Bioinformatics

1. BioinformatikaBioinformatika

2. Bioinformatika.Bioinformatika.
Kas tai?Kas tai?
 Objektas – biologija, gyvieji organizmaiObjektas – biologija, gyvieji organizmai
 Metodai – statistika, algoritmai, programinėMetodai – statistika, algoritmai, programinė
įranga, kompiuteriaiįranga, kompiuteriai
 Bioinformatika – tai statistikos irBioinformatika – tai statistikos ir
informatikos taikymas analizuojantinformatikos taikymas analizuojant
biologinius duomenisbiologinius duomenis

3. Bioinformatikos naudojimasBioinformatikos naudojimas
 Biologiniams ir medicininiams tyrimamsBiologiniams ir medicininiams tyrimams
išleidžiama LABAI daug pinigų:išleidžiama LABAI daug pinigų:
 NIH biudžetas – 31 mlrd $, NSF – 7 mlrd $NIH biudžetas – 31 mlrd $, NSF – 7 mlrd $
 Pfizer R&D biudžetas ~10 mlrd $Pfizer R&D biudžetas ~10 mlrd $

4. TaikymasTaikymas
 Bioinformatika leidžia sutaupyti daug lėšųBioinformatika leidžia sutaupyti daug lėšų
 Suteikia galimybę analizuoti milžiniškusSuteikia galimybę analizuoti milžiniškus
kiekius duomenųkiekius duomenų
 Atsiranda galimybės iš esmės kitaip atliktiAtsiranda galimybės iš esmės kitaip atlikti
tyrimus:tyrimus:

Eksperimento planavimasEksperimento planavimas

Pagalbinis įrankis prie prietaisųPagalbinis įrankis prie prietaisų

5. Bioinformatikos sritysBioinformatikos sritys
 Sekų analizėSekų analizė
 Genomų anotacijaGenomų anotacija
 Evoliucinė biologijaEvoliucinė biologija
 Genų raiškos analizėGenų raiškos analizė
 Reguliavimo analizėReguliavimo analizė

6. Bioinformatikos sritysBioinformatikos sritys
 Palyginamoji genomikaPalyginamoji genomika
 Baltymų struktūros prognozėBaltymų struktūros prognozė
 Biologinių sistemų modeliavimasBiologinių sistemų modeliavimas
 Baltymų sąveikų modeliavimasBaltymų sąveikų modeliavimas
 Vėžinių ląstelių genetinių pakitimų analizėVėžinių ląstelių genetinių pakitimų analizė

7. GyvybėGyvybė
 Kas yra gyvybė?Kas yra gyvybė?
 Kas bendraKas bendra
visoms gyvybėsvisoms gyvybės
rūšims?rūšims?

8. Gyvųjų organizmų klasifikacijaGyvųjų organizmų klasifikacija
(2004)(2004)
 Bakterijos (Bacteria)Bakterijos (Bacteria)
 Pirmuonys (Protozoa)Pirmuonys (Protozoa)
 Chromistai (Chromista)Chromistai (Chromista)
 Grybai (Fungi)Grybai (Fungi)
 Augalai (Plantae)Augalai (Plantae)
 Gyvūnai (Animalia)Gyvūnai (Animalia)

9. Gyvųjų organizmų klasifikacijaGyvųjų organizmų klasifikacija
(1990)(1990)
 BakterijosBakterijos
 ArchėjosArchėjos
 EukariotaiEukariotai

10. Gyvųjų organizmų klasifikacijaGyvųjų organizmų klasifikacija
(1977)(1977)
 Yra 6 pagrindinės karalystės:Yra 6 pagrindinės karalystės:
 AugalaiAugalai
 GyvūnaiGyvūnai
 GrybaiGrybai
 ArcheobakterijosArcheobakterijos
 PirmuonysPirmuonys
 EubakterijosEubakterijos

11. Klasifikacija dar kitaipKlasifikacija dar kitaip
 VienaląsčiaiVienaląsčiai
 DaugialąsčiaiDaugialąsčiai
 EukariotaiEukariotai
 ProkariotaiProkariotai
 ArcheobakterijosArcheobakterijos
 Augalai???Augalai???

