Exprese genetické informace
Stavební kameny nukleových kyselin Nukleotidy = báze + cukr + fosfát BÁZE FOSFÁT Nukleosid = báze + cukr CUKR
Báze Cyklické sloučeniny obsahující dusík puriny nebo pyrimidiny uracil adenin cytosin thymin PYRIMIDIN PURIN guanin
Cukry PENTÓZA β-d-ribóza ribonukleová kyselina číslování uhlíků 1-5 β-d-2-deoxyribóza deoxyribonukleová kyselina
Spojení nukleotidů v nukleových kyselinách fosfodiesterová vazba
DNA a její replikace
DNA Deoxyribonukleová kyselina Kóduje a uchovává genetickou informaci buňky gen A gen B gen C genová exprese
Dvouvláknová DNA DNA dvojšroubovice antiparalelní řetězce Komplementární párování bazí Kostra z cukrů a fosfátů Párování bazí pomocí vodíkových můstků
Komplementární párování bazí A T dva vodíkové můstky G C tři vodíkové můstky
Replikace DNA Zdvojení DNA před dělením buňky Každé ze dvou vláken DNA slouží jako templát pro syntézu nových dvou vláken semikonzervativní replikace
semikonzervativní replikace každá dceřinná dvoušroubovice je tvořena jedním rodičovským a jedním novým vláknem
prekurzory jsou deoxynukleotidtrifosfáty DNA polymeráza katalyzuje postupné přidávání deoxyribonukleotidů ke 3 - OH konci polynukleotidového řetězce syntéza nového řetězce ve směru 5 3 reakce poháněna energií uvolněnou hydrolýzou fosfátových skupin
replikační počátek místo na DNA, kde začíná replikace DNA prokaryot jeden počátek otevření dvojšroubovice pomocí iniciačních proteinů DNA eukaryotického chromozómu mnoho replikačních počátků (lidský genom asi 10 000) replikace obousměrná jde na obě strany od replikačního počátku
Replikační vidlička úsek DNA, který se právě replikuje je asymetrická vedoucí vlákno replikace probíhá plynule opožďující se (váznoucí) vlákno replikace probíhá po malých kouscích = Okazakiho fragmenty vedoucí vlákno nově syntetizovaná DNA zpožďující se vlákno s Okazakiho fragmenty
začíná syntéza vedoucích řetězců asymetrie replikační vidličky začíná syntéza váznoucích řetězců váznoucí řetězec vidličky 1 vedoucí řetězec vidličky 2 vedoucí řetězec vidličky 1 váznoucí řetězec vidličky 2 VIDLIČKA 1 VIDLIČKA 2
replikační vidličky na kruhovém chromozómu
váznoucí vlákno templátu RNA primer nový RNA primer syntetizovaný DNA primázou DNA polymeráza prodlouží vlákno a vytvoří nový Okazakiho fragment DNA polymeráza dokončí fragment DNA RNA primer je odbourán zvláštní RNAázou primery DNA polymeráza neumí začít nové vlákno, umí jen napojovat DNA primáza = RNA polymeráza, nasyntetizuje krátký úsek RNA, na který DNA polymeráza naváže RNA primerem začíná i každý Okazakiho fragment mezera je zaplněna DNA ligázou
templát vedoucího vlákna nově syntetizované vlákno DNA polymeráza na vedoucím vlákně DNA primáza svírací protein protein vážící jednovláknovou DNA rodičovská DNA dvojšroubovice DNA helikáza templát váznoucího vlákna RNA primer nový Okazakiho fragment DNA polymeráza na vedoucím vlákně právě dokončuje Okazakiho fragment nově syntetizované vlákno
polymeráza připojí nesprávný nukleotid opravná (korektorská) funkce DNA polymerázy 3-5 exonukleázovou aktivitou DNA polymerázy je chybný nukleotid odstraněn po opravě je četnost chyb 1/10 7 další opravné mechanismy 1/10 9 DNA polymeráza pokračuje v syntéze nového vlákna
replikace konců lineárních chromozómů úplný konec chromozómu nelze zreplikovat, není kam umístit Okazakiho fragment pro váznoucí vlákno konec chromozómu = telomera (TTAGGG 100x 1000x) udržován enzymem telomeráza syntetizuje DNA podle předlohy RNA, kterou si nese v sobě
rodičovské vlákno naváže se telomeráza telomeráza prodlouží 3 konec nedokončené váznoucí vlákno směr syntézy telomery telomeráza s vestavěným RNA templátem DNA polymeráza dokončí replikaci váznoucího řetězce DNA polymeráza
RNA, transkripce a translace
Tok genetické informace DNA RNA Protein (výjimečně RNA DNA) DNA RNA : transkripce RNA protein : translace
Gen jednotka dědičnosti sekvence DNA nutná k produkci funkčního produktu produktem je protein (strukturní geny) nebo jen RNA
Transkripce proces přepisu informace z DNA do RNA RNA jednovláknová její cukry ribonukleotidy místo thyminu obsahuje uracil uracil páruje s adeninem
Transkripce enzym RNA polymeráza katalyzuje tvorbu vlákna RNA komplementárního k jednomu vláknu DNA templátové vlákno TRANSKRIPCE
Hlavní typy RNA messenger RNA (mrna, také informační) nese informaci pro tvorbu proteinů, která bude přeložena během procesu translace ribozomální RNA (rrna) tvoří součást ribozómu a katalyzuje syntézu proteinů transferová RNA (trna) adaptorová molekula mezi mrna a aminokyselinami
další typy RNA small nuclear RNA (snrna) různé úlohy při zpracování RNA
