Inovace studia molekulární a buněčné biologie I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Předmět: KBB/OGPSB I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Molekulární základy dědičnosti I n v e s t i c e d o r o z v o j e v z d ě l á v á n í Gen, jeho chemická struktura. Centrální dogma. Exprese genetické informace a její regulace (transkripce, translace, replikace) Dana Šafářová Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Cíl přednášky: Objasnění chemické struktury genu a molekulární podstaty genetické informace. Exprese genetické informace centrální dogma. Klíčová slova: Nukleová kyselina, DNA, RNA, nukleotid; promotor, heteroduplex; mrna, trna, rrna, ribozóm, genetický kód, triplet; transkripce, translace, replikace.
Gen - historie 0 -I. I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII. XIV. XV. XVI. XVII. XVIII. XIX. XX. 1909 Johanssen Gen = Jednotka dědičnosti 1941 Beadle, Tatum - Hypotéza Jeden gen = Jeden enzym 1944 Avery a kol. Důkaz funkce DNA 1953 Popis struktury DNA (NC1962) James Watson, Francis Crick; Rosalind Franklin, Maurice Wilkins
Genetická paměť buňky = Genetická informace - zapsána v primární struktuře nukleové kyseliny - Gen jako jednotka Genofory - organely nesoucí genetickou informaci - Informace kódována pomocí jazyka: univerzální genetický kód
Struktura nukleové kyseliny Cukerná pentóza: HO O OH OH OH D-ribóza HO O OH OH 2-deoxy-D-ribóza Kyselina fosforečná: H 3 PO 4 HO O P OH OH Dusíkatá Báze Adenin NH 2 Guanin O Tymin O Cytosin NH 2 Uracil O N N N NH H 3 C NH N NH NH N NH N NH 2 NH O NH O NH O puriny komplementarita bází: A - T G - C A - U pyrimidiny
Struktura nukleové kyseliny Nukleotid: Zbytek kyseliny fosforečné O 5 O P O CH 2 O O OH (Poly)Nukleotidový řetězec - fosfodiesterová vazba C-O-P-O-C 4 2 OH 1 Dusíkatá báze Cukerná pentóza B B B B CH 2 S P S P S P S OH
Struktura nukleové kyseliny O (Poly)Nukleotidový řetězec - fosfodiesterová vazba C 3 -O-P-O-C 5 H 3 C HO O HO P O O O O NH N O NH 2 N N O NH 2 T C B CH 2 S P B S P B S P B S OH O HO P O O O O HO P O O O O HO P O OH N N N N N N O NH N NH 2 A G
Nukleové kyseliny DNA deoxyribonukleová kyselina RNA ribonukleová kyselina
DNA deoxyribonukleová kyselina 2-deoxy-D-ribóza A,T,G, C 2 vlákna, antiparalelní orientace = dvoušroubovice Chargaffovo pravidlo CH 2 S A T P S G C S P S T A S P S C G S OH CH 2 S OH P P P
DNA deoxyribonukleová kyselina Dvoušroubovice 1. Pravotočivá B-dvoušroubovice. 10 bp na závit průměr 23.7 A 2. Pravotočivá A-dvoušroubovice 11 bp na závit průměr 25.5 A 3. Levotočivá Z-dvoušroubovice 12 bp na závit průměr 18.4 A
model DNA
RNA ribonukleová kyselina D-ribóza A,U,G, C Jednovláknová, místní vlásenky CH 2 S P S P S P OH S A G U C
RNA ribonukleová kyselina mrna rrna trna snrna mirna sirna tasirna, rasirna
Definice genu: Gen je konkrétní úsek DNA (u RNA virů RNA), daný sekvencí (pořadím) nukleotidů, kódující strukturní (polypeptid) nebo funkční (např. rrna, trna) produkt. gen alela lokus Veškerá genetická informace organismu, kompletní sekvence (pořadí dusíkatých bází), soubor veškeré kódující a nekódující informace (jaderné i nejaderné) v jedné kopii, je označována jako genom.
Gen Strukturní gen nese informace o struktuře aminokyselinového vlákna / peptidu Gen pro RNA rrna, trna Regulační oblasti (funkční gen)
Centrální (ústřední) dogma 1958 F. Crick exprese genetické informace REVERZNÍ TRANSKRIPCE Reverzní transkriptáza DNA REPLIKACE DNA polymeráza TRANSKRIPCE RNA polymeráza RNA TRANSLACE protein
Transkripce Přepis genetické informace DNA do molekuly (pre)rna Probíhá v jádře Templátem je NEKÓDUJÍCÍ vlákno DNA v orientaci - Enzym RNA polymeráza
Transkripce RNA polymerázy RNA polymeráza prokaryot: Sigma faktor Jádro / holoenzym RNA polymeráza eukaryot: RNA pol I : rrna RNA pol II : mrna, malé regulační RNA RNA pol III : trna a další malé RNA.
