Nukleosidy, nukleotidy, nukleové kyseliny, genetická informace

Transkript

1 Nukleosidy, nukleotidy, nukleové kyseliny, genetická informace

2 Centrální dogma

3 Nukleové kyseliny Fosfátem spojené nukleotidy (cukr s navázanou bází a fosfátem)

4 Nukleotidy Nukleotidy stavební kameny nukleových kyselin - báze - cukr - fosfát

5 Báze Dva typy bází odvozené od purinu a pyrimidinu

6 Báze Základní nukleotidy jsou tvořeny pěti různými bázemi

7 Cukry Základní nukleotidy jsou tvořeny dvěma různými cukry

8 Nukleosidy Nukleosid = báze + cukr Nukleotidy Nukleotid = Nukleosid + fosfát

9 Struktura ribonukleosidů Stavební kameny RNA Ribonukleové kyseliny

10 Struktura deoxyribonukleosidů Stavební kameny DNA Deoxyribonukleové kyseliny

11 Nukleotidy a jejich metabolické funkce ATP ukládání a přenos energie pro biosyntézu, transport, pohyb

12 Nukleotidy a jejich metabolické funkce Syntéza škrobu vyžaduje vazbu glukózy na ADP ADP-glucose

13

14 Nukleové kyseliny DNA, RNA Nukleotidy pospojované fosfáty tvoří polynukleotidy

15 Nukleové kyseliny Nukleotidy pospojované fosfáty tvoří polynukleotidy Fosfátový můstek mezi uhlíky 3 a 5 sousedního cukru (ribózy nebo deoxyribózy) Fosfodiesterová vazba Konce řetězce 5 a 3 Kyselina díky fosfátům Částečně negativní náboj Přenáší informaci ve formě lineární sekvence jednotlivých reziduí

16 DNA deoxyribonukleová kyselina

17 Struktura DNA byla určena v roce 1953 Jamesem Watsonem a Francisem Crickem 1. Dva polynukleotidové řetězce se otáčejí podél společné osy a tvoří pravotočivou dvojitou šroubovici 2. Tyto dva řetězce polynukleotidů tvořící DNA mají antiparalelní uspořádání 3. Báze jsou ve středu šroubovice, cukerné zbytky s fosfáty jsou vně šroubovice čímž se snižuje repulze mezi fosfátovými skuoinami 4. Povrch dvojité šroubovice je vharakterizovaný dvěma žlábky, velký a malý 5. Každá báze je vázána vodíkovými můstky ke své komlementární bázi na protějším řetězci DNA a spolu tak tvoří pár bází 6. Adenin se páruje s thyminem a naopak (AT pár) 7. Guanin se páruje s cytosinem a naopak (GC pár)

18 Dva polynukleotidové řetězce tvoří pravotočivou dvojitou šroubovici Dva řetězce polynukleotidů mají antiparalelní uspořádání

19 Báze jsou ve středu šroubovice, cukerné zbytky s fosfáty vně Na povrchu dvojité šroubovice se nacházejí dva žlábky, velký a malý

20 Každá báze je vázána vodíkovými můstky ke své komlementární bázi na protějším řetězci DNA a spolu tak tvoří pár bází Adenin se páruje s thyminem (AT pár) Guanin se páruje s cytosinem (GC pár)

21 DNA se vyskytuje v různých 3D formách Možné rotace kolem sedmi různých vazeb: 1. různé konformace deoxyribózy 2. rotace kolem fosfodiesterové vazby 3. rotace báze kolem (C1 N) glykosylové vazby

22 DNA se vyskytuje v různých 3D formách Purinové báze mohou nabývat dvě stabilní konformace syn a anti Pirimidinové báze jsou v konformaci anti

23 DNA se vyskytuje v různých 3D formách B form Watson-Crick structure A form in solutions devoid of water Z form pyrimidines alternate with purines

24

25 Různé strukturní variace jsou sekvenčně závislé a mají vliv na funkci a metabolismus DNA

26 Palindromy mohou tvořit vlásenky a křížovité struktury

27 Nezvyklé párování v DNA tvoří různé struktury místa, kde dochází důležitým dějům Triplex Hoogsteen pairing Guanosine tetraplex

