Centrální dogma molekulární biologie

Transkript

1 řípravný kurz LF MU 2011/12 Centrální dogma molekulární biologie Nukleové kyseliny 1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Mendel) 1869 objev nukleových kyselin (Miescher) 1944 genetická informace v nukleových kyselinách Transkripce Translace DNA RNA rotein Replikace 1953 model DNA (Watson, Crick) 2003 rozluštěn lidský genom Nukleové kyseliny polymery nukleotidů = polynukleotidy člověk bp (párů nukleotidů) 23 chromosomů v haploidní buňce Složení nukleových kyselin DNA RNA nukleové kyseliny deoxyribonukleové ribonukleové (angl. nucleic acid, NA) Tři složky: pentosa 2- ribosa bakterie cca bp purinové báze A, G A, G pyrimidinové báze T, C U, C kyselina fosforečná 1

2 řípravný kurz LF MU 2011/12 Genetická informace je obsažena v DNA (u virů též v RNA) v pořadí deoxyribonukleotidů: deoxyadenylát (da) deoxyguanylát (dg) deoxycytidylát (dc) thymidylát (T) triplety 4 nukleotidů Gen základní jednotka genetické informace konkrétní úsek DNA Strukturní gen úsek DNA, který obsahuje informace o sekvenci aminokyselin daného proteinu Regulační gen Gen pro RNA Struktura eukaryotního genu Genom 5 Exon Intron Exon Intron Exon 3 Exon 1 Intron soubor všech genů a nekódujících sekvencí 23 párů chromosomů v diploidní buňce DNA v jádře + buněčných organelách Regulační oblast Kódující oblasti Nekódující oblasti Lidský genom protein-kódujících genů 2

3 řípravný kurz LF MU 2011/12 Dinukleotid Lineární řetězec polynukleotidu _ N NH 2 N 5 CH 2 _ NH 2 3 N 5 N CH 2 _ N N 3 H báze báze pentosa báze pentosa pentosa árování bází árování bází 3

4 řípravný kurz LF MU 2011/12 rimární struktura DNA sekvence bází v polynukleotidovém řetězci ve směru od 5 -konce k 3 -konci Sekundární struktura DNA dvouvláknová pravotočivá šroubovice 2 komplementární řetězce 2nm 5 3 genetická informace zakódovaná v podobě tripletů bází 5 ACG TTA GCT 3 antiparalelní orientace řetězců fosfátové skupiny (-) směřují vně helixu deoxyribosy paralelně s osou helixu báze vodorovně nad sebou uvnitř helixu 3,4 nm 5 3 Charakteristika DNA Chromatin u eukaryontů převážně v jádře Histon Histony molekuly l DNA asociovány s proteiny (histony) Histony DNA Nukleosom při dělení buněk probíhá současně replikace DNA 4

5 řípravný kurz LF MU 2011/12 Replikace Komplementární řetězce proces vytvoření nového vlákna DNA komplementárního k původnímu vláknu DNA pravidlo o párování bází (A T, G C) probíhá v jádře pouze během S-fáze buněčného cyklu T A G C G Ribonukleové kyseliny Mediátorové RNA obvykle jednovláknové, kratší než DNA vznikají v jádře transkripcí DNA Základní typy RNA Mediátorová (messenger, informační) - Transferová (přenosová) - trna Ribosomální - rrna přenos genetické informace z DNA na místo syntézy bílkovin ribozomy transkripcí DNA v jádře vznikají tzv. heterogenní jaderné RNA (hnrna), pre- DNA pre-rna 5

6 řípravný kurz LF MU 2011/12 Vznik z pre- sestřihem (splicing) Kodon / Triplet sekvence 3 nukleotidů v DNA / každá AK má svůj kodon pre-rna některé AK jsou kódované více kodony každý kodon je jednoznačný Transkripce Transferové RNA trna přepis genetické informace z DNA do RNA probíhá v jádře přenáší AK na místo syntézy proteinů a zařazují je do polypeptidového řetězce trna jsou specifické pro jednotlivé AK -A C G T A G G - DNA -T G C A T C C - 6

