Molekulární základy genetiky
PROTEOSYNTÉZA A GENETICKÝ KÓD Proteosyntéza je složitý proces tvorby bílkovin, který zahrnuje proces přepisu genetické informace z DNA do kratšího zápisu v informační mRNA (transkripci), poté přeložení této informace zapsané v genetickém kódu do pořadí aminokyselin (translaci). Vlastní tvorba bílkovin probíhá na ribosomech v cytoplazmě. Sem jsou z cytoplazmy přinášeny aminokyseliny vázané na tRNA. Na ribozomu se jednotlivé AK vzájemně vážou peptidickou vazbou. Po jejím vzniku se aminokyseliny uvolní z tRNA, a ta se vrací do cytoplasmy. 1. Transkripce (přepis pořadí dusíkatých bázi v DNA do m RNA (v jádře buňky).
DNA v jádře
• •
•
→m RNA v jádře
Rozvolnění dvoušrobovice DNA RNA polymeráza se naváže na začátek genu a vytvoří podle jednoho z vláken na základě koplementarity jednořetězcovou mRNA. Po přepsání celého genu prochází m RNA póry jaderné membrány do cytoplasmy k ribozomu.
2