12. Organizmų sandaraOrganizmų sandara
 Sudėtingi,Sudėtingi,
išsivystęišsivystę
organizmaiorganizmai
 AudiniaiAudiniai
 LąstelėsLąstelės

13. Ląstelės sandaraLąstelės sandara
Priklauso nuoPriklauso nuo
ląstelės tipo:ląstelės tipo:
 AugaloAugalo
 EukariotinėEukariotinė
 ProkariotinėProkariotinė

14. Prokariotų ląstelėsProkariotų ląstelės

15. Eukariotų ląstelėsEukariotų ląstelės

16. PalyginimasPalyginimas
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?
v=nP9lZG94DO0&p=22D71F6FF83BD30v=nP9lZG94DO0&p=22D71F6FF83BD30
C&playnext=1&index=1C&playnext=1&index=1

17. PagrindinPagrindinės gyvų organizmųės gyvų organizmų
molekulėsmolekulės
 VanduoVanduo
 Baltymai (proteinai)Baltymai (proteinai)
 Oligosacharidai ir polisacharidaiOligosacharidai ir polisacharidai
 Lipidai (riebalai)Lipidai (riebalai)
 NukleorūgštysNukleorūgštys
 Ir daug visokių kitokių junginiųIr daug visokių kitokių junginių

18. VanduoVanduo
 Vanduo yraVanduo yra
APLINK mus irAPLINK mus ir
VIDUJEVIDUJE
 BūtinasBūtinas
gyvybeigyvybei
 Atlieka daugAtlieka daug
svarbiųsvarbių
funkcijųfunkcijų

19. Baltymai (Proteinai)Baltymai (Proteinai)
 Atsakingi už daugelįAtsakingi už daugelį
organizmo funkcijųorganizmo funkcijų
 Sudaryti iš tūkstančiųSudaryti iš tūkstančių
atomųatomų
 Labai svarbi trimatėLabai svarbi trimatė
struktūrastruktūra

20. Baltymų funkcijosBaltymų funkcijos
 Katalizinė funkcijaKatalizinė funkcija
 Medžiagų pernašosMedžiagų pernašos funkcijafunkcija
 SSttruktruktūūrinė-atraminė funkcijarinė-atraminė funkcija
 Apsauginė funkcijaApsauginė funkcija
 Reguliacinė (augimo ir audiniųReguliacinė (augimo ir audinių
diferenciacijos) funkcijadiferenciacijos) funkcija
 SSusitraukimo funkcijausitraukimo funkcija
 MMaistaistinė-energetinėinė-energetinė funkcijafunkcija

21. Katalizinė funkcijaKatalizinė funkcija
 Dauguma reakcijųDauguma reakcijų
vyksta labai lėtaivyksta labai lėtai
 Kai kurie baltymaiKai kurie baltymai
pagreitina reakcijaspagreitina reakcijas
 Funciją turintysFunciją turintys
baltymai vadinamibaltymai vadinami
fermentais arbafermentais arba
enzimaisenzimais
 Jų aktyvumas galiJų aktyvumas gali
būti reguliuojamasbūti reguliuojamas
http://www.youtube.com/watch?v=CZD5xsOKres&feature=related

22. Medžiagų pernašosMedžiagų pernašos funkcijafunkcija
 PernešaPerneša
gyvybiškaigyvybiškai
svarbius junginiussvarbius junginius
į ląstelę irį ląstelę ir
pašalina veiklospašalina veiklos
rezultatusrezultatus
 ReguliuojaReguliuoja
medžiagųmedžiagų
patekimąpatekimą

