Nukleosidy, nukleotidy, nukleové kyseliny, genetická informace

Centrální dogma

Nukleové kyseliny Fosfátem spojené nukleotidy (cukr s navázanou bází a fosfátem)

Nukleotidy Nukleotidy stavební kameny nukleových kyselin - báze - cukr - fosfát

Báze Dva typy bází odvozené od purinu a pyrimidinu

Báze Základní nukleotidy jsou tvořeny pěti různými bázemi

Cukry Základní nukleotidy jsou tvořeny dvěma různými cukry

Nukleosidy Nukleosid = báze + cukr Nukleotidy Nukleotid = Nukleosid + fosfát

Struktura ribonukleosidů Stavební kameny RNA Ribonukleové kyseliny

Struktura deoxyribonukleosidů Stavební kameny DNA Deoxyribonukleové kyseliny

Nukleotidy a jejich metabolické funkce ATP ukládání a přenos energie pro biosyntézu, transport, pohyb

Nukleotidy a jejich metabolické funkce Syntéza škrobu vyžaduje vazbu glukózy na ADP ADP-glucose

Nukleové kyseliny DNA, RNA Nukleotidy pospojované fosfáty tvoří polynukleotidy

Nukleové kyseliny Nukleotidy pospojované fosfáty tvoří polynukleotidy Fosfátový můstek mezi uhlíky 3 a 5 sousedního cukru (ribózy nebo deoxyribózy) Fosfodiesterová vazba Konce řetězce 5 a 3 Kyselina díky fosfátům Částečně negativní náboj Přenáší informaci ve formě lineární sekvence jednotlivých reziduí

DNA deoxyribonukleová kyselina

Struktura DNA byla určena v roce 1953 Jamesem Watsonem a Francisem Crickem 1. Dva polynukleotidové řetězce se otáčejí podél společné osy a tvoří pravotočivou dvojitou šroubovici 2. Tyto dva řetězce polynukleotidů tvořící DNA mají antiparalelní uspořádání 3. Báze jsou ve středu šroubovice, cukerné zbytky s fosfáty jsou vně šroubovice čímž se snižuje repulze mezi fosfátovými skuoinami 4. Povrch dvojité šroubovice je vharakterizovaný dvěma žlábky, velký a malý 5. Každá báze je vázána vodíkovými můstky ke své komlementární bázi na protějším řetězci DNA a spolu tak tvoří pár bází 6. Adenin se páruje s thyminem a naopak (AT pár) 7. Guanin se páruje s cytosinem a naopak (GC pár)

Dva polynukleotidové řetězce tvoří pravotočivou dvojitou šroubovici Dva řetězce polynukleotidů mají antiparalelní uspořádání

Báze jsou ve středu šroubovice, cukerné zbytky s fosfáty vně Na povrchu dvojité šroubovice se nacházejí dva žlábky, velký a malý

Každá báze je vázána vodíkovými můstky ke své komlementární bázi na protějším řetězci DNA a spolu tak tvoří pár bází Adenin se páruje s thyminem (AT pár) Guanin se páruje s cytosinem (GC pár)

DNA se vyskytuje v různých 3D formách Možné rotace kolem sedmi různých vazeb: 1. různé konformace deoxyribózy 2. rotace kolem fosfodiesterové vazby 3. rotace báze kolem (C1 N) glykosylové vazby

DNA se vyskytuje v různých 3D formách Purinové báze mohou nabývat dvě stabilní konformace syn a anti Pirimidinové báze jsou v konformaci anti

DNA se vyskytuje v různých 3D formách B form Watson-Crick structure A form in solutions devoid of water Z form pyrimidines alternate with purines

Různé strukturní variace jsou sekvenčně závislé a mají vliv na funkci a metabolismus DNA

Palindromy mohou tvořit vlásenky a křížovité struktury

Nezvyklé párování v DNA tvoří různé struktury místa, kde dochází důležitým dějům Triplex Hoogsteen pairing Guanosine tetraplex

DNA triplex třetí vlákno DNA ve velkém žlábku H - DNA triplex speciální DNA triplex

DNA tetraplex (kvadruplex)

