Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/34.0211. Anotace. Biosyntéza nukleových kyselin. VY_32_INOVACE_Ch0219.

Podobné dokumenty
Exprese genetické informace

Nukleové kyseliny. DeoxyriboNucleic li Acid

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Garant předmětu GEN: prof. Ing. Jindřich Čítek, CSc. Garant předmětu GEN1: prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

ANOTACE vytvořených/inovovaných materiálů

Eva Benešová. Genetika

Základy molekulární a buněčné biologie. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Exprese genetické informace

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Citrátový cyklus. VY_32_INOVACE_Ch0218.

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

ENZYMY A NUKLEOVÉ KYSELINY

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Nukleové kyseliny (polynukleotidy) Nukleové kyseliny a nadmolekulové komplexy polynukleotidů buněčných struktur

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

1. Téma : Genetika shrnutí Název DUMu : VY_32_INOVACE_29_SPSOA_BIO_1_CHAM 2. Vypracovala : Hana Chamulová 3. Vytvořeno v projektu EU peníze středním

Proteiny Genová exprese Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Genetika. Genetika. Nauka o dědid. dičnosti a proměnlivosti. molekulárn. rní buněk organismů populací

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Translace, techniky práce s DNA

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE PROKARYOT

6. Nukleové kyseliny a molekulová genetika

Struktura a funkce biomakromolekul

4) pokračování struktury nukleových kyselin

Struktura a funkce nukleových kyselin

ÚVOD. Úvod ke struktuře nukleových kyselin Struktura DNA Replikace DNA Opravy DNA

REPLIKACE A REPARACE DNA

Syntéza a postranskripční úpravy RNA

Přednáška kurzu Bi4010 Základy molekulární biologie, 2016/17 Replikace DNA

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti NUKLEOVÉ KYSELINY

Nukleové kyseliny a nadmolekulové komplexy polynukleotidů buněčných struktur

Přípravný kurz z biologie MUDr. Jana Kolářová, CSc. témata 1 Mgr. Kateřina Caltová témata 3-5 doc. PharmDr. Emil Rudolf, Ph.D materiály k

Úvod do studia biologie. Základy molekulární genetiky

Globální pohled na průběh replikace dsdna

Centrální dogma molekulární biologie

Úvod do studia biologie. Základy molekulární genetiky

REPLIKACE, BUNĚČNÝ CYKLUS, ZÁNIK BUNĚK

DUM č. 10 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

15. Základy molekulární biologie

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

a) Primární struktura NK NUKLEOTIDY Monomerem NK jsou nukleotidy

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Anotace. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu:

Deriváty karboxylových kyselin, aminokyseliny, estery

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

GENETIKA dědičností heredita proměnlivostí variabilitu Dědičnost - heredita podobnými znaky genetickou informací Proměnlivost - variabilita

MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE. 2. Polymerázová řetězová reakce (PCR)

Genetika zvířat - MENDELU

Přenos genetické informace: Centrální dogma. Odstranění intronů sestřihem RNA

Masarykova univerzita v Brně, Fakulta lékařská

Kontrola genové exprese

ve srovnání s eukaryoty (životnost v řádu hodin) u prokaryot kratší (životnost v řádu minut) na životnost / stabilitu molekuly mají vliv

v raném stádiu se embryo rozpadlo do dvou skupin buněk správná odpověď: dvojčata obsahují kopie stejných rodičovských

Chemie nukleotidů a nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie (existují vyjímky)

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Lesnická genetika. Dušan Gömöry, Roman Longauer

Molekulární základ dědičnosti

Genetika - maturitní otázka z biologie (2)

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

jedné aminokyseliny v molekule jednoho z polypeptidů hemoglobinu

Odvětví genetiky zkoumající strukturu a funkci genů na molekulární úrovni

Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

Genetický polymorfismus

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI

REKOMBINACE Přestavby DNA

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

přepis genetické informace z DNA do RNA, při které DNA slouží jako matrice pro syntézu RNA. Reakci katalyzuje RNA-polymeráza (transkriptáza)

Biosyntéza a metabolismus bílkovin

Digitální učební materiál

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

BAKTERIÁLNÍ GENETIKA. Lekce 12 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

Gymnázium, Brno, Elgartova 3

-nukleové kyseliny jsou makromolekulární látky, jejichž základní stavební jednotkou je nukleotid každý nukleotid vzniká spojením:

Základy metod forenzní genetiky. Hana Šumberová, DiS

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Schéma průběhu transkripce

Translace (druhý krok genové exprese)

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Transformátory transformace napětí VY_32_INOVACE_F0219.