23. http://www.youtube.com/watch?v=NewpaNwevFhttp://www.youtube.com/watch?v=NewpaNwevF
http://www.youtube.com/watch?v=_bmp2_T0c7khttp://www.youtube.com/watch?v=_bmp2_T0c7k
Aktyvus ir pasyvus transportasAktyvus ir pasyvus transportas
http://www.youtube.com/watch?v=kfy92hdaAH0http://www.youtube.com/watch?v=kfy92hdaAH0
Na K pompaNa K pompa
http://www.youtube.com/watch?v=awz6lIss3hQ&http://www.youtube.com/watch?v=awz6lIss3hQ&

24. Struktūrinė funkcijaStruktūrinė funkcija
 Viruso išorinisViruso išorinis
baltymasbaltymas
 Sujungia ląstelesSujungia ląsteles
 Suteikia ląsteleiSuteikia ląstelei
reikalingą formąreikalingą formą

25. Apsauginė funkcijaApsauginė funkcija
 NaudojamiNaudojami
organizmoorganizmo
imuninėjeimuninėje
sistemoje.sistemoje.
 Antikūnai,Antikūnai,
imunoglobulinaiimunoglobulinai

26. ReguliacinėReguliacinė funkcijafunkcija
 LąstelėjeLąstelėje
vykstančiųvykstančių
procesųprocesų
reguliavimasreguliavimas
– kai kurie– kai kurie
baltymaibaltymai
veikia kaipveikia kaip
hormonaihormonai

27. G-proteinG-protein
http://www.youtube.com/watch?v=V_0EcUr_txk&http://www.youtube.com/watch?v=V_0EcUr_txk&
Neuronu signalaiNeuronu signalai
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?
v=m79HiApDJ2I&p=1C7F4873B05641D2v=m79HiApDJ2I&p=1C7F4873B05641D2
&playnext=1&index=25&playnext=1&index=25

28. Susitraukimo funcijaSusitraukimo funcija
 LeidžiaLeidžia
paverstipaversti
cheminęcheminę
energiją įenergiją į
mechaninęmechaninę
http://www.youtube.com/watch?v=WRxsOMenNQM&feature=PlayList&p=41757C4685http://www.youtube.com/watch?v=WRxsOMenNQM&feature=PlayList&p=41757C4685

29. Maistinė-energetinė funkcijaMaistinė-energetinė funkcija
 Baltymai gali būti naudojami atsargųBaltymai gali būti naudojami atsargų
“sandėliavimui”“sandėliavimui”
 Esant stresinei situacijai (badui) ląstelėsEsant stresinei situacijai (badui) ląstelės
gali naudoti amino rūgštis vietoje kitųgali naudoti amino rūgštis vietoje kitų
energetiškai naudingesnių junginiųenergetiškai naudingesnių junginių

30. BaltymaiBaltymai
 Globuliniai baltymaiGlobuliniai baltymai
 Fibriliniai baltymaiFibriliniai baltymai
 Fiziologiškai aktingiFiziologiškai aktingi
baltymaibaltymai

31. Baltymų sudėtisBaltymų sudėtis
 Sudaryti išSudaryti iš
αα--amino rūgščiųamino rūgščių
 20 pagrindinių amino20 pagrindinių amino
rūgščiųrūgščių
 Trimatė struktūra:Trimatė struktūra:
 http://www.youtube.com/watch?v=ha-DNTOooXk&feature=relhttp://www.youtube.com/watch?v=ha-DNTOooXk&feature=rel


32. Pirminė baltymo struktūra - sekaPirminė baltymo struktūra - seka
 Baltymo seka linijinėBaltymo seka linijinė
 Gali būti susiūta kaiGali būti susiūta kai
kuriose vietosekuriose vietose

33. http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?
v=lijQ3a8yUYQ&p=E4D2E392E2F34A4Bv=lijQ3a8yUYQ&p=E4D2E392E2F34A4B
&playnext=1&index=14&playnext=1&index=14

