsou pozorovatelné. Tato etapa života buňky se označuje interfáze. 2. Molekuly DNA jsou maximálně kondenzované v útvary, které se nazývají chromozómy a umožňují dělení jader. Chromatin podle barvitelnost: heterochromatin - transkripčně málo aktivní (vysoký stupeň kondenzace DNA), barví se tmavěji euchromatin - transkripčně aktivní oblast jádra (nízký stupeň kondenzace DNA, vlákno je více rozvinuté), barví se světleji Chromozom Každá rostlinná nebo živočišná buňka má přesně daný počet chromozomů: Člověk 46 Šimpanz 48 Kapr 104 Komár 6 Borovice 24 Hrách 14 Karyotyp, autozómy a gonozómy  každý typ chromozomu se vyskytuje v jedné buňce dvakrát  chromosomy se odlišují svou velikostí a postavením centromery  každý biologický druh má svou charakteristickou chrom. výbavu (počet a morfologii) = karyotyp  V somatické buňce člověka lze v jádře nalézt celkem 46 chromozomů (23 párů) Karyotyp, autozómy a gonozómy karyotyp geneticky zdravého muže KaryotyKaryotyp, autozómy a gonozómyp  chromozomy se vyskytují vždy v páru (jeden od matky, druhý od otce)  dvojice totožných chromosomů = homologické chromozomy  homologické chromozomy obsahují geny kontrolující tytéž dědičné kvality  pokud například je na jednom chromozomu lokus obsahující gen ovlivňující barvu očí, pak na homologickém chromosomu bude na témže místě rovněž gen ovlivňující barvu očí  Každý znak je ale určen minimálně dvěma alelami téhož genu Alela = je varianta genu na molekulární úrovni každá alela má nepatrný rozdíl v sekvenci nukleotidů feny se buď vyskytují v populaci ve dvou formách, tzn. že existují dvě odlišné alely daného genu nebo ve více formách – mnohotná alelie alela zajišťuje konkrétní fenotypový projev genu u jedince mohou na homologních jaderných chromozomech být přítomny pouze dvě alely Pohlavní Karyotyp, autozómy a gonozómy - chromosomy X a Y (23 pár) nazýváme pohlavní chromosomy (gonosomy), - ostatní chromosomy nazýváme autosomy Lidská somatická buňka obsahuje: 46 chromosomů = 23 chromosomů jsme zdědili od maminky, 23 chromosomů máme od otce, hovoříme o diploidní buňce (2n) Lidské gamety (spermie a oocyty) obsahují pouze 23 chromosomů, hovoříme o haploidní buňce (n) PohlavnKaryotyp, autozómy a gonozómyí chromosomyGonozomy  ženy mají dva homologické chromosomy označované písmenem X, píšeme tedy XX  muži mají jeden chromosom typu X a druhý typu Y, píšeme XY  jen malá část chromosomu Y je homologická s chromosomem X  většina genů na chromosomu X nemá své protějšky na chromosomu Y  většina genů na chromosomu Y nemá své protějšky na chromosomu X Karyotyp Idiogram idiogram - grafické vyjádření ideálního karyotypu Pro popis chromozómů se využívá techniky proužkování. (Barvením chromozomů (např. Giems) se dosáhne charakteristického pruhování a tím rozlišení jednotlivých chromozomů.) idiogram geneticky zdravého muže Odlišní exprese genů u odlišných buněk Všechny buňky našeho těla vznikly mitózou, první buňkou byla zygota. A (téměř) všechny buňky našeho těla obsahují stejný genom Jak je tedy možné, že se naše tělo skládá z cca 200 typů buněk? (svalové, nervové…?) Typická lidská buňka přepisuje v daném čase jen asi 20 % svých genů, velmi diferencované buňky, jako jsou svalové buňky přepisují dokonce ještě menší procento genů. Jednotlivé buňky se tedy od sebe liší ani ne tak tím, že by obsahovaly odlišné geny, nýbrž tím, že odlišné geny jsou exprimovány. Otázkou tedy jest, jak může RNA polymeráza najít v nezměrném moři písmen začátek správného genu, který má v této buňce v tomto čase přepsat?! „housekeeping genes“ – geny, které se přepisují ve všech buňkách patří sem např. geny pro histony, geny pro ribosomální proteiny atd. Klíčová slova: chromatin, chromozom, karyotyp, alela, autozomy, gonozmy (XX žena, XY muž)