DNA je organizovaná v chromozomech Genom je tvořen unikátním obsahem DNA daného organismu, který je alokovaný v chromosomech

Počet chromozomů, genů a bází u člověka Chromosome Genes Total bases 1 4,220 247,199,719 2 1,491 242,751,149 3 1,550 199,446,827 4 446 191,263,063 5 609 180,837,866 6 2,281 170,896,993 7 2,135 158,821,424 8 1,106 146,274,826 9 1,920 140,442,298 10 1,793 135,374,737 11 379 134,452,384 12 1,430 132,289,534 13 924 114,127,980 14 1,347 106,360,585 15 921 100,338,915 16 909 88,822,254 17 1,672 78,654,742 18 519 76,117,153 19 1,555 63,806,651 20 1,008 62,435,965 21 578 46,944,323 22 1,092 49,528,953 X (sex chromosome) 1,846 154,913,754 Y (sex chromosome) 454 57,741,652

RNA ribonukleová kyselina Ribóza přítomnost 2 OH skupiny Obsahuje Uracil (Uridine) místo Thyminu (Deoxythymidin) RNA se vyskytuje většinou jako provotočivá jednovláknová Párování bází s komplementární DNA Páry bází A-U (A-T s DNA) Páry bází G-C Časté G-U párování Díky přítomnosti 2 OH skupiny je náchylná k hydrolýze

RNA ribonukleová kyselina Frequent non Watson-Crick G-U base-pairing in RNA

Hydrolýza RNA

RNA párování bází je především vnitromolekulární a tvoří různé vlásenky, smyčky Vnitromolekulární párování potenciál k tvorbě množství molekulárních struktur s mnoha možnými funkcemi 2 hydroxylová skupina ribózy může tvořit H-můstky Specifická vazba malých molekul RNA může katalyzovat reakce

Přehled funkce nukleových kyselin Původně se předpokládalo, ze nositlem dědičnosti jsou proteiny V roce 1944 - transformace nevirulentní baktérie na virulentní použitím virulentní DNA Replikace dvoušroubovicové DNA (dsdna) proces přenosu informace na novou dsdna Každé vlákno je templátem pro nové komplementární vlákno Dceřiné vlákno je syntetizováno postupnou polymerací komplementárních bází tvořících pár bází Proces replikace je velmi složitý a komplexní a vyžaduje mnoho buněčných faktorů

Geny řídí syntézu proteinů Centrální dogma molekulární biologie - Crick 1958 Genetická informace ze DNA je přepsána () do molekuly RNA komplementární k DNA. Sekvence nukleotidů v RNA je přeložena (translace) do odpovídající sekvence aminokyselin v proteinech.

Syntézy proteinů se účastní různé typy RNA mrna messenger RNA trna transfer RNA rrna ribosomal RNA Transcription Translation

Schématický proces translace

Jednovláknová mrna může: kódovat jeden protein Monocistronická Kódovat více různých proteinů Polycistronická

Omika Genom genomika Transkriptom transkriptomika Proteom proteomika Metabolom metabolomika Ačkoli genom organismů zůstává v podstatě nezměněn v průběhu života jedince, jeho transcriptome a proteome se mohou výrazně lišit mezi rozdílnými tkáněmi, vývojovými stádii a environmentálními podmínkami

Denaturace a annealing nízká absorpce UV 260 hypochromní efect vysoká absorpce UV 260 hyperchromický efect

Dva kroky při renaturation Pomalý tvoří se nukleační jádra Rychlý tvorba šroubovice absorpce

Hybridizace DNA Dvě komplementární vlákna DNA se mohou spojit nezávisle na svém zdroji

Modifikace nukleových kyselin Spontanní ztráta aminoskupin v bazích

Modifikace nukleových kyselin

Modifikace nukleových kyselin Některé báze jsou enzymaticky a cíleně metylovány Epigenetický kód

Co musím znát Báze, nukleosidy, nukleotidy Struktura nukleových kyselin Genetická informace je uložená v sekvenci nukleotidů v DNA Informace je dál přenesena transkribcí na RNA a přeložena do proteinu Nukleové kyseliny mohou být modifikovány