3 stadia Proces transkripce iniciace navázání RNA polymerázy elongace syntéza RNA podle templátu DNA terminace uvolnění vzniklé molekuly RNA a uvolnění RNA polymerázy z DNA
iniciace transkripce RNA polymeráza rozpozná sekvenci v DNA zvanou promotor u eukaryot je k tomu potřeba ještě řada dalších proteinů transkripčních faktorů příležitost k regulaci genové exprese
není jádro transkripce u prokaryot vznikající mrna hned překládána jedna mrna může nést informaci pro více proteinů
transkripce u eukaryot transkripce v jádře, translace v cytoplazmě jedna mrna nese informaci pro jeden protein informace není souvislá, kódující sekvence exony jsou přerušovány nekódujícími sekvencemi introny přepisem vznikne tzv. pre-mrna, ta je dále upravována
úpravy pre-mrna přidání čepičky na 5 -konec (atypický guaninový nukleotid s methylovou skupinou) polyadenylace 3 -konce přidání řady A sestřih - vystřižení intronů, spojení exonů
sestřih pre-mrna exony mnohem kratší než introny introny přesně vyštěpeny, exony pospojovány k sobě
sestřih může být alternativní TRANKRIPCE, ČEPIČKA, POLYADENYLACE, SESTŘIH mrna příčně pruhovaný sval hladký sval fibroblasty fibroblasty mozek
Translace Překlad genetické informace - ze sekvence nukleotidů do sekvence aminokyselin 4 nukleotidy v NK kódují informaci pro 20 aminokyselin v proteinu Genetický kód
Genetický kód je třípísmenný (triplety nukleotidů) 4 nukleotidy (A,U,G,C) = 4 3 = 64 možných kombinací trojice nukleotidů se nazývá kodón kodón kóduje 1 aminokyselinu, případně konec translace
Genetický kód kodón AUG (kóduje Met) je používán jako startovní kodón UAA, UAG, UGA jsou terminační místa stop kodóny podle dohody se kodón vždy píše ve směru 5 -AAA-3 genetický kód je tzv. degenerovaný (nebo také redundantní) jedna aminokyselinaje většinou kódována více než jedním tripletem
Genetický kód je univerzální společný všem organismům (drobné odchylky v mitochondriích) zelenou fluorescenci myšek způsobuje protein původem z medúzy,vnesený do jejich genomu
čtecí rámec kódu tenpestamšelsám 1.čtecí rámec ten pes tam šel sám 2.čtecí rámec...t enp est amš els ám... 3.čtecí rámec...te npe sta mše lsá m... obvykle jen jeden čtecí rámec kóduje funkční protein, existují výjimky rámec dán pozicí startovního kodónu: 5 -AUG
transferové RNA -trna adaptorové molekuly charakteristická sekundární a terciární struktura vazebné místo pro aminokyselinu antikodón sekvence komplementární ke kodónu
primární, sekundární a terciární struktura trna připojená aminokyselina (Phe) 3 konec 5 konec D smyčka akceptorové raménko T smyčka antikodó -nová smyčka antikodón jetelový list
trna syntetázy připojení správné aminokyseliny ke správné trna první krok v překladu kódu enzymy trna syntetázy
wobble kolísavé párování mezi kodónem a antikodónem některé aminokyseliny kódovány více kodóny, ale každý kodón nemusí mít nutně svou vlastní trna nepřesnost se toleruje na třetí pozici kodónu lidské trna nesou 48 různých antikodónů pro 61 možných kodónů
ribozóm
ribozóm 3 vazebná místa pro trna: vazebné místo pro mrna velká podjednotka ribozómu malá podjednotka ribozómu A místo pro aminoacyl-trna (trna nabitá aminokyselinou) P místo pro peptidyl-trna (trna s připojeným rostoucím polypeptidovým řetězcem E místo = exit
proces translace iniciace navázání ribozomálních podjednotek a první aminoacyl-trna na mrna elongace syntéza polypeptidového řetězce terminace ukončení syntézy polypeptidu, uvolnění mrna a ribozomálních podjednotek
iniciace translace (eukaryota) 1. na malou podjednotku ribozómu se připojí iniciační trna, která nese methionin 2. malá podjednotka s iniciační trna se naváže na 5 -konec mrna (rozpozná čepičku) 3. komplex se posunuje po mrna, až najde první iniciační AUG kodóm 4. připojí se velká ribozomální podjednotka
první polypeptidová zazba vytvoří se mezi methiononem a následující aminokyselinou
elongace 4 kroky cyklu ribozómu KROK 1 rostoucí polypeptidový řetězec nově vázaná trna krok 1 použitá trna se uvolňuje z E místa, aminoacyl-trna se váže do A místa uvolněná trna KROK 2 E P A krok 2 vytvoří se peptidová vazba (katalyzováno peptidyl transferázou obsaženou ve velké podjednotce)
elongace 4 kroky cyklu ribozómu KROK 3 KROK 4 krok 3 velká podjednotka se posune vůči malé podjednotce o jeden kodón krok 4 následuje malá podjednotka s navázanými trna může se opakovat krok 1- do místa A se může navázat nová aminoacyl trna
terminace translace do A-místa se naváže uvolňovací faktor místo další aminokyseliny je k polypeptidu přidána voda polypeptid se uvolní komplex se rozpadne
skládání a posttranslační modifikace vzniklý protein se musí složit do správné konformace, případně se stát součástí většího komplexu může být upraven přidáním různých chemických skupin (glykosylace, fosforylace, acetylace aj.)