34. Antrinė baltymo struktūraAntrinė baltymo struktūra
 Amino rūgštys galiAmino rūgštys gali
laisvai suktis apielaisvai suktis apie
HN-CR ryšį ir RC-HN-CR ryšį ir RC-
CO ryšįCO ryšį
 RamachandranRamachandran’o’o
brėžinys parodobrėžinys parodo
statistinį kampųstatistinį kampų
pasiskirstymąpasiskirstymą

35. Antrinė baltymo struktūraAntrinė baltymo struktūra
 Stabiliausios antrinės baltymo struktūros:Stabiliausios antrinės baltymo struktūros:

αα spiralėsspiralės
• phi = -60phi = -60oo
iki -120iki -120oo
ir psi = -60ir psi = -60oo

ββ lakštailakštai
• phi = -120phi = -120oo
ir psi = 135ir psi = 135oo
• Gali būti paraleliniai ir antiparaleliniaiGali būti paraleliniai ir antiparaleliniai

36. αα spiralėsspiralės

37. ββ lakštailakštai

38. Tretinė ir ketvirtinė baltymoTretinė ir ketvirtinė baltymo
struktūrosstruktūros
 Tretinė baltymo struktūraTretinė baltymo struktūra
priklauso nuo antrinėspriklauso nuo antrinės
struktūros elementųstruktūros elementų
tarpusavio išsidėstymotarpusavio išsidėstymo
 Labai įtakoja įvairiosLabai įtakoja įvairios
nekovalentinės sąveikosnekovalentinės sąveikos
 ““Sulimpant” keliemsSulimpant” keliems
fragmentams susidarofragmentams susidaro
ketvirtinė struktūraketvirtinė struktūra

39. Baltymo struktūrosBaltymo struktūros

40. NukleorūgštysNukleorūgštys
 Atsakingos užAtsakingos už
genetinėsgenetinės
informacijosinformacijos
laikymąlaikymą
 DalyvaujaDalyvauja
baltymų sintezėjebaltymų sintezėje

41. Nukleino rūgščių sudėtisNukleino rūgščių sudėtis
 Sudarytos iš nukleozidų sujungtųSudarytos iš nukleozidų sujungtų
per fosfato grupę.per fosfato grupę.
 Nukleozidai sudaryti iš sacharido irNukleozidai sudaryti iš sacharido ir
heterociklinės bazėsheterociklinės bazės
 Sacharidai yra dviejų tipų:Sacharidai yra dviejų tipų:
 Dezoksiribonukleorūgštys, DNRDezoksiribonukleorūgštys, DNR
• Deoksirobozė,Deoksirobozė,
 Ribonukleorūgštys, RNRRibonukleorūgštys, RNR
• ribozėribozė

42. NukleozidaiNukleozidai
Jie sudaryti išJie sudaryti iš
ribozės arbaribozės arba
deoksiribozėsdeoksiribozės
irir
heterociklinėsheterociklinės
bazėsbazės

43. Nukleorūgščių struktūraNukleorūgščių struktūra
 Nukleozidai yraNukleozidai yra
komplementarūs:komplementarūs:
 A ir TA ir T
 G ir CG ir C
 Seka yra linijinėSeka yra linijinė

44. Nukleorūgščių funkcijosNukleorūgščių funkcijos
Atsakingos už genetinės informacijos perdavimąAtsakingos už genetinės informacijos perdavimą
ir įgyvendinimąir įgyvendinimą
 DNRDNR

Skirta perduoti informacijaiSkirta perduoti informacijai
 RNRRNR

iRNR (informacinėRNR) skirta “tarpininkauti”iRNR (informacinėRNR) skirta “tarpininkauti”
gaminant baltymusgaminant baltymus

rRNR (ribosominėRNR) tarnauja kaip baltymųrRNR (ribosominėRNR) tarnauja kaip baltymų
gamykla-konvejerisgamykla-konvejeris

tRNR (transportinėRNR) atneša reikalingas aminotRNR (transportinėRNR) atneša reikalingas amino
rūgštis prie rRNRrūgštis prie rRNR