BIOCHEMICKÉ PROCESY V LIDSKÉM

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Molekulární biologie. 4. Transkripce

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

MOLEKULÁRNĚ BIOLOGICKÉ METODY V ENVIRONMENTÁLNÍ MIKROBIOLOGII. Martina Nováková, VŠCHT Praha

Principy bioorganické chemie ve vývoji antivirotik a cytostatik

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

6) Transkripce. Bakteriální RNA-polymeráza katalyzuje transkripci všech uvedených typů primárních transkriptů (na rozdíl od eukaryot).

Molekulárn. rní genetika

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

1 Biochemické animace na internetu

Transkript:

Vzdělávací materiál vytvořený v projektu OP VK Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20 Číslo projektu: Název projektu: Číslo a název klíčové aktivity: CZ.1.07/1.5.00/34.0211 Zlepšení podmínek pro výuku na gymnáziu III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Anotace Název tematické oblasti: Název učebního materiálu: Číslo učebního materiálu: Vyučovací předmět: Ročník: Autor: Biochemie Biosyntéza nukleových kyselin VY_32_INOVACE_Ch0219 Seminář z chemie 4. ročník čtyřletého studia, 8. ročník osmiletého studia Jana Drlíková Datum vytvoření: 10. 4. 2013 Datum ověření ve výuce: 16. 4. 2013 Druh učebního materiálu: Očekávaný výstup: Metodické poznámky: pracovní list Uplatnění dosud získaných znalostí z oblasti obecné, organické chemie, biochemie a biologie na vyvozování nového učiva v probíraném tématu. Pracovní list studenta je doplněn vypracovanou verzí pro učitele. Ve výuce je pracovní list používán jako text, na jehož základě je procvičováno již probrané učivo, jsou vyvozovány nové poznatky a řešeny drobné problémové úlohy ze zadaného tématu.

VY_32_INOVACE_Ch0219 Biosyntéza RNA, transkripce pracovní list Většinou se všechny typy RNA syntetizují v procesu transkripce. Transkripce u prokaryot Transkripce u eukaryot Katalýza 4 až 5 RNA-polymeras, každá katalyzuje syntézu jiného typu RNA RNA-polymerasa I : jadérko, r-rna RNA-polymerasa II: jádro, m-rna RNA-polymerasa III: jádro, r-rna, t-rna a další RNA-polymerasy v mitochondriích a chloroplastech. Iniciace Syntéza RNA je iniciována na specifických místech DNA. RNA-polymerasa se váže k určité oblasti na templátovém vlákně DNA, která se označuje jako promotor, což je sekvence asi 40 párů bází. Báze na 5 ) konci je často purin. Promotory RNA-polymeras jsou komplexní a rozmanité a nejsou příliš prozkoumány. Promotory mohou být umístěny v podstatě kdekoli v oblasti přepisovaných genů. Na molekule DNA rovněž existují místa, která fungují jako enhancery (zesilovače). Elongace = Rychlost a přesnost transkripce Rychlost je asi 20-50 nukleotidů za sekundu při teplotě 37 0 C. Za RNA-polymerasou může další následovat hned, jak je to stericky možné. Chybovost je 1 chybný nukleotid na 10 4 přepsaných bází.

