Přípravný kurz LF MU 2011/12
Centrální dogma molekulární biologie
Nukleové kyseliny DNA
1865 zákony dědičnosti (Johann Gregor Mendel) 1869 objev nukleových kyselin (Miescher)
Transkripce
RNA
Translace
Protein
Replikace
1944 genetická informace v nukleových kyselinách 1953 model DNA (Watson, Crick) 2003 rozluštěn lidský genom
Složení nukleových kyselin
Nukleové kyseliny • polymery nukleotidů = polynukleotidy člověk
3 · 109 bp (párů nukleotidů) 23 chromosomů
bakterie
cca
2 · 106 bp
v haploidní buňce
DNA nukleové kyseliny
deoxyribonukleové
RNA ribonukleové
(angl. nucleic acid, NA)
Tři složky: • pentosa
2-deoxyribosa
ribosa
• purinové báze
A, G
A, G
• pyrimidinové báze
T, C
U, C
P
P
• kyselina fosforečná
1
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Genetická informace • je obsažena v DNA
Gen
(u virů též v RNA)
• základní jednotka genetické informace • konkrétní úsek DNA
v pořadí
deoxyribonukleotidů:
Strukturní gen
– deoxyadenylát (dA)
– úsek DNA, který obsahuje informace o sekvenci aminokyselin daného proteinu
– deoxyguanylát d lát (dG) – deoxycytidylát (dC)
Regulační gen
– thymidylát (T)
triplety 4 nukleotidů
Gen pro RNA
Genom
Struktura eukaryotního genu
• soubor všech genů a nekódujících sekvencí 5´
Exon 1
Intron 1
Nekódující oblasti
Regulační oblast Kódující oblasti
Exon 2
Intron 2
Exon 3
Intron 3
Exon 4
3´
• 23 párů chromosomů v diploidní buňce ý organelách g • DNA v jjádře + buněčných
• Lidský genom
20 000–25 000 protein-kódujících genů
2
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Lineární řetězec polynukleotidu
Dinukleotid NH2
báze
N O O
_
N
P
N
5´
P O
N
O
CH 2
_
O NH2
3´ N
O O
P O
báze pentosa
O
5´
CH 2
_
O
N
P pentosa P
O
pentosa
3´
P
OH
Párování bází
báze
Párování bází
3
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Primární struktura DNA
2 nm
Sekundární struktura DNA
5’
3’
• dvouvláknová pravotočivá šroubovice • sekvence bází v polynukleotidovém řetězci
• 2 komplementární řetězce
ve směru od 5’-konce k 3’-konci • genetická informace zakódovaná v podobě
3,4 nm
tripletů bází 5’
• antiparalelní orientace řetězců
··· −ACG−TTA−GCT− ··· 3’
fosfátové skupiny (-) směřují vně helixu deoxyribosy paralelně s osou helixu báze vodorovně nad sebou uvnitř helixu
Charakteristika DNA
5’
3’
Chromatin
• u eukaryontů převážně v jádře Histon Histony
• molekuly l k l DNA asociovány á s proteiny (histony)
Histony DNA
Nukleosom
• při dělení buněk probíhá současně replikace DNA
4
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Replikace
Komplementární řetězce P
• proces vytvoření nového vlákna DNA
deoxyribosa
komplementárního k původnímu vláknu DNA
P
• pravidlo o párování bází (A – T, G – C)
• pouze během S-fáze buněčného cyklu
A
deoxyribosa
deoxyribosa
G
deoxyribosa
P
P
P
P deoxyribosa
• vznikají v jádře transkripcí DNA
P
deoxyribosa
deoxyribosa
• obvykle jednovláknové, kratší než DNA
P deoxyribosa
P
• probíhá v jádře
Ribonukleové kyseliny
T
C G
deoxyribosa
P deoxyribosa
Mediátorové RNA
mRNA
• přenos genetické informace z DNA na místo syntézy bílkovin – ribozomy • transkripcí DNA v jádře vznikají tzv tzv. heterogenní
Základní typy RNA
jaderné RNA (hnRNA), pre-mRNA
• Mediátorová (messenger, informační) - mRNA • Transferová (přenosová) - tRNA • Ribosomální - rRNA
DNA pre-RNA
5
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Vznik mRNA z pre-mRNA sestřihem (splicing)
Kodon / Triplet • sekvence 3 nukleotidů v DNA / mRNA • každá AK má svůj kodon
pre-RNA
mRNA
– některé AK jsou kódované více kodony – každý kodon je jednoznačný
Transkripce
Transferové RNA
• přepis genetické informace z DNA do RNA
•
tRNA
přenáší AK na místo syntézy proteinů a zařazují je do polypeptidového řetězce
• probíhá v jádře •
tRNA jsou specifické pro jednotlivé AK
-A–C–G–T–A–G–GDNA -T–G–C–A–T–C–C-
6
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Sekundární struktura tRNA v rovině
Aminoacyl-tRNA
(aktivovaná tRNA)