Ribozimai - katalizinę funkciją turinti RNRRibozimai - katalizinę funkciją turinti RNR

45. DNRDNR
 Koduoja genetinęKoduoja genetinę
(paveldimąją) informaciją(paveldimąją) informaciją
 Seka linijinėSeka linijinė
 Struktūra spiralinėStruktūra spiralinė
 Nukleotidai visada eina porojeNukleotidai visada eina poroje
 Ilgis nurodomas bazių porųIlgis nurodomas bazių porų
skaičiumi (base pairs, bp)skaičiumi (base pairs, bp)

46. RNRRNR
• iRNR perneša informacijąiRNR perneša informaciją
nuo DNR iki ribosomųnuo DNR iki ribosomų
• tRNR perneša amino rūgštistRNR perneša amino rūgštis
iki ribosomųiki ribosomų
• Ant ribosomų vykstaAnt ribosomų vyksta
baltymų sintezėbaltymų sintezė
 Struktūrinė įvairovė didelė,Struktūrinė įvairovė didelė,
tik tRNR paprastai turitik tRNR paprastai turi
pakankamai fiksuotąpakankamai fiksuotą
struktūrąstruktūrą

47. Genetinės informacijosGenetinės informacijos
saugojimas ir kodavimassaugojimas ir kodavimas
 Paprastai eukariotinėsePaprastai eukariotinėse
ląstelėse genetinėląstelėse genetinė
informacija laikomainformacija laikoma
branduolyje, chromosomosebranduolyje, chromosomose
 DNR yra stipriaiDNR yra stipriai
susipakavusisusipakavusi
www.micro.utexas.edu/.../genetics/genetics.html

48. DNR pakavimasDNR pakavimas

49. NukleosomaNukleosoma

50. ChromosomaChromosoma

51. GenaiGenai
 GGenas yra paveldėjimo priemonė,enas yra paveldėjimo priemonė,
paveldimosios informacijos nešėjas.paveldimosios informacijos nešėjas.
Reprodukcijos metu ši informacijaReprodukcijos metu ši informacija
perduodama kitoms kartomsperduodama kitoms kartoms
 Genai turi savo vietą(lokusą)Genai turi savo vietą(lokusą)
chromosomosechromosomose
 Genai gali būti vadinami tiek pagalGenai gali būti vadinami tiek pagal
koduojamą baltymą, tiek pagal tam tikrąkoduojamą baltymą, tiek pagal tam tikrą
požymį, susijusį su geno veiklapožymį, susijusį su geno veikla

52. GenaiGenai
 Žmogus turi apie 20000-30000 genųŽmogus turi apie 20000-30000 genų
 Genai sudaro tik 1,5Genai sudaro tik 1,5%% viso genomoviso genomo
 Prokariotinėse ląstelėse genai sudaro apieProkariotinėse ląstelėse genai sudaro apie
9090%% genomogenomo
 Minimalus genomas turi apie 300-500Minimalus genomas turi apie 300-500
genųgenų

53. Geno sandara prokariotuoseGeno sandara prokariotuose
•Genai yra tankiai supakuoti
•Paprastai genai grupuojami į operonus – vienas
paskui kitą einančius genus, kurie koduoja kokiai
nors funkcijai reikalingus baltymus

54. Eukariotinis genomasEukariotinis genomas

55. PalyginimasPalyginimas
 Eukariotuose genai sudaryti iš egzonų ir intronų.Eukariotuose genai sudaryti iš egzonų ir intronų.
 Egzonai koduoja dalį baltymo sekos, o intronai būnaEgzonai koduoja dalį baltymo sekos, o intronai būna
išmetamiišmetami

56. O kaip susiję nukleorūgštys irO kaip susiję nukleorūgštys ir
baltymaibaltymai
DNR
RNR
Baltymai
Transkripcija
Transliacija

