Brooker Chapter 20

1
STRUKTURINE IR FUNKCINE GENOMIKA, PROTEOMIKA IR
BIOINFORMATIKA
2
IVADAS

• Genomika yra rušies viso genomo molekuline
  analize
• Genomo analize sudaro dvi pagrindines fazes
• Genolapio sudarymas
• Sekvenavimas (nukleotidu sekos nustatymas)
• 1995 m. mokslininkai vadovaujami Craigo Venterio
  ir Hamiltono Smitho nustate pirmojo organizmo
  pilna DNR seka
• Tai buvo bakterija Haemophilus influenzae

10-2
3
1.83 milijonu bp
1,743 genu
Bakterijos Haemophilus influenzae pilnas genolapis
10-3
4

• 1996 m. buvo pabaigtas pirmojo eukariotinio
  organizmo genomo tyrimas. Ji atliko pasaulinis
  mokslininku konsorciumas, vadovaujamas Andre
  Goffeau iš Belgijos
• Saccharomyces cerevisiae
• Genoma sudaro 16 linijišku chromosomu
• 12 milijonu bp, 6,200 genu
• Veliau buvo sekvenuoti kitu organizmu genomai,
  iskaitant žmogu
• Strukturine genomika prasideda genolapio sudarymu
  ir baigiasi pilnu genomo sekvenavimu
• Funkcine genomika tiria, kaip genu saveikos
  skuria organizmo požymius
• Funcines genomikos pagrindine paskirtis yra
  išsiaiškinti genetiniu seku reikšme organizmo
  funkcionavimui
• Daugeliu atveju tai leidžia suprasti geno funkcija

10-4
5

• Pilnas rinkinys baltymu, kuriuos gali sintetinti
  organizmas, yra vadinamas proteomu
• Proteomika yra visu genomo koduojamu baltymu ir
  ju saveiku tyrimas
• Proteomikos tikslas yra išsiaiškinti organizmo
  baltymu funkcine paskirti
• Taip pat ji siekia ištirti baltymu saveikas
• Bioinformatikos tikslas yra perskaityti
  informacija, esancia genetinese sekose, naudojant
  matematinius/kompiuterinius metodus

10-5
6
10.1 STRUKTURINE GENOMIKA

• DNR sriciu strukturine organizacija paprastai
  nustatoma trimis budais
• 1. Citogenetinis (geno)kartografavimas
• Remiasi mikroskopine analize
• Genai siejami su chromosomu ruožais
• 2. Sankibos (geno)kartografavimas
• Remiasi kryžminimais
• Nustatoma genu padetis vienas kito atžvilgiu
• Atstumai matuojami genolapio vienetais (arba
  centimorganais)
• 3. Fizinis (geno)kartografavimas
• Remiasi DNR klonavimo metodais
• Nustatoma genu padetis vienas kito atžvilgiu
• Atstumai matuojami baziu poromis

10-6
7
Citogenetinis (geno)kartografavimas

• Citogenetinis kartografavimas remiasi
  mikroskopija
• Dažniausiai naudojamas tiriant eukariotus,
  turincius dideles chromosomas
• Eukariotu chromosomas galima atskirti pagal
• Dydi
• Centromeros padeti
• Ruožuotuma
• Ruožuotumas išryškeja chromosomas nudažius
  specifiniais dažais
• Jis naudojamas genu kartografavimui

10-7
8

• Darant citogenetini kartografavima yra bandoma
  nustatyti genu išsidestyma specifiniu chromosomos
  ruožu atžvilgiu
• Dažniausiai tai yra augalu ir gyvunu genu
  lokalizacijos nustatymo pirmasis etapas
• Citogenetinis kartografavimas remiasi
  mikroskopija
• Todel jo skiriamoji geba yra gana limituota
• Daugelio rušiu atveju ji yra 5 milijonus bp
• Skiriamoji geba daug geresne toms rušims, kurios
  turi politenines chromosomas
• Pvz., Drosophila melanogaster

10-8
9
Hibridizacija in situ

• Hibridizacija in situ padeda nustatyti geno
  padeti intaktinese chromosomose
• Ji naudojama nustatyti genu ar DNR seku
  lokalizacija didelese eukariotu chromosomose
• Naudojami zondai, padedantys aptikti ieškomas DNR
  sekas (taikini)
• Dažniausiai naudojami fluorescenciniais dažais
  pažymeti DNR zondai
• Šis metodas vadinamas fluorescencine in situ
  hibridizacija (FISH)

