Centrální dogma molekulární biologie ukleové kyseliny 1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Transkripce D R Translace rotein Mendel) Replikace 1869 objev nukleových kyselin (Miescher) 1944 nukleové kyseliny obsahují geneticko informaci ukleové kyseliny polynukleotidy člověk 3 10 9 párů nukleotidů 23 chromosomů v haploidní buňce Složení nukleových kyselin D R nukleové kyseliny deoxyribonukleové ribonukleové (angl. nucleic acid, ) Tři složky: 2- ribosa bakterie cca 2 10 6 párů nukleotidů dusíkaté, G, C, G, C T U kyselina fosforečná Genetická informace Gen a genom je obsažena v D (u virů též v R) v pořadí deoxyribonukleotidů: deoxyadenylát () deoxyguanylát (G) deoxycytidylát (C) thymidylát(t) Gen základní jednotka genetické informace Strukturní gen úsek D, který obsahuje informace o syntéze jednoho druhu proteinu triplety nukleotidů dublety nukleotidů 4 3 = 64 možností pro 20 K 4 2 = 16 možností nedostatečné pro 20 K Genom soubor všech genů (u člověka asi genů) 1
Struktura genu Lineární řetězec polynukleotidů H 2 5 Exon Intron Exon Intron Exon 3 Exon 1 Intron 1 2 2 3 3 4 5 -konec 5 CH2 H 2 Regulační oblast Kódující oblasti ekódující oblasti 3,5 -fosfodiesterová vazba _ H CH2 3 H 3 -konec 5 -konec árování bází 3 -konec DEI THYMI árování bází rimární struktura D - sekvence bází v polynukleotidovém řetězci ve směru od -konce k -konci GUI CYTSI - genetická informace zakódovaná v podobě tripletů bází 5 CG TT GCT 3 2
Sekundární struktura D 5 3 Charakteristika D dvouvláknová pravotočivá šroubovice 2 komplementární řetězce u eukaryontů převážně v jádře (v mitochondriích cca 1 %) párování bází (=T, G C) (poměr /T = 1, G/C = 1) molekuly D asociovány s proteiny (histony) 10 párů bází / otáčku (u B-formy D) (do kondenzované formy chromatinu) antiparalelní orientace řetězců fosfátové skupiny (-) směřují vně helixu deoxyribosy paralelně s osou helixu vodorovně nad sebou uvnitř helixu 5 3 při dělení buněk probíhá současně replikace D tj. přenos genetické informace Replikace Komplementární řetězce proces vytvoření nového vlákna D komplementárního k původnímu vláknu D pravidlo o párování bází ( T, G C) probíhá v jádře probíhá pouze během S-fáze buněčného cyklu katalyzuje D-polymerasa T G C T C G G C Ribonukleové kyseliny Mediátorové R mr obvykle jednovláknové, kratší než D vznikají v jádře transkripcí D některé působí jako enzym (mají katalytickou aktivitu) Základní typy R Mediátorová (messenger, informační) - mr Transferová (přenosová) - tr Ribosomální - rr přenáší genetickou informaci z D na místo syntézy bílkovin y proteosyntéza začíná translací mr od 5 -konce transkripcí D v jádře vznikají tzv. heterogenní jaderné R, hnr (prekurzory mr) hnr obsahují kódující oblasti (exony) oddělené sekvencemi nukleotidů (introny) po úpravě hnr v jádře vstupují do cytoplazmy nativní mr (pouze spojené exony) 3