57. Kodavimas iš DNR į RNRKodavimas iš DNR į RNR
 Kodavimas iš DNR į RNR vadinamasKodavimas iš DNR į RNR vadinamas
TRANSKRIPCIJATRANSKRIPCIJA
 Eukariotuose šis procesas yra sudėtingesnisEukariotuose šis procesas yra sudėtingesnis
nei prokariotuosenei prokariotuose

58. TranskripcijaTranskripcija
 Iš pradžių pagaminama komplementariIš pradžių pagaminama komplementari
RNR sekaRNR seka
 Tada ji “brandinama”Tada ji “brandinama”
 IškarpomaIškarpoma

59. Iškarpymas (angl. Splicing)Iškarpymas (angl. Splicing)
 IškarpymoIškarpymo
metumetu
pašalinamipašalinami
intronai, ointronai, o
paliekami tikpaliekami tik
egzonaiegzonai
 AtsirandaAtsiranda
galimybė išgalimybė iš
vieno genovieno geno
gamintigaminti
skirtingas iRNRskirtingas iRNR

60. Genetinės informacijos kodavimasGenetinės informacijos kodavimas
20 skirtingų amino rūgščių20 skirtingų amino rūgščių
4 skirtingi nukleotidai4 skirtingi nukleotidai

61. Genetinės informacijos kodavimasGenetinės informacijos kodavimas
Viena amino rūgštis koduojama trimisViena amino rūgštis koduojama trimis
nukleotidaisnukleotidais

62. Kodonų lentelėKodonų lentelė

63. Skaitymo rėmeliaiSkaitymo rėmeliai
5' 3' 5' 3'
atgcccaagctgaatagcgtagaggggttttcatcatttgaggacgatgtataa atgcccaagctgaatagcgtagaggggttttcatcatttgaggacgatgtataa
11 atgatg ccc aag ctg aat agc gta gag ggg ttt tca tca ttt gag gac gat gta ccc aag ctg aat agc gta gag ggg ttt tca tca ttt gag gac gat gta taataa
M P K L N S V E G F S S F E D D V * M P K L N S V E G F S S F E D D V *
22 tgc cca agc tgc cca agc tgatga ata gcg ata gcg tagtag agg ggt ttt cat cat ttg agg acg atg tat agg ggt ttt cat cat ttg agg acg atg tat
C P S * I A * R G F H H L R T M Y C P S * I A * R G F H H L R T M Y
33 gcc caa gct gaa gcc caa gct gaa tagtag cgt aga ggg gtt ttc atc att cgt aga ggg gtt ttc atc att tgatga gga cga tgt ata gga cga tgt ata
A Q A E * R R G V F I I * G R C I A Q A E * R R G V F I I * G R C I

64. Skaitymo rėmeliaiSkaitymo rėmeliai
Yra 6 skaitymo rėmeliai:Yra 6 skaitymo rėmeliai:
3 viršutinėje gradinėje3 viršutinėje gradinėje
3 apatinėje grandinėje3 apatinėje grandinėje

65. TransliacijaTransliacija
Tai procesas, kurio metu iš RNR pagaminamas baltymas:Tai procesas, kurio metu iš RNR pagaminamas baltymas:
 Iš pradžių iRNR prisikabina prie ribosomosIš pradžių iRNR prisikabina prie ribosomos
 Tada ribosoma juda ant iRNRTada ribosoma juda ant iRNR
 tRNR atneša amino rūgštistRNR atneša amino rūgštis
 Sutikus “Stop” kodoną transliacija sustoja, baltymas paleidžiamasSutikus “Stop” kodoną transliacija sustoja, baltymas paleidžiamas
 Paleistas baltymas apdrojamas, tinkamai sulankstomasPaleistas baltymas apdrojamas, tinkamai sulankstomas
 http://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.htmlhttp://www.johnkyrk.com/DNAtranslation.html