10-9
10
Lasteles veikiamos medžiagomis, fiksuojanciomis
jas ant stikliuko
DNR zondai yra chemiškai modifikuoti taip, kad
prie ju gali prisijungti fluorescuojanti žyme
Fluorescencines in situ hibridizacijos (FISH)
metodas
10-10
11

• Fluorescenciniu zondu skleidžiamai šviesai
  aptikti yra naudojami fluorescenciniai
  mikroskopai
• Fluorescuojantis zondas yra matomas kaip švytinti
  sritis nešvytinciame fone
• Zondai prisitvirtina tik prie specifiniu seku
• FISH eksperimentu rezultatai yra lyginami su
  Giemsa dažais nudažytu chromosomu vaizdu
• Zondo padetis gali buti nusakoma G ruožu atžvilgiu

10-11
12
10-12
13
10-13
14
Sankibos (geno)kartografavimas

• Sankibos kartografavimas remiasi rekombinantiniu
  palikuoniu dažnio skaiciavimu
• Visi genai, esantys vienoje chromosomoje, yra
  paveldmi kartu sukibe, t.y. sudaro viena sankibos
  grupe
• Jei ivyksta krosingoveris, gali pasikeisti
  sukibusiu genu seka
• Krosingoverio dažnis tuo mažesnis, kuo arciau
  vienas kito yra sukibe genai
• Gali buti sudaromi ne genu, o genetiniu žymenu
  genolapiai. Molekulinis žymuo yra DNR fragmentas,
  kuris randamas specifineje chromosomos vietoje ir
  gali buti specifiškai atpažintas
• Kaip ir aleliu atveju, molekuliniu žymenu
  ypatybes gali skirtis tarp skirtingu individu

10-14
15
Restrikcijos fragmentu ilgio polimorfizmas (RFLP)

• Restrikcijos fermentai atpažista specifines DNR
  sekas ir jose kerpa DNR
• Ilgose chromosomose gali buti daug vietu, kurias
  atpažista ir kerpa restrikcijos fermentai
• Jos yra pasiskirste atsitiktinai
• Lyginant du individus galima aptikti tokiu
  atpažinimo vietu kiekio ir/ar išsidestymo
  skirtumus

10-15
16
10-16
17
10-17
18
Restrikcijos vieta, randama tik 1-ame individe
Populiacijoje stebimas DNR fragmentu ilgio
polimorfizmas
Ši variacija gali atsirasti del deleciju,
duplikaciju, genu mutaciju ir t.t.
Restrikcijos fragmentu ilgio polimorfizmas (RFLP)
10-18
19
EcoRI kirpimo vietos yra abiejose chromosomose
EcoRI kirpimo vietu nera abiejose chromosomose
Triju individu chromosomines DNR RFLP analize
10-19
20
EcoRI kirpimo vieta yra tik vienoje chromosomoje
Trys individai turi daug bendru vienodo ilgio DNR
fragmentu
Polimorfines juostos pažymetos strelemis
Jei šie fragmentai randami 99 visu populiacijos
individu, jie vadinami monomorfiniais
10-20
21
RFLP genolapiai

• RFLP sankibos analize gali buti atlikta su
  daugeliu RFLP žymenu, nustatant ju santykine
  padeti genome
• Genolapis, sudarytas iš daugelio RFLP žymenu,
  vadinamas RFLP genolapiu
• RFLP genolapiai naudojami genu padeciai nustatyti
  tam tikroje chromosomoje

10-21
22
Dešiniojoje puseje nurodyti genetiniai atstumai
Kairiojoje puseje nurodyta RFLP žymenu
išsidestymas
Supaprastintas augalo Arabidopsis thaliana RFLP
genolapis
10-22
23
Fizinis (geno)kartografavimas

• Fiziniam kartografavimui atlikti reikia klonuoti
  daugeli chromosomines DNR fragmentu
• Klonuoti DNR fragmentai yra apibudinami pagal
• 1. Dydi
• 2. Turimus genus
• 3. Padeti chromosomoje
• Pastaraisiais metais naudojant fizini
  kartografavima sekvenuoti ištisi genomai

