SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA V NITRE FAKULTA AGROBIOLÓGIE A POTRAVINOVÝCH ZDROJOV KATEDRA GENETIKY A ŠĽACHTENIA RASTLÍN

Transkript

1 SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSK UNIVERZIT V NITRE FKULT ROBIOLÓIE POTRVINOVÝH ZDROJOV KTEDR ENETIKY ŠĽHTENI RSTLÍN Prednáška zo Všeobecnej genetiky Informačné molekuly a dedičnosť. prof. RNDr. Milan BEŽO, Sc.

2 Informačné molekuly Význam látok pre živú hmotu Organizačný a informačný. Nukleové kyseliny. Regulačný a kinetický. Bielkoviny enzýmy. Štruktúrny a energetický. Bielkoviny, sacharidy, lipidy. 2

3 Informačné molekuly Nukleové kyseliny Biopolyméry zložené z jedného alebo dvoch reťazcov. Základnou jednotkou nukleových kyselín sú nukleotidy, tvorené bázou, pentózou (cukor) a zvyškom kyseliny fosforečnej. Známe sú dve formy nukleových kyselín, deoxyribonukleová kyselina (DN) a ribonukleová kyselina (RN). 3

4 Informačné molekuly Základné zložky DN a RN Bázy, puríny adenín (), guanín (), pyrimidíny cytozín (), tymín (T). ukor, 2 deoxy-d-ribóza (D). Fosfát, kyselina fosforečná (P). DN RN Bázy, puríny adenín (), guanín (), pyrimidíny cytozín (), uracil (U). ukor, D-ribóza (R). Fosfát, kyselina fosforečná (P). 4

5 Informačné molekuly Bázy deoxyribóza fosfát I. Zložky nukleotida DN adenín, guanín, T tymín, cytozín. II. Nukleotidy DN TP deoxyadenozín trifosfát, TP deoxyguanozín trifosfát, TTP deoxytymidín trifosfát, TP deoxycytidín trifosfát. III. Polynukleotid DN T IV. dsdn Štruktúra DN Zložky nukleotida (I.), nukleotidy (II.), polynukleotid DN (III.) a dvojreťazcová DN, dsdn (IV.). 5

6 Informačné molekuly Bázy ribóza fosfát I. Zložky nukleotida RN adenín, guanín, U uracil, cytozín. III. ssrn II. Nukleotidy RN TP adenozín trifosfát, TP guanozín trifosfát, UTP uridín trifosfát, TP cytidín trifosfát. Štruktúra RN Zložky nukleotida RN (I.), nukleotidy (II.) a jednoreťazcová ssrn (III.). 6

7 Informačné molekuly Informačná RN (mrn) DN RN bielkovina K Transferová RN (trn) Prenos aminokyselín (K) na miesto syntézy bielkovín. ntikodón Ribozomálna RN (rrn) Súčasť ribozómu, miesta syntézy bielkovín. Ribozóm Triedy ribonukleových kyselín (RN) 7

8 Syntéza nukleových kyselín Polymerizácia doplňovacích nukleotidov na jednoreťazcovom úseku rozpletenej dvojreťazcovej molekuly DN. Na princípe párovania báz sa na dusíkatú bázu DN naviaže nukleotid. DN: dttp, T dtp, dtp, dtp. RN: UTP, U TP, TP, TP. Nukleotidy sa viažu fosfodiesterovou väzbou. adenín, T tymín, guanín, cytozín, U uracil. dtp deoxyadenozíntrifosfát, dttp deoxytymidíntrifosfát, dtp deoxycytidíntrifosfát, dtp deoxyguanozíntrifosfát. TP adenozíntrifosfát, UTP uridíntrifosfát, TP cytidíntrifosfát, TP guanozíntrifosfát. 8

