NUKLEOVÉ KYSELINY Základ života
HISTORIE 1. H. Braconnot (30. léta 19. století) - Strassburg vinné kvasinky izolace matiére animale. 2. J.F. Meischer - experimenty z hnisem štěpení trypsinem odstředěním získává protein NUKLEIN 3. Altman pokračoval v experimentech svého předchůdce ( živočišné tkáně thymus a kvasinky) nazývá izolovanou látku kyselina nukleová 4. Leven (1909) izoloval z NK kyselinu fosforečnou, cukr a báze pojmenoval další typ NK RNA 5. Watson, Crick, Wilkins, Perutz (1953) model sekundární struktury DNA Nobelova cena 1962 - objev struktury HMG a MGL
LIDSKÝ GENOM - nukleotidová sekvence lidského genomu přečteno r. 1999 - genomika vědní obor - lidský chromosom č. 22 druhý nejmenší lidský chromozom - složen z 34,4 miliónů nukleotidů, ty tvoří 545 genů - nejméně 35 dědičných chorob je spojeno s poruchou genů lokalizovaných na chromosomu č. 22-97% lidské DNA nenese žádnou smysluplnou zprávu!! - přibližně 3% lidské DNA a DNA mnoha dalších vyšších organismů kóduje vznik funkčních molekul, zejména proteinů
CHROMOSOM Č.22
NUKLEOVÉ KYSELINY - NK stojí v hierarchii látek potřebných k existenci života NEJVÝŠE - určují genetické vlastnosti, ovlivňují organizaci živé hmoty a ovlivňují reprodukci - představují látku, která nese informaci pro průběh všech životních procesů - v organismu se NK vyskytují ve formě komplexů s proteiny NUKLEOPROTEINY - NK vznikají dehydratační kondenzací mononukleotidů za účinku polymeráz
SLOŽENÍ NK 3 základní složky: A) dusíkaté báze B) cukr (pentosy) C) kyselina fosforečná
Nukleozid, nukleotid Báze + pentóza = NUKLEOZID tvoří postranní výběžky molekuly Nukleozid + fosfát = NUKLEOTID NK složena z polynukleotidových řetězců Specifita NK dána pořadím bází
STRUKTURA DNA - pravotočivá dvoušroubovice tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci - sterické a vazebné vlastnosti určuje tzv. KOMPLEMENTARITA BÁZÍ (pořadí bází) A + T G + C T + A C + G - prostorové uspořádání je takové, že umožňuje po vhodné orientaci molekul vznik VODÍKOVÝCH VAZEB následovně: A + T DVĚ vodíkové vazby G + C TŘI vodíkové vazby - vazby mezi C+G jsou tedy přirozeně pevnější, takže molekuly jsou odolnější vůči účinku denaturačních činidel včetně zvýšení teploty
STRUKTURA DNA - konformace molekul DNA se mění podle okamžitého funkčního využití - DNA nositelem základní genetické informace buňky - pořadí bází v její molekule je kódována primární strukturou bílkovin
VAZBY V DNA Polynukleotidový řetězec drží díky: 1. van der Waalsovy vazby mezi sousedními zásadami 2. vazba vodíkovými můstky 3. existence rýh (žlábků) malá a velká rýha jsou tvořeny atomy dusíkatých zásad v rýhách se pohybují specifické enzymy a regulační proteiny
VAZBY V DNA 4. schopnost tvořit levotočivé a pravotočivé úseky -mimořádný biologický význam. V buněčných jádrech mnoho proteinů, které stabilizují levotočivou formu Dvojvláknitá struktura DNA ve všech živých organismech na Zemi (výjimku tvoří pouze fágy jedno vlákno DNA).
STRUKTURA MOLEKUL DNA 1. Dva pravotočivé řetěze jejich průběh je ANTIPARALELNÍ ( jeden konec řetězce 5 3, druhý konec 3 5, 3 -OH konec, 5 - P konec). 2. Do nitra šroubovice (helixu) jsou orientovány purinové a pyrimidinové báze. 3. Jedna otáčka vzniká po vazbě 10 nukleotidů. 4. Pořadí bází v řetězcích DNA není nijak omezeno a tvoří GENETICKOU INFORMACI daného species.
ZMĚNY STRUKTURY DNA VZNIK MUTACÍ - mezi vodíkové vazby mohou v některých případech pronikat PLANÁRNÍ MOLEKULY - ty potom interferují s komplementárními bázemi a mohou vytvářet MUTACE - při tomto typu vznikají páry : PURIN PURIN nebo PYRIMIDIN PYRIMIDIN, místo PURIN - PYRIMIDIN
ROZMNOŽOVÁNÍ DNA - REPLIKACE - účinkem enzymu GYRÁZY ( DNA DEPENDENTNÍ POLYMERÁZA) se přeruší vodíkové vazby mezi protilehlými bázemi a polynukleotidové řetězce se začnou odvíjet - Každý z řetězců se stává MATRICÍ pro vznik komplementárního řetězce - Vznikají tak dvě nové molekuly DNA, v nichž je přesně zdvojen nejen počet bází, ale je zachováno i jejich přesné pořadí - Nově vzniklé řetězce jsou spojovány na principu antiparalelity pomocí enzymu LIGÁZY
REPLIKACE DNA - původní úsek DNA sloužící pro syntézu nového vlákna - TEMPLÁT - replikace je zahájena na jakémkoliv místě v řetězci - rozvíjením vláken vzniká tzv. REPLIKAČNÍ VIDLICE - rozvíjení vláken musí rychle pokračovat vpřed - opětovnému svinutí vláken brání DB proteiny, které se přednostně vážou na 5 -OH konec vlákna a pokrývají ho v souvislé vrstvě
RNA
ZÁKLADNÍ POJMY GENETIKY GEN určitý úsek DNA GENOM soubor všech genů genomika ALELA různá forma téhož genu DOMINANTNÍ ALELA RECESIVNÍ ALELA CHROMOZOMY pentlicovité útvary v jádře buňky tvořeny komplexem DNA, proteinů a histonů = CHROMATIN - počet chromozomů je charakteristický pro každý živočišný druh
ZÁKLADNÍ DOGMA MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE 1. 2. 3. DNA DNA RNA PROTEINY Katalýza metabolických procesů 1. REPLIKACE 2. TRANSKRIPCE 3. TRANSLACE
GENETICKÝ KÓD