Transkripce - iniciace promotor terminátor Gen pro RNA
Transkripce - iniciace RNApoly promotor terminátor
Transkripce - iniciace RNApoly
Transkripce - iniciace RNApoly
Transkripce - iniciace RNApoly Sigma faktor
Transkripce - elongace RNApoly
Transkripce - elongace RNApoly
Transkripce - elongace Heteroduplex
Transkripce - elongace RNApoly prerna
Transkripce - terminace RNApoly prerna
Transkripce - elongace RNApoly prerna terminátor
Transkripce - terminace RNApoly prerna Rho faktor
Transkripce - terminace DNA prerna RNApoly Rho faktor
Postranskripční úpravy 1) Sestřih exonů exon intron exon - odstranění nekódujících sekvencí, intronů intron exon 2) Úprava pre-rna na RNA mrna metylová čepička polyadenylace trna rrna 3) Editace RNA
Translace Překlad genetická informace mrna do sekvence aminokyselin, tj. do primární struktury polypeptidu = proteosyntéza Probíhá v cytoplazmě, na ribozómu Templátem je mrna ve směru - Realizace na základě genetického kódu Wikipedia
Translace Genetický kód Aminokyseliny proteinu kódovány trojicemi (triplety/kodony) dusíkatých bází Univerzální Degenerovany Nepřekryvný Bez interpunkce Wikipedia
Genetický kód 2. BÁZE U C A G C CUU (Leu/L)Leucin CUC (Leu/L)Leucin CUA (Leu/L)Leucin CUG (Leu/L)Leucin, (Start) CCU (Pro/P)Prolin CCC (Pro/P)Prolin CCA (Pro/P)Prolin CCG (Pro/P)Prolin CAU (His/H)Histidin CAC (His/H)Histidin CAA (Gln/Q)Glutamin CAG (Gln/Q)Glutamin CGU (Arg/R)Arginin CGC (Arg/R)Arginin CGA (Arg/R)Arginin CGG (Arg/R)Arginin A AUU (Ile/I)Isoleucin, (Start) AUC (Ile/I)Isoleucin AUA (Ile/I)Isoleucin AUG (Met/M)Methionin, Start ACU (Thr/T)Threonin ACC (Thr/T)Threonin ACA (Thr/T)Threonin ACG (Thr/T)Threonin AAU (Asn/N)Asparagin AAC (Asn/N)Asparagin AAA (Lys/K)Lysin AAG (Lys/K)Lysin AGU (Ser/S)Serin AGC (Ser/S)Serin AGA (Arg/R)Arginin AGG (Arg/R)Arginin G GUU (Val/V)Valin GUC (Val/V)Valin GUA (Val/V)Valin GUG (Val/V)Valin, (Start) GCU (Ala/A)Alanin GCC (Ala/A)Alanin GCA (Ala/A)Alanin GCG (Ala/A)Alanin GAU (Asp/D)Aspartát GAC (Asp/D)Aspartát GAA (Glu/E)Kys. glutamová GAG (Glu/E)Kys. glutamová GGU (Gly/G)Glycin GGC (Gly/G)Glycin GGA (Gly/G)Glycin GGG (Gly/G)Glycin
Translace - mrna - rrna Ribozóm - trna - Energie (ATP, GTP) - Pomocné faktory ribozom E P A mrna G C G A U G G C C U U U A G U U A G trnas AK
E P A Translace - iniciace Met U A C G C G A U G G C C A G U
Translace - iniciace Met E P A U A C G C G A U G G C C A G U
Translace - elongace Met Arg E P A U A C C G G G C G A U G G C C A G U
Translace - elongace Met Arg E P A U A C C G G G C G A U G G C C A G U
Translace - elongace Met Arg E P A U A C C G G G C G A U G G C C A G U
Translace - elongace Met Arg U A C E P A C G G G C G A U G G C C A G U
Translace - elongace Met Arg Ser U A C E P A C G G U C A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - elongace Met Arg Ser U A C E P A C G G U C A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - elongace Met Arg Ser E P A C G G U C A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - elongace Met Arg Ser Lys C G G E P A U C A A A A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - elongace Met Arg Ser Lys E P A U C A A A A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - terminace Met Arg Ser Lys E P A U C A A A A G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - terminace Met Arg Ser Lys U C A E P A A A A STOP G C G A U G G C C A G U U U U U G A
Translace - terminace protein Met Arg Ser Lys mrna G C G A U G G C C A G U U U U U G A trna E P A E P A malá podjednotka ribozómu velká podjednotka ribozómu
Exprese genetické informace DNA - GCG ATG GCC AGT TTT TGA - kódující vlákno - CGC TAC CGG TCA AAA ACT - nekódující vlákno mrna - GCG AUG GCC AGU UUU UGA - protein Met Arg Ser Lys
Replikace Zdvojování molekuly DNA Probíhá v jádře na základě komplementarity Templátem je vlákno DNA v orientaci - počátek orii Enzymy: DNA polymeráza Primáza Ligáza
Replikace - eukaryota Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: -
Replikace - eukaryota Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza primáza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Okazakiho fragmenty Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Okazakiho fragmenty Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Okazakiho fragmenty Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza ligáza Okazakiho fragmenty Vedoucí vlákno : - Opožďující se vlákno: - Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota DNA polymeráza Vedoucí vlákno : - ligáza Opožďující se vlákno: - Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice
Replikace - eukaryota
Replikace - eukaryota
Replikace - eukaryota Semikonzervativní Komplementární +