Terminace = U E.coli série 4-10 párů A-T s adeninovými zbytky na templátu a oblast bohatá na C-G, někdy je pro terminaci vyžadována přítomnost proteinu ρ. Inhibice Některá. aktinomycin D, rifamycin B Některé chemoterapeutika na léčbu nádorů (daunomycin, adriamycin) Amatoxiny ( ) Smrtelná dávka je asi 40g čerstvých hub, působí pomalu po odeznění vlivu jiných toxinů, smrt nastává obvykle v důsledku jaterního selhání. Posttranskripční úpravy = m-rna obvykle bez úprav m-rna: rozsáhlé úpravy, jsou v ní kódující oblasti (exony) odděleny poměrně rozsáhlými nekódujícími oblastmi (introny). Introny jsou vystřiženy a exony jsou velmi přesně pospojovány. r-rna jsou často methylovány Schéma transkripce:

Reverzní transkripce: RNA-viry ( např.: a další) obsahují enzym reverzní transkriptasu ( objev: Howard Temin a David Baltimore, 1970) který katalyzuje syntézu DNA na matrici, kterou je v-rna. Syntéza se děje ve směru 5 ) 3 ) na matricích opatřených RNA-primery, enzymaticky se pak odbourá templátové vlákno v-rna, replikuje se jednovláknová DNA, čímž vznikne dvoušroubovice DNA, která je zabudována do genomu hostitelské buňky, jež může podle podstrčené genetické informace produkovat viriony. Centrální dogma biochemie

Biosyntéza RNA, transkripce pracovní list vyplněná verze Většinou se všechny typy RNA syntetizují v procesu transkripce. Transkripce u prokaryot Transkripce u eukaryot Katalýza RNA-polymerasa 4 až 5 RNA-polymeras, každá katalyzuje syntézu jiného typu RNA RNA-polymerasa I : jadérko, r-rna RNA-polymerasa II: jádro, m-rna RNA-polymerasa III: jádro, r-rna, t-rna a jiné RNA-polymerasy v mitochondriích a chloroplastech (RNA) n + nukleosidtrifosfát (RNA) n+1 + PP i Reakce je poháněna uvolněním difosfátu a jeho následnou hydrolýzou. Iniciace Syntéza RNA je iniciována na specifických místech DNA. RNA-polymerasa se váže k určité oblasti na templátovém vlákně DNA, která se označuje jako promotor, což je sekvence asi 40 párů bází. Báze na 5 ) konci je často purin. Promotory RNA-polymeras jsou komplexní a rozmanité a nejsou příliš prozkoumány. Promotory mohou být umístěny v podstatě kdekoli v oblasti přepisovaných genů. Na molekule DNA rovněž existují místa, která fungují jako enhancery (zesilovače). Elongace = prodlužování řetězce RNA se vždy děje ve směru od 5 ) k 3 ). Dvouvláknový templát DNA musí být v místě transkripce otevřen, na jednom z vláken jsou k bázím DNA přikládány komplementární ribonukleotidy. Rychlost a přesnost transkripce Rychlost je asi 20-50 nukleotidů za sekundu při teplotě 37 0 C. Za RNA-polymerasou může další následovat hned, jak je to stericky možné. Chybovost je 1 chybný nukleotid na 10 4 přepsaných bází.

Terminace = ukončení transkripce a uvolnění molekuly RNA od templátového vlákna DNA. U E.coli série 4-10 párů A-T s adeninovými zbytky na templátu a oblast bohatá na C-G, někdy je pro terminaci vyžadována přítomnost proteinu ρ. Inhibice Některá antibiotika: aktinomycin D, rifamycin B Některé chemoterapeutika na léčbu nádorů (daunomycin, adriamycin) Amatoxiny (jedy muchomůrky hlíznaté) Smrtelná dávka je asi 40g čerstvých hub, působí pomalu po odeznění vlivu jiných toxinů, smrt nastává obvykle v důsledku jaterního selhání. = změny ve struktuře a složení RNA po traskripci Posttranskripční úpravy m-rna obvykle bez úprav m-rna: rozsáhlé úpravy, jsou v ní kódující oblasti (exony) odděleny poměrně rozsáhlými nekódujícími oblastmi (introny). Introny jsou vystřiženy a exony jsou velmi přesně pospojovány. r-rna jsou často methylovány Schéma transkripce:

Reverzní transkripce: RNA-viry ( např.: některé onkoviry, virus HIV a další) obsahují enzym reverzní transkriptasu ( objev: Howard Temin a David Baltimore, 1970) který katalyzuje syntézu DNA na matrici, kterou je v-rna. Syntéza se děje ve směru 5 ) 3 ) na matricích opatřených RNA-primery, enzymaticky se pak odbourá templátové vlákno v-rna, replikuje se jednovláknová DNA, čímž vznikne dvoušroubovice DNA, která je zabudována do genomu hostitelské buňky, jež může podle podstrčené genetické informace produkovat viriony. Centrální dogma biochemie

Biosyntéza DNA replikace DNA pracovní list Dvoušroubovice DNA se replikuje semikonzervativně v replikačních vidličkách (očcích, bublinách).. U prokaryot se obvykle tvoří jedno replikační očko, u eukaryot je DNA rozsáhlejší a replikace paralelně probíhá v několika replikačních bublinách. Na oddálených vláknech DNA se jako na matrici syntetizuje komplementární vlákno DNA přikládáním vhodných (komplementárních) deoxynukleotidtrifosfátů. Reakce je poháněna eliminací anorganického difosfátu (PP i ) a jeho následnou hydrolýzou. nukleotidový řetězec-p + nukleotid-p-p-p nukleotidový řetězec o 1 nukleotid delší-p + PP i Vznikají tak v ideálním případě dvě identické dceřinné molekuly DNA, které obsahují jedno vlákno z původní molekuly a druhé nově nasyntetizované. Deoxyribonukleotidtrifosfáty mohou být přikládány pouze k 3 ) - hydroxylu deoxyribofuranosy narůstajícího polynukleotidového vlákna, takže řetězce DNA jsou prodlužovány pouze ve směru od 5 ) k 3 ). Vedoucí vlákno: nový řetězec roste ve směru od 5 ) k 3 ) ve směru pohybující se replikační vidličky, což je bod oddělení obou vláken v replikačním očku, a syntetizuje se kontinuálně. Opožděné vlákno: syntéza probíhá také ve směru od 5 ) k 3 ), ale diskontinuálně, ve formě kratších úseků (u prokaryot 1000-2000 nukleotidů, u eukaryot 100-200 nukleotidů), kterým říkáme Okazakiho fragmenty. DNA-polymerasy nejsou schopny katalyzovat iniciaci syntézy polynukleotidového řetězce. Iniciační úlohu hrají komplementární úseky RNA o několika nukleotidech (1-60), které označujeme jako RNA- -primery. Vznik těchto RNA-primerů katalyzuje enzym DNA-dependentní primasa, a to jak vytvoření jednoho RNA-primeru pro vedoucí vlákno, tak RNA-primery pro jednotlivé Okazakiho fragmenty. Enzymové zajištění replikace:

a) DNA-gyrasa, topoizomerasa Rozvolňuje šroubovicové vinutí DNA a zajišťuje, aby se DNA před replikační vidličkou nestáhla a nezamotala. b) Rep-protein, helikasa Pohybují se podél řetězce DNA a oddělují vlákna dvoušroubovice na způsob zipu. Děj spotřebovává ATP. c) SSB proteiny (single strand binding) Tetramerní bílkovina se váže na vlákna DNA za helikasou a rep-proteinem a brání opětovnému spárování bází. d) DNA-primasa Jde o enzym, který katalyzuje vznik RNA-primerů. e) DNA-polymerasy Katalyzují vznik komplementárního řetězce DNA na vedoucím vlákně i u úseků polynukleotidových řetězců Okazakuho fragmentů a navázání chybějících deoxyribonukleotidů v místech, kde byly odštěpeny RNA-primery. Podílejí se i na odstraňování chyb vznikajících při replikaci i na opravách poškozených úseků DNA. Polymerasa po syntéze řetězec DNA zkontroluje a opraví chyby. f) enzym odstraňující RNA-primery g) DNA-ligasa Katalyzuje zacelení mezer mezi Okazakiho fragmenty a jejich kovalentní spojení. Replikační rychlost u E. coli je asi 1000 nukleotidů za sekundu. U eukaryot je replikace asi 20x pomalejší, u člověka je rychlost polymerasy asi 50 zabudovaných nukleotidů za sekundu. Chybovost je u bakterií odhadována asi na 1 chybu na 10 9 navázaných nukleotidů.