7 řípravný kurz LF MU 2011/12 Sekundární struktura trna v rovině tvar jetelového trojlístku Aminoacyl-tRNA (aktivovaná trna) Esterová vazba Terciární struktura trna Jaké bude pořadí nukleotidů v NA odpovídající kodonu UGA? kodon (DNA) antikodon (trna) templátový řetězec DNA kódující řetězec DNA 7

8 řípravný kurz LF MU 2011/12 Ribosomové RNA strukturální součást ribozomů nejrozšířenější typ RNA v buňce rrna Translace informace uložená v (pořadí kodonů) se překládá do molekuly proteinu (pořadí AK) 2 vazebná místa pro aktivované trna vazebné místo vazebné místo A translace začíná od 5 -konce za vzniku N-konce řetězce proteinu syntéza proteinů (proteosyntéza) 1 vazebné místo pro růběh translace růběh translace ribozom antikodon peptidyl-trna ribozom ribozom kodon peptid vázaný na RNA A kodon A kodon A vazba do místa A aminoacyl-trna aminokyselina vázaná na RNA vznik peptidové vazby elongace peptidu uvolnění volné trna z místa 8

9 řípravný kurz LF MU 2011/12 růběh translace ribozom kodon ribozom kodon A A Tři fáze katabolismu přesun peptidyl-trna do místa navázání další aminoacyl-trna do místa A roteiny Glykogen Tuky proteolýza glykogenolýza lipolýza Aminokyseliny Glukosa Mastné kyseliny glykolýza AT yruvát laktát β-oxidace Katabolismus živin β-xidace Mastná kyselina (n+1) AcetylCoA + n NADH + n FADH 2 Glykolýza Glukosa Acetyl-CoA A NADH + H + FADH 2 xidační dekarboxylace yruvát 2 Dýchací řetězec 3 NADH + 3 H H + 2 dýchací řetězec FADH 2 AT AD + i AT aerobní fosforylace Citrátový cyklus C 2 C 2 NADH + H + + ½ 2 H 2 + NAD + 3 AT FADH 2 + ½ 2 H 2 + FAD 2 AT Aerobní fosforylace Citrátový cyklus AcetylCoA 9

10 řípravný kurz LF MU 2011/12 Glykolýza za aerobních podmínek glukosa (C 6 ) AT glukosa-6-fosfát (C 6 ) Glykolýza AT 2 triosa-fosfát (C 3 ) 2 NAD + Katabolismus glukosy 4 AT 2 NADH + H + 2 pyruvát (C 3 ) 2 NAD + 2 CoA 2 C 2 2 acetyl-coa (C 2 ) 2 NADH + H + Glykolýza za anaerobních podmínek glukosa (C 6 ) Glykolýza za anaerobních podmínek glukosa (C 6 ) AT glukosa-6-fosfát (C 6 ) AT 2triosa-fosfát (C 3 ) 4 AT 2 NAD + 2 NADH + H + 2CH 3 CH 2 H AT glukosa-6-fosfát (C 6 ) AT 2triosa-fosfát (C 3 ) 4 AT 2 NAD + 2 pyruvát (C 3 ) 2 CH 3 CH 2 pyruvát (C 3 ) 2 NADH + H + 2 laktát 2 C 2 10

11 řípravný kurz LF MU 2011/12 Citrátový cyklus růběh citrátového cyklu 4 dehydrogenační reakce: vznik 3 NADH a 1 FADH 2 2 dekarboxylační reakce: malát C 4 oxalacetát C 4 acetyl-coa C 2 citrát C 6 acetyl-coa je oxidován na 2 C 2 vznik 1 AT (GT) fumarát C 4 sukcinát C 4 AT 3 NADH + 3 H + FADH 2 C 2 2-oxoglutarát C 5 C 2 Katabolismus mastných kyselin C 6 CSCoA acyl-coa FADH 2 aktivace acylu vazbou na koenzym A C 6 CSCoA..yl-CoA opakující seβ-oxidace vznikající acetyl-coa C 6 H CSCoA H 2..yl-CoA NADH vznikající NADH a FADH 2 C 6 CSCoA..yl-CoA HS-CoA C 4 + C 2 acyl-coa + acetyl-coa 11