28 DNA triplex třetí vlákno DNA ve velkém žlábku H - DNA triplex speciální DNA triplex

29 DNA tetraplex (kvadruplex)

30 DNA je organizovaná v chromozomech Genom je tvořen unikátním obsahem DNA daného organismu, který je alokovaný v chromosomech

31

32 Počet chromozomů, genů a bází u člověka Chromosome Genes Total bases 1 4, ,199, , ,751, , ,446, ,263, ,837, , ,896, , ,821, , ,274, , ,442, , ,374, ,452, , ,289, ,127, , ,360, ,338, ,822, ,672 78,654, ,117, ,555 63,806, ,008 62,435, ,944, ,092 49,528,953 X (sex chromosome) 1, ,913,754 Y (sex chromosome) ,741,652

33 RNA ribonukleová kyselina Ribóza přítomnost 2 OH skupiny Obsahuje Uracil (Uridine) místo Thyminu (Deoxythymidin) RNA se vyskytuje většinou jako provotočivá jednovláknová Párování bází s komplementární DNA Páry bází A-U (A-T s DNA) Páry bází G-C Časté G-U párování Díky přítomnosti 2 OH skupiny je náchylná k hydrolýze

34 RNA ribonukleová kyselina Frequent non Watson-Crick G-U base-pairing in RNA

35 Hydrolýza RNA

36 RNA párování bází je především vnitromolekulární a tvoří různé vlásenky, smyčky Vnitromolekulární párování potenciál k tvorbě množství molekulárních struktur s mnoha možnými funkcemi 2 hydroxylová skupina ribózy může tvořit H-můstky Specifická vazba malých molekul RNA může katalyzovat reakce

37 Přehled funkce nukleových kyselin Původně se předpokládalo, ze nositlem dědičnosti jsou proteiny V roce transformace nevirulentní baktérie na virulentní použitím virulentní DNA Replikace dvoušroubovicové DNA (dsdna) proces přenosu informace na novou dsdna Každé vlákno je templátem pro nové komplementární vlákno Dceřiné vlákno je syntetizováno postupnou polymerací komplementárních bází tvořících pár bází Proces replikace je velmi složitý a komplexní a vyžaduje mnoho buněčných faktorů

38 Geny řídí syntézu proteinů Centrální dogma molekulární biologie - Crick 1958 Genetická informace ze DNA je přepsána () do molekuly RNA komplementární k DNA. Sekvence nukleotidů v RNA je přeložena (translace) do odpovídající sekvence aminokyselin v proteinech.

39 Syntézy proteinů se účastní různé typy RNA mrna messenger RNA trna transfer RNA rrna ribosomal RNA Transcription Translation

40 Schématický proces translace

41 Schématický proces translace

42 Jednovláknová mrna může: kódovat jeden protein Monocistronická Kódovat více různých proteinů Polycistronická

43 Omika Genom genomika Transkriptom transkriptomika Proteom proteomika Metabolom metabolomika Ačkoli genom organismů zůstává v podstatě nezměněn v průběhu života jedince, jeho transcriptome a proteome se mohou výrazně lišit mezi rozdílnými tkáněmi, vývojovými stádii a environmentálními podmínkami

44 Denaturace a annealing nízká absorpce UV 260 hypochromní efect vysoká absorpce UV 260 hyperchromický efect

45 Dva kroky při renaturation Pomalý tvoří se nukleační jádra Rychlý tvorba šroubovice absorpce

46 Hybridizace DNA Dvě komplementární vlákna DNA se mohou spojit nezávisle na svém zdroji

47 Modifikace nukleových kyselin Spontanní ztráta aminoskupin v bazích

48 Modifikace nukleových kyselin

49 Modifikace nukleových kyselin

50 Modifikace nukleových kyselin Některé báze jsou enzymaticky a cíleně metylovány Epigenetický kód

51 Co musím znát Báze, nukleosidy, nukleotidy Struktura nukleových kyselin Genetická informace je uložená v sekvenci nukleotidů v DNA Informace je dál přenesena transkribcí na RNA a přeložena do proteinu Nukleové kyseliny mohou být modifikovány