tvar jetelového trojlístku Esterová vazba
Terciární struktura tRNA
0 Jaké bude pořadí nukleotidů v NA odpovídající mRNA kodonu UGA?
• kodon (DNA) • antikodon (tRNA) • templátový řetězec DNA • kódující řetězec DNA
7
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Ribosomové RNA
rRNA
• strukturální součást ribozomů
Translace • informace uložená v mRNA (pořadí kodonů) se
• nejrozšířenější typ RNA v buňce
překládá do molekuly proteinu (pořadí AK) • translace začíná od 55’-konce konce mRNA za vzniku N N-konce konce
• 2 vazebná místa pro aktivované tRNA
řetězce proteinu
• syntéza proteinů (proteosyntéza)
• vazebné místo P • vazebné místo A
• 1 vazebné místo pro mRNA
Průběh translace
Průběh translace antikodon |||
ribozom
ribozom
ribozom
peptidyl-tRNA
P
||| |||
kodon
kodon
mRNA
|||
peptid vázaný na RNA
A
P
||| |||
||| |||
kodon
mRNA
|||
A
P
||| |||
mRNA A
||| |||
vazba do místa A
aminoacyl-tRNA
vznik peptidové vazby elongace peptidu
aminokyselina vázaná na RNA uvolnění volné tRNA z místa P
8
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Průběh translace ribozom
ribozom
kodon |||
P
||| |||
kodon
mRNA A
P
||| |||
mRNA
|||
Tři fáze katabolismu
A
přesun peptidyl-tRNA do místa P
|||
navázání další aminoacyl-tRNA do místa A
Proteiny proteolýza
Aminokyseliny
Glykogen
Tuky
glykogenolýza
Glukosa
lipolýza
Mastné kyseliny ATP
laktát
β-Oxidace
Glykolýza
Mastná kyselina ↓ (n+1) AcetylCoA + n NADH +
glykolýza
Pyruvát
Katabolismus živin
n
FADH2
Glukosa ↓
β-oxidace
Oxidační dekarboxylace
A t l C A Acetyl-CoA
NADH + H+ FADH2
Dýchací řetězec
O2 H2O
3 NADH + 3 H+ dýchací řetězec
ATP
Pyruvát ↓
FADH2
ADP + Pi
Citrátový cyklus
CO2 CO2
ATP
NADH + H+ + ½O2 → H2O + NAD+ → 3 ATP FADH2 + ½O2 → H2O + FAD → 2 ATP
Aerobní fosforylace
Citrátový cyklus AcetylCoA ↓
aerobní fosforylace
9
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Glykolýza
glukosa (C6)
za aerobních podmínek
ATP
glukosa-6-fosfát (C6) ATP
Glykolýza
2 triosa-fosfát (C3) 2 NAD+ 4 ATP
Katabolismus glukosy
2 NADH + H+
2 pyruvát (C3) 2 CoA
2 NAD+
2 CO2 2 NADH + H+
2 acetyl-CoA (C2)
Glykolýza
za anaerobních podmínek
Glykolýza
za anaerobních podmínek
glukosa (C6) ATP
glukosa (C6) ATP
glukosa-6-fosfát (C6)
glukosa-6-fosfát (C6)
ATP
ATP
2 triosa triosa-fosfát fosfát (C3)
2 CH3CH2OH
2 triosa triosa-fosfát fosfát (C3) 2 NAD+
2 NAD+ 4 ATP
4 ATP 2 NADH + H+
2 pyruvát (C3)
2 NADH + H+
2 CH3CHO
2 pyruvát (C3)
2 laktát
2 CO2
10
Přípravný kurz LF MU 2011/12
Citrátový cyklus
Průběh citrátového cyklu acetyl-CoA
• 4 dehydrogenační reakce: – vznik 3 NADH a 1 FADH2
C2
oxalacetát C4 malát
• 2 dekarboxylační reakce:
citrát
C4
C6 3 NADH + 3 H+
– acetyl-CoA je oxidován na 2 CO2
fumarát C4
• vznik 1 ATP (GTP)
FADH2
CO2 2-oxoglutarát C5
sukcinát C4
CO2
ATP
Katabolismus mastných kyselin
C6
• aktivace acylu vazbou na koenzym A
C6
acyl-CoA
COSCoA FADH2
H 2O
• opakující se β-oxidace • vznikající acetyl-CoA
OH C6
COSCoA
C6
………………………..yl ..yl-CoA CoA NADH
O
• vznikající NADH a FADH2
………………..yl-CoA
COSCoA
COSCoA
………………………..yl-CoA HS-CoA
C4
+ C2
acyl-CoA + acetyl-CoA
11