10-23
24
10-24
25
10.2 FUNKCINE GENOMIKA

• Atliekamas plataus masto genomu sekvenavimas
  leidžia tyrineti genu veikla daug sudetingesniame
  lygmenyje
• Dabar galima vienu metu tirti daugelio genu
  grupiu veikla
• Vienas iš pagrindiniu genominiu tyrimu tikslu yra
  nustatyti tas DNR sritis, kuriose iš tiesu yra
  genu
• Vienas budu tai padaryti yra parodyti, kad
  tiriama sritis yra transkribuojama i RNR

10-25
26
Genu ekspresija gali buti nustatyta cDNR
bibliotekoje

• Tai padaroma sukuriant cDNA biblioteka
• cDNR (copy DNA) yra gaunama atvirkštines
  transkriptazes pagalba susintetinus DNR nuo mRNR,
  išskirtos iš lasteles
• cDNR biblioteka taip pat vadinama EST biblioteka
  (expressed sequence tag library)
• Šios sekos taip pat gali buti naudojamos kaip
  žymenys, atliekant fizini chromosomu kartografima
• EST bibliotekoje esancios sekos gali buti
  sekvenuotos ir veliau palygintos su genomo
  sekomis
• Atitikimai rodo, kurios genomo vietos koduoja
  genus
• cDNR bibliotekos sukurimas padeda tirti genu
  reguliacija genomo lygmenyje
• Tokiu tyrimu strategija yra išskirti mRNR esant
  skirtingoms lasteles ar organizmo funkcionavimo
  salygoms
• Tada galima nustatyti tas mRNR, kurios yra
  sintetinamos tik esant vienokioms ar kitokioms
  salygoms

10-26
27
Mikrogardeles gali nustatyti transkribuojamus
genus

• Sukurtas naujas tyrimo metodas, vadinamas DNR
  mikrogardelemis (taip pat vadinama genu lustais)
• Šis naujas metodas leidžia vienu metu tirti
  tukstanciu genu veikla
• DNR mikrogardele yra maža silicio, stilo ar
  plastiko plokštele, padengta daugelio DNR seku
  taškeliais
• Kiekviena iš šiu seku atitinka viena žinoma gena
• Šios sekos veikia kaip zondai, aptinkantys
  transkribuojamus genus

10-27
28

• Šie DNR fragmentai gali buti
• Amplifkuoti PGR pagalba ir veliau pritvirtinti
  ant mikrogardeles
• Tiesiogiai susintetinti ant mikrogardeles
• Viena mikrogardele turi dešimtis tukstanciu
  skirtingu tašku, o jos dydis neviršia pašto
  ženklo
• Kiekvieno taško (su skirtingo geno DNR) padetis
  gardeleje yra tiksliai žinoma
• DNR mikrogradeliu gamybos technologija yra gana
  idomi ir primena technologija, kuri naudojama
  rašaliniuose spausdintuvuose
• Pagamintos DNR mikrogardeles naudojamos
  hibridizacijai su cDNR, susintetinta atvirkštines
  transkriptazes pagalba nuo iš lasteles išskirtu
  mRNR

10-28
29

• Mikrogardele nuplaunama
• Po to ji tiriama skenuojanciu konfokaliniu
  fluorescenciniu mikroskopu
• Tiriama fluorescuojancios vietos, kurios rodo
  ivykusia hibridizacija

10-29
30
10-30
31
DNR mikrogardeliu panaudojimas
Panaudojimas Aprašymas
Specifinems lastelems budingos genu ekspresijos tyrimai Lyginant cDNR, gautas iš skirtingu tipu lasteliu, galima nustatyti genus, kuriu ekspresija vyksta tik tam tikrose lastelese ar audiniuose
Genu reguliacijos tyrimai Galima tirti kintanciu aplinkos salygu itaka genu ekspresijai
Metabolizmo keliu tyrimai Galima tirti visu genu, dalyvaujanciu viename ar kitame metabolizmo kelyje, ekspresija
Vežiniu lasteliu tyrimai Skirtingu tipu vežiniu lasteliu genu ekspresija labai skiriasi. DNR mikrogardeles galima naudoti klasifikacijai naviku, kurie morfologiškai nesiskiria
Genetinio kintamumo tyrimai Mutantinis alelis gali hibridizuotis su mikrogardele prasciau, negu laukinio tipo alelis
Mikroorganizmu kamienu identifikacija Mikrogardeliu pagalba galima atskirti giminišku bakteriju rušis ar porušius
10-31
32
10.3 PROTEOMIKA