Biosyntéza DNA replikace DNA pracovní list vyplněná verze Dvoušroubovice DNA se replikuje semikonzervativně v replikačních vidličkách (očcích, bublinách).v dceřinné molekule DNA je jedno vlákno z mateřské molekuly a jedno vlákno nové. U prokaryot se obvykle tvoří jedno replikační očko, u eukaryot je DNA rozsáhlejší a replikace paralelně probíhá v několika replikačních bublinách. Na oddálených vláknech DNA se jako na matrici syntetizuje komplementární vlákno DNA přikládáním vhodných (komplementárních) deoxynukleotidtrifosfátů. Reakce je poháněna eliminací anorganického difosfátu (PP i ) a jeho následnou hydrolýzou. nukleotidový řetězec-p + nukleotid-p-p-p nukleotidový řetězec o 1 nukleotid delší-p + PP i Vznikají tak v ideálním případě dvě identické dceřinné molekuly DNA, které obsahují jedno vlákno z původní molekuly a druhé nově vytvořené. Deoxyribonukleotidtrifosfáty mohou být přikládány pouze k 3 ) - hydroxylu deoxyribofuranosy narůstajícího polynukleotidového vlákna, takže řetězce DNA jsou prodlužovány pouze ve směru od 5 ) k 3 ). Vedoucí vlákno: nový řetězec roste ve směru od 5 ) k 3 ) ve směru pohybující se replikační vidličky, což je bod oddělení obou vláken v replikačním očku, a syntetizuje se kontinuálně. Opožděné vlákno: syntéza probíhá také ve směru od 5 ) k 3 ), ale diskontinuálně, ve formě kratších úseků (u prokaryot 1000-2000 nukleotidů, u eukaryot 100-200 nukleotidů), kterým říkáme Okazakiho fragmenty. DNA-polymerasy nejsou schopny katalyzovat iniciaci syntézy polynukleotidového řetězce. Iniciační úlohu hrají komplementární úseky RNA o několika nukleotidech (1-60), které označujeme jako RNA- -primery. Vznik těchto RNA-primerů katalyzuje enzym DNA-dependentní primasa, a to jak vytvoření jednoho RNA-primeru pro vedoucí vlákno, tak RNA-primery pro jednotlivé Okazakiho fragmenty. Enzymové zajištění replikace:

a) DNA-gyrasa, topoizomerasa Rozvolňuje šroubovicové vinutí DNA a zajišťuje, aby se DNA před replikační vidličkou nestáhla a nezamotala. b) Rep-protein, helikasa Pohybují se podél řetězce DNA a oddělují vlákna dvoušroubovice na způsob zipu. Děj spotřebovává ATP. c) SSB proteiny (single strand binding) Tetramerní bílkovina se váže na vlákna DNA za helikasou a rep-proteinem a brání opětovnému spárování bází. d) DNA-primasa Jde o enzym, který katalyzuje vznik RNA-primerů. e) DNA-polymerasy Katalyzují vznik komplementárního řetězce DNA na vedoucím vlákně i u úseků polynukleotidových řetězců Okazakiho fragmentů a navázání chybějících deoxyribonukleotidů v místech, kde byly odštěpeny RNA-primery. Podílejí se i na odstraňování chyb vznikajících při replikaci i na opravách poškozených úseků DNA. Polymerasa po syntéze řetězec DNA zkontroluje a opraví chyby. f) enzym odstraňující RNA-primery g) DNA-ligasa Katalyzuje zacelení mezer mezi Okazakiho fragmenty a jejich kovalentní spojení. Replikační rychlost u E. coli je asi 1000 nukleotidů za sekundu. U eukaryot je replikace asi 20x pomalejší, u člověka je rychlost polymerasy asi 50 zabudovaných nukleotidů za sekundu. Chybovost je u bakterií odhadována asi na 1 chybu na 10 9 navázaných nukleotidů. Zdroje: archiv autorky