Kodon sekvence 3 nukleotidů (triplet) v mr každá K má svůj 64 kódujících tripletů: 61 ů - pro 20 (+ 1) kódovaných K 3 y nesmyslné slouží např. jako terminační signály některé K jsou kódované více y (genetický kód je degenerovaný) Transkripce přepis genetické informace z D do R (párování U, G C, C G, T ) probíhá v jádře je katalyzována R-polymerasou - C G T G G - - U G C U C C - mr -T G C T C C - templátový řetězec kódující řetězec D Transferové R přenáší K na místo syntézy proteinů a zařazují je do polypeptidového řetězce tr jsou specifické pro jednotlivé K (je jich minimálně tolik druhů, kolik je K) tr se aktivuje po navázání dané K tr Sekundární struktura tr v rovině CC konec -H tvar jetelového trojlístku vazba aminokyseliny (esterovou vazbou přes 3 -H skupinu na adenosin) Terciární struktura - konformace v prostoru připomíná písmeno L anti = 7 nukleotidů rozeznávající v mr Ribosomové R rr Translace strukturální součást ů (nukleoproteinů) nejrozšířenější typ R v buňce (80 % všech R) 2 vazebná místa pro aktivované tr vazebné místo vazebné místo 1 vazebné místo pro mr informace uložená v mr (pořadí ů) se překládá do molekuly proteinu (pořadí K) translace začíná od 5 -konce mr za vzniku -konce řetězce proteinu syntéza proteinů (proteosyntéza) probíhá v cytoplazmě na ech (y většinou vázáné na ER, méně volné) 4
růběh translace růběh translace anti peptidyl-tr mr peptid vázaný na R mr mr vazba do místa aminoacyl-tr aminokyselina vázaná na R vznik peptidové vazby elongace peptidu uvolnění volné tr z místa růběh translace mr mr Tři fáze katabolismu Katabolismus živin až na C 2 + H 2 přesun peptidyl-tr do místa navázání další aminoacyl-tr do místa I. fáze II. fáze roteiny Glykogen Tuky proteolýza glykogenolýza lipolýza Citrátový cyklus minokyseliny Glukosa Mastné kyseliny glykolýza T yruvát laktát β-oxidace lokalizován v matrix mitochondrií 4 dehydrogenační reakce: cetyl-co DH + H + FDH 2 vznik 3 DH a 1 FDH 2 III. fáze 2 2 dekarboxylační reakce: 3 DH + 3 H H + 2 dýchací řetězec FDH 2 T D + i T aerobní fosforylace Citrátový cyklus C 2 C 2 acetyl-co je oxidován na 2 C 2 vznik 1 T (GT) 5
růběh citrátového (Krebsova) cyklu Zisk v citrátovém cyklu: přímo. T nepřímo celkem. T malát fumarát sukcinát T oxalacetát 3 DH + 3 H + acetyl-co C 2 citrát FDH 2 C 2 2-oxoglutarát C 5 C 2 Glykolýza za aerobních podmínek v cytoplazmě Zisk: T Zisk v citrátovém cyklu:.. T glukosa ( ) T glukosa-6-fosfát ( ) T 2 triosa-fosfát (C 3 ) 4 T 2 D + 2 DH + H + 2 pyruvát (C 3 ) 2 Co 2 C 2 2 acetyl-co (C 2 ) 2 D + oxidační dekarboxylace 2 DH + H + Glykolýza za anaerobních podmínek u kvasinek ethanolové kvašení glukosa ( ) T glukosa-6-fosfát ( ) T Glykolýza za anaerobních podmínek (v buňkách bez mitochondrií, např...); (při nedostatečném přísunu 2, např...) glukosa ( ) T glukosa-6-fosfát ( ) T Zisk:.. T 2 triosa-fosfát (C 3 ) 4 T 2 D + 2 DH + H + 2 pyruvát (C 3 ) recyklace D + 2 CH 3 CH 2 H 2 CH 3 CH mléčné kvašení Zisk:.. T 2 triosa-fosfát (C 3 ) 4 T 2 D + 2 DH + H + 2 pyruvát (C 3 ) recyklace D + 2 laktát X 2 C 2 acetyl-co (C 2 ) acetyl-co (C 2 ) Katabolismus mastných kyselin CSCo acyl-co dehydrogenace FDH 2 v matrix mitochondrie CSCo enoyl-co aktivace R-CH vazbou na koenzym opakující se β-oxidace = sekvence 4 reakcí vznikající acetyl-co citrátový cyklus vznikající DH a FDH 2 dýchací řetězec hydratace H β CSCo dehydrogenace β CSCo štěpení vazby H 2 β-hydroxyacyl-co DH β-oxoacyl-co HS-Co + C 2 acyl-co + acetyl-co 6