• Proteomika tiria organizmo gaminamu baltymu
  funkcine paskirti
• Pilnas rušies baltymu rinkinys yra vadinamas
  proteomu
• Genomikos duomenys gali suteikti svarbiu žiniu
  apie proteoma
• 1. DNR mikrogardeles parodo genus, kurie yra
  transkribuojami esant tam tikroms salygoms
• 2. Skirtingu rušiu genu homologijos tyrimai gali
  buti panaudojami baltymu strukturai ar funkcijai
  nuspeti
• Taciau genominius tyrimus turi sekti tiesioginiai
  paciu baltymu tyrimai

10-32
33
Proteomas yra žymiai didesnis už genoma

• Viso genomo sekvenavimas ir analize gali padeti
  nustatyti visus rušies genus
• Taciau proteomas yra didesnis už genoma ir
  tikraji jo dydi sunku nustatyti
• Taip ivyksta del keletos procesu
• 1. Alternatyvaus splaisingo
• 2. RNR redagavimo
• 3. Potransliacines kovalentines modifikacijos

10-33
34

• 1. Alternatyvus splaisingas
• Svarbiausias pokytis, atsirades eukariotuose
• Viena pre-mRNR yra pertvarkoma i keleta skirtingu
  mRNR
• Splaisingas dažnai yra specifiškas tam tikroms
  lastelems arba tam tikroms aplinkos salygoms
• 2. RNR redagavimas
• Sutinkamas reciau už alternatyvu splaisinga
• Pakeicia koduojancia mRNR seka
• 3. Potransliacine kovalentine modifikacija
• Funkcionaliam baltymui sukurti gali buti
  reikalingos negrižtamos modifikacijos
• Proteolitinis procesingas prostetiniu grupiu,
  cukru ar lipidu prisijungimas
• Grižtami pokyciai gali trumpam pakeisti baltymo
  funkcijas
• Fosforilinimas metilinimas
• Visi šie procesai padidina potencialiu baltymu
  kieki proteome

10-34
35
Baltymu mikrogardeles

• Yra kuriamos ir baltymu mikrogardeles
• Baltymu mikrogardeliu kurimas yra sudetingesnis
  procesas
• 1. Baltymus žymiai lengviau pažeisti, atliekant
  ivairias manipuliacijas, reikalingas
  mikrogardelei pagaminti
• 2. Baltymu sinteze ir išgryninimas reikalauja
  daug daugiau laiko, lyginant su DNR
• Nepaisant to, pastaraisiais metais yra pasiektas
  tam tikras progresas baltymu mikrogardeliu kurime
  ir panaudojime proteomikos tyrimuose

10-35
36
Baltymu mikrogardeliu panaudojimas
Panaudojimas Aprašymas
Baltymu ekspresijos tyrimai Antikunu mikrogardeles pagalba galima tirti baltymu ekspresija, nes kiekvienas antikunas, esantis mikrogardeles taške, atpažista specifine aminorugšciu seka
Baltymu funkcijos tyrimai Grupes baltymu substratinis specifiškumas ir fermentinis aktyvumas gali buti tiriami veikiant mikrogardele skirtingais substratais
Baltymu saveikos su baltymais tyrimai Dvieju baltymu gebejimas saveikauti gali buti tiriamas veikiant mikrogardele fluorochromu pažymetais baltymais
Farmakologiniai tyrimai Vaistu gebejimas susijungti su lasteles baltymais gali buti tiriamas veikiant mikrogardele ivairiais pažymetais vaistais
10-36
37

• Yra du pagrindiniai baltymu mikrogardeliu tipai
• 1. Antikunu mikrogardeles
• 2. Funkcines mikrogardeles
• Antikunu mikrogardeles
• Sudarytos iš rinkinio antikunu, atpažistanciu
  trumpas peptidu sekas
• Naudojamos ivertinti baltymu ekspresijos
  laipsniui
• Funkcines mikrogardeles
• Sudarytos iš daugelio skirtingu lasteles baltymu
• Naudojamos baltymu funkcijoms tirti

10-37
38
10.4 BIOINFORMATIKA

• Kompiuteris tapo svarbiu genetiniu tyrimu
  instrumentu
• Genetikos ir informatikos mokslu sanduroje
  susikure nauja mokslo šaka - bioinformatika
• Genetiniu seku kompiuterinei analizei paprastai
  reikia triju pagrindiniu elementu
• Kompiuterio
• Kompiuteriniu programu
• Genetiniu duomenu

10-38
39
Sekos analizuojamos naudojant kompiuterines
programas

• Kompiuterine programa yra apibrežta operaciju
  seka, kuri gali analizuoti duomenis pasirinktu
  budu
• Pirmasis kompiuterines genetiniu duomenu analizes
  etapas yra kompiuteriniu duomenu bylos sukurimas
• Ši byla yra informacijos rinkinys, tinkamas
  saugoti ir manipuliuoti kompiuteryje
• Pavyzdžiui, byla gali sudaryti lacY geno iš E.
  coli DNR seka

10-39
40
Skaiciai rodo bazes numeri sekos byloje
10-40
41

• Duomenu suvedimas i kompiuteri atliekamas
• Rankiniu budu
• Automatizuotai (tiesiogiai iš sekvenavimo
  irenginio)
• Genetines sekos, esancios kompiuterinese bylose,
  gali buti analizuojamos daugeliu budu
• Pavyzdžiui, gali buti ieškoma atsakymu i šiuos
  klausimus
• 1. Ar sekoje yra genu?
• 2. Ar genai turi reguliuojancias sekas
  (promotorius, splaisingo vietas ir kt.)?
• 3. Ar seka koduoja polipeptida?
• Jei taip,tai kokia šio polipeptido seka?
• 4. Ar seka yra homologine kuriai nors kitai
  sekai?
• 5. Koks yra evoliucinis ryšys tarp dvieju ar
  daugiau genetiniu seku?

10-41
42
Kompiuterines duomenu bazes

• Genetines informacijos kiekis, nustatomas
  mokslininku, yra itin didelis
• Ši informacija kompiuteriniu bylu pavidalu yra
  kaupiama genetiniu duomenu bazese
• Bylos tokiose duomenu bazese dažniausiai yra
  anotuotos
• Jose yra genetine seka ir detalus jos aprašymas
• Be to, pateikiamos kitos svarbios seku ypatybes
• Pasaulyje egzistuoja keletas dideliu genetiniu
  duomenu baziu, turinciu duomenis iš tukstanciu
  laboratoriju

10-42
43
Pagrindines genetiniu duomenu bazes
Tipas Aprašymas
Nukleotidu sekos Duomenys kaupiami trijose bendradarbiaujanciose duomenu bazese GenBank (JAV), EMBL (European Molecular Biology Laboratory Nucleotide Sequence Database) ir DDBJ (DNA Data Bank of Japan).
Aminorugšciu sekos Pagrindines duomenu bazes yra šios Swissprot (Swiss Protein Database), PIR (Protein Information Resource), Genpept (transliuojamu peptidu sekos iš GenBank db), TrEMBL (transliojamu peptidu sekos iš EMBL db)
Erdvines strukturos PDB (Protein Data Bank) saugomos biologiniu makromolekuliu, pagrindinai baltymu, erdvines strukturos. Pagrindiniai duomenys gauti rentgenostrukturines analizes budu arba naudojam BMR.
Baltymu motyvai Prosite yra duomenu baze, kaupianti informacija apie baltymu motyvus, budingus baltymu šeimoms, domenu strukturoms ar potransliacinems modifikacijoms
10-43
44
Kompiuterines duomenu bazes

• Anksciau paminetos genetiniu duomenu bazes kaupia
  informacija apie daugeli skirtingu biologiniu
  rušiu
• Taip pat yra kuriamos genomo duomenu bazes
• Tai yra specializuotos duomenu bazes, kuriose
  kaupiami duomenys apie atskiras rušis
• Ju pagrindinis tikslas yra susisteminti
  sekvenavimo ir kartografavimo rezultatus
• Genomo duomenu bazese taip pat yra duomenu apie
  alelius, tyrimus atliekancius mokslininkus ir
  bibliografines rodykles

10-44
45
Skirtingos analizes strategijos

• Kompiuterines programos gali aptinkti reikšmingas
  vietas labai ilgose sekose
• Ju veikimo principas gali buti pademonstruotas 54
  raidžiu sekos pavyzdžiu

GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLS
TORE

• Šia seka galima analizuoti bent trimis budais

10-45
46

• Pirmoji programa gali nustatyti visus anglu
  kalbos žodžius, esancios šioje sekoje

GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLS
TORE

• Antroji programa nustato žodžiu serijas, kurios
  formuoja gramatiškai teisinga sakini

GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLS
TORE

• Trecioji programa aptinka penkiu raidžiu sekas,
  kurios randamos orientuotos priešingomis
  kryptimis

GJTYLLAMAQLHEOGYLTOBWENTMNMTORXXXTGOODNTHEQALLYTLS
TORE
10-46
47

• Taigi, kompiuteriu programos atpažista arba
  sekas, arba strukturas
• Seku atpažinimas
• Programa turi informacijos, kad specifine seka ar
  simboliai turi specializuota reikšme
• Turedama šia informacija, pirmoji programa gali
  nustatyti sekas ar raides, kurios sudaro žodžius
• Strukturu atpažinimas
• Nera paremtas specifiniu seku turimos
  informacijos atpažinimu
• Šio tipo programos (pvz., pavyzdžio trecioji
  programa) ieško tam tikru desningu strukturu,
  kurios gali buti bet kurioje sekoje ar seku
  grupeje

10-47
48

• Anksciau paminetos programos iliustruoja
  pagrindines seku identifikavimo strategijas
• 1. Nustatomos prasmingos specializuotos sekos
  (seku elementai), esancios labai ilgoje
  genetineje sekoje
• Kurie seku elementai prasmingi, yra nustatyta
  pacioje programoje
• Pavyzdys yra pirmoji programa
• 2. Nustatoma seku ar ju elementu organizacija
• Pavyzdys yra antroji programa
• 3. Nustatoma seku struktura
• Pavyzdys yra trecioji programa

10-48
49

• Genetine seka, turinti tam tikra funkcija, yra
  vadinama sekos elementu arba sekos motyvu
• Taip pat aptikti specifiniai aminorugšciu
  motyvai, atliekantys baltymuose specializuotas
  funkcijas
• Pvz., asparaginasXserinas (kur X yra bet kuri
  aminorugštis) yra eukariotu baltymu glikozilinimo
  vieta
• Prosite duomenu bazeje yra kaupiamos žinios apie
  aminorugšciu motyvus, turincius funkcine reikšme
• Tokia duomenu baze padeda greiciau išsiaiškinti
  naujai aptiktu baltymu funkcijas

10-49
50
Trumpi seku elementai, nustatomi kompiuterines
analizes metu
Sekos tipas Pavyzdys
Promotoriai Daugelis E.coli promotoriu turi TTGACA (-35 padetis) ir TATAAT (-10 padetis) sekas. Eukariotu promotoriai gali tureti CAAT, GC, TATA dežutes ir t.t
Atsako elementai Gliukortikoidu atsako elementai (AGRACA), cAMP atsako elementai (GTGACGTRA)
Starto kodonas ATG
Stop kodonai TAA, TAG, TGA
Splaisingo vieta GTRAGT------------------YNYTRAC(Y)nAG
Poliadenilinimo signalas AATAAAA
Aukšto dažnio kartotines sekos Santykinai trumpos sekos, pasikartojancios genome daugeli kartu
Transpozabilus elementai Paprastai nustatomi pagal tai, kad tiesiogines pasikartojancios sekos yra apsuptos invertuotu pasikartojanciu seku
R bet kuris purinas, Y bet kuris pirimidinas,
N - bet kuri baze
10-50
51
Strukturiniu genu nustatymas

• Genu nustatymui kompiuterines programos gali
  naudoti skirtingas strategijas
• Paieška pagal signala
• Programa bando nustatyti žinomu seku elementu,
  dažniausiai randamu genuose, išsidestyma
  tiriamoje sekoje
• Promotoriai, starto/stop kodonai
• Paieška pagal turini
• Programa stengiasi nustatyti sekas, kuriu
  nukleotidu sudetis skiriasi nuo atsitiktinio
  pasiskirstymo
• Tai daroma todel, kad strukturiniuose genuose
  kodonai naudojami neatsitiktinai

10-51
52

• Kitas budas nustatyti koduojancias sritis yra
  analizuoti transliuojamus skaitymo remelius
• DNR sekoje kodonu nuskaitymas gali prasideti nuo
  pirmojo, antrojo arba treciojo nukleotido
• Tai 1, 2 ir 3-as skaitymo remeliai
• Atviras skaitymo remelis (open reading frame -
  ORF) yra nukleotidu seka, neturinti stop kodonu
• Prokariotams budingi ilgi atviri skaitymo
  remeliai
• Eukariotu koduojancios sekos gali buti
  pertrauktos intronu

10-52
53

• Kompiuterine programa gali nustatyti visus
  atvirus skaitymo remelius genomineje DNR sekoje,
  ieškodama ilgo ASR

Ilgas ASR

• Taip pat gali buti, kad seka nuskaitoma iš kaires
  i dešine
• Todel naujai nustatytoje sekoje galimi šeši
  remeliu skaitymo variantai

10-53
54
Kompiuterines programos gali nustatyti
homologines sekas

• DNR sekvenavimo duomenys leidžia tirti
  evoliucinius ryšius molekuliniame lygmenyje
• Tokie tyrimai tapo galingu genomikos tyrimu
  metodu
• Lyginant genetines sekas, kartais galima aptikti
  dvi ar daugiau panašiu seku

10-54
55

• lacY geno DNR sekos
• 78 baziu sutampa
• Šiu atveju sekos panašios, nes du tiriami genai
  yra homologiški
• Jie išsivyste iš to paties protevinio geno

10-55
56
Du lacY genai yra panašus, bet nevienodi
10-56
57

• Kai du homologiniai genai yra randami skirtingose
  rušyse, jie yra vadinami ortologais
• Kai du homologiniai genai randami tame paciame
  organizme, jie yra vadinami paralogais
• Genu šeima, sudaryta iš dvieju ar daugiau
  homologiniu genu kopiju, esanciu to paties
  organizmo genome
• Svarbu nepainioti savoku homologija ir panašumas
• Homologija nurodo bendra kilme
• Panašumas reiškia dideli seku sutapimo laipsni
• Daugeliu atveju panašumas yra del homologijos
• Taciau taip yra ne visada

10-57
58
Tiriant genu sekas galima nusakyti RNR ir baltymu
struktura

• Makromolekuliu, tokiu kaip DNR, RNR ir baltymai,
  funkcijos priklauso nuo ju strukturos
• Ju erdvine struktura iš tiesu priklauso nuo juos
  sudaranciu elementu linijinio išsidestymo
• Dabartiniu metu erdvine makromolekuliu struktura
  tyrinejama naudojant pagrindinai biofizikinius
  metodus
• Pvz., rentgenokristalografija ir BMR
• Šie metodai yra techniškai sudetingi ir
  reikalauja daug laiko
• DNR sekvenavimas yra žymiai paprastesnis

10-58
59

• RNR molekules paprastai sudaro antrines
  strukturas, turincias dvigrandinines sritis
• Šios strukturos yra toliau lankstomos ir
  pakuojamos, susidarant tretinems strukturoms
• Genetikus šios strukturos domina, nes nuo ju
  priklauso molekuliu funkcijos
• Todel RNR strukturu kompiuterinis modeliavimas
  yra svarbus tokiu tyrimu instrumentas

10-59
60
Šioje strukturoje yra 45 smeigtuko galvutes
strukturos
E.coli 16S RNR antrines strukturos modelis
10-60
61

• Strukturos nustatymas taip pat naudojamas ir
  proteomikoje
• Pasikartojantys baltymu strukturiniai elementai
  yra a spirales ir b klostes
• Keletas kompiuteriniu programu yra naudojamos
  antrinei baltymu strukturai nustatyti, remiantis
  pirmine ju struktura
• Šios programos remiasi keletu skirtingu parametru
• Dažniausiai yra naudojami aminorugšciu
  statistiniai dažniai, nustatyti tiriant tas
  antrines strukturas, kurios buvo kristalizuotos
• Baltymu antrines strukturos kompiuterinio
  nustatymo tikslumas siekia 60-70

10-61