9 Syntéza nukleových kyselín dttp Čiastočne rozpletená molekula dsdn pri jej replikácii. T DN dtp DN DN Syntéza (replikácia) DN Na reťazcoch rozpletenej dsdn sa podľa párovania báz T a viažu nukleozidtrifosfáty, deoxyadenozín trifosfát (dtp), deoxycytidín trifosfát (dtp), deoxyguanozín trifosfát (dtp), deoxytymidín trifosfát (dttp). Nukleotidy sa navzájom viažu fosfodiesterickou väzbou. Replikáciou DN vznikajú dve molekuly DN. (Vpravo). 9

10 Syntéza nukleových kyselín Čiastočne rozpletená molekula dsdn pri syntéze RN. T DN DN/RN dtp DN RN Syntéza RN Na reťazcoch rozpletenej dsdn sa podľa párovania báz U a viažu nukleozidtrifosfáty, adenozíntrifosfát (TP), cytidíntrifosfát (TP), guanozíntrifosfát (TP) a uridíntrifosfát (UTP). Nukleotidy sa navzájom viažu fosfodiesterickou väzbou. (Vľavo). Syntézou RN vzniká molekula RN. Na molekule sa DN vodíkovými väzbami medzi bázami obnoví dvojzávitnica. (Vpravo). 10

11 Syntéza bielkovín Syntéza bielkovín Polymerizácia lineárneho usporiadania aminokyselín podľa poradia nukleotidov v molekule nukleových kyselin. (a) Prepis genetickej informácie (I). Na molekule DN sa na krátkom úseku, géne nasyntetizuje mrn. b) Preklad I. Podľa trojíc nukleotidov mrn sa na ribozómoch usporiadavajú a polymerizujú aminokyseliny do polypeptidového reťazca. enetická informácia poradie nukleotidov v molekule nukleovej kyseliny (gén) kódujúce bielkovinu alebo kontrolujúce aktivitu génov. 11

12 Syntéza bielkovín én a jeho štruktúra én je špecifická diskrétna časť nukleovej kyseliny (DN alebo RN vírusov), ktorá kóduje molekulu ribonukleovej kyseliny (mrn, rrn, trn) a prostredníctvom mrn aj bielkoviny. Funkčná a štruktúrna jednotka dedičnosti 12

13 Syntéza bielkovín enetický kód Systém pravidiel podľa, ktorých sa poradie nukleotidov mrn prekladá do poradia aminokyselín pri syntéze bielkovín. Vlastnosti genetického kódu Tri nukleotidy mrn, triplet určujú zaradenie jednej aminokyseliny v bielkovine. Čítanie nukleotidov je neprerušované a neprekrýva sa. Je univerzálny, platný pre všetky organizmy. Je degenerovaný, niektoré aminokyseliny sú kódované viacerými tripletmi. 13

14 Kódovací slovník pre mrn a bielkoviny I. U II. U UUU Phe UU Phe UU Leu UU Leu UU Leu U Leu U Leu U Leu UU Ile U Ile U Ile U Met UU Val U Val U Val U Val UU Ser U Ser U Ser U Ser U Pro Pro Pro Pro U Thr Thr Thr Thr U la la la la UU Tyr U Tyr U Stop U Stop U His His ln ln U sn sn Lys Lys U sp sp lu lu UU ys U ys U Stop U Trp U rg rg rg rg U Ser Ser rg rg U ly ly ly ly III. U U U U Poznámka: I. prvá, II. druhá, III. tretia pozícia bázy v kodóne. adenín, cytozín, guanín, U uracil sú jednopísmenkové skratky báz. la alanín, rg arginín, sn asparagín, sp kyselina asparágová, ys cysteín, ln glutamín, lu kyselina glutamová, ly glycín, His histidín, Ile izoleucín, Leu leucín, Lys lyzín, Met metionín, Phe fenylalanín, Pro prolín, Ser serín, Thr treonín, Trp tryptofán, Tyr tyrozín, Val valín, trojpísmenkové skratky aminokyselín. Stop kodóny pre ukončenie syntézy molekuly bielkoviny 14

15 Syntéza bielkovín Prepis I Preklad I Thr sp T His én Kodón sp dsdn mrn Peptid Prepis a preklad genetickej informácie (I) Prepis I je syntéza mrn na predlohe DN. én je oblasť jedného reťazca nukleotidov dvojreťazcovej DN (dsdn). Preklad I, je syntéza peptida podľa predlohy mrn. Kodón je trojica báz DN a mrn, ktorá kóduje jednu aminokyselinu peptida. 15

16 Syntéza bielkovín Expresia génu Expresia génu je prepis a preklad genetickej informácie v bunke. Prepis genetickej informácie (transkripcia), je syntéza RN na predlohe DN. Preklad genetickej informácie (translácia), je syntéza bielkovín na predlohe mrn podľa genetického kódu. 16

17 Syntéza bielkovín hromozóm baktérie (dsdn) Prepis I mrn Preklad I Bunka baktérie Ribozóm Peptid Prepis a preklad genetickej informácie (I) v bunke baktérie 1. hromozóm v bunke baktérie tvorený kružnicovou dvojreťazcovou DN (dsdn). 2. Prepis I, syntéza mrn na predlohe jedného reťazca dsdn. 3. Preklad I, syntéza peptida na predlohe mrn. Polycistrónny preklad, syntéza viacej rôznych peptidov podľa predlohy jednej mrn. 17

18 Syntéza bielkovín Nukleozómy DN Rozvinutie nukleozómov Jadro bunky dsdn ytoplazma bunky pre-mrn mrn mrn Rozvinutá dsdn pri syntéze pre-mrn Úprava pre-mrn na mrn Ribozóm Peptid Prepis a preklad genetickej informácie v bunke eukaryí én v bunke eukaryí má intróny a exóny. V jadre bunky je pre-mrn upravená, vyštiepené sú intróny, nasyntetizovaná je čiapočka a poly koniec. Syntéza peptida je monocistrónna, na jednej mrn sa syntetizuje jeden peptid. 18

19 Syntéza bielkovín Etapy tvorby bielkovín Pred začiatkom syntézy bielkovín je potrebná (a) syntéza mrn, (b) aktivácia aminokyselín vytvorením komplexu aminokyseliny a špecifickej trn (aminoacyl-trn). Preklad genetickej informácie má tri etapy. 1. Začiatok (iniciácia) syntézy Vytvorenie iniciačného komplexu z mrn, ribozómu a aminoacyl-trn. 2. Predlžovanie (elongácia) reťazca Na ribozóme sa aminoacyl-trn antikodónom viaže na kodón mrn. 3. Zakončenie (terminácia) syntézy STOP kodón mrn signalizuje ukončenie syntézy bielkoviny. 19

20 Syntéza bielkovín Ribozóm kodón U U U U U mrn antikodón trn Phe ys Všeobecná schéma syntézy bielkovín Molekula mrn a ribozóm tvoria miesto syntézy bielkovín. Na kodón (triplet) mrn sa viaže antikodón trn s naviazanou príslušnou aminokyselinou. Väzbou aminokyselín usporiadaných vedľa seba vzniká polypeptidový reťazec (bielkovina). Phe fenyalanín, ys cysteín (aminokyseliny) 20

21 T T T T Kódujúci reťazec DN T T T Komplementárny reťazec DN Prepis komplementárneho reťazca DN U U U U mrn Preklad mrn met ala trp thr ser Bielkovina Prepis (DN RN) a preklad (RN bielkovina) genetickej informácie. Dvojreťazcová DN (double stranded DN dsdn) má antiparalelné reťazce (jeden v smere a druhý ). Reťazec je ako gén zmyslový (sens), plus alebo kódujúci pretože je identický k sekvenciám mrn. Reťazec nie je prepisovaný. Reťazec je ako gén protizmyslový (antisens), mínus, alebo nekódujúci. Je predloha (templát, matrica) pre enzým RN polymeráza, ktorý katalyzuje syntézu molekuly RN. Reťazec je komplementárny k reťazcu a je prepisovaný.

22 Význam informačných molekúl Syntéza DN DN én Prepis DN DN mrn Preklad Bielkovina Substrát Znak enetický význam nukleových kyselín a bielkovín Syntéza DN, prepis a preklad genetickej informácie. 22

23 Ďakujem za pozornosť