Genom

Pro předmět Analýza sekvencí DNA jsou důležité základní znalosti molekulární biologie a genetiky. Ty, bez kterých pochopení látky předmětu není realistické, jsou předmětem úvodní kapitoly.

Genom se nachází v buňce a to buď v jádru nebo v cytoplasmě. Tvoří jej dvouřetězcová deoxyribonukleová kyselina (DNA), ve které je genetická informace zapsána v pořadí čtyř základních nukleotidů. Nukleotid se skládá z cukru deoxyribózy, fostátové skupiny a nukleotidových bází – adeninu (A), cytozinu (C), tyminu (T) a guaninu (G). Zde se budou nukleotidové báze nazývat abeceda x s prvky A, C, T a G. Jelikož je DNA dvouřetězcová, řetězce nukleotidů jsou spojeny vzájemně komplementárními nukleotidovými bázemi (A-T se spojují dvěma vodíkovými vazbami a C-G třemi) a řetězce se nazývají dopřední a reversní (F a R z anglického forward a reverse). Genetická informace na R řetězci se bude číst z druhé strany (reversně) a bude obsahovat komplementární báze k F řetězci. Jednotka délky DNA na úrovni její sekvence, se kterými budeme pracovat, je bázový pár (bp). DNA je organizována do chromozomů, co mohou být lineární, komplexní struktury (chromozomy eukaryot) anebo kruhové molekuly (bakteriální chromozom, mitochondriální DNA).

Výjimka: Genom virů může představovat jak dvouřetězcová DNA, tak i jednořetězcová RNA, ale známé jsou i viry s jednořetězcovou DNA a dvouřetězcovou RNA. Jejich genom může být rozdělený na více částí zvaných segmenty.

Genetická informace se dědí do další generace buněk tak, že se zkopíruje během dělení buněk v procesu zvaném replikace. Při replikaci DNA polymeráza za pomocí dalších proteinů klouže podél jednoho z rozpletených řetězců DNA a postupně přidává nukleotidy, které jsou komplementární k existujícímu řetězci DNA. Použití genetické informace v buňce zabezpečují procesy transkripce a translace. Při transkripci se gen na jednom z řetězců DNA přepíše do molekuly RNA. RNA obsahuje místo tyminu uracil (U) a má regulační (miRNA, siRNA), strukturní (rRNA), transportní (tRNA) nebo kódující funkci (mRNA). Mediátorová RNA (mRNA), které kóduje proteiny, se následně překládá do sekvence aminokyselin při translaci. Aminokyseliny se přiřaďují na základě genetického kódu, kde každá aminokyselina koresponduje s trojicí nukleotidových bází, s kodonem. Genetický kód je známý v několika verzích, specifických pro některé skupiny organizmů anebo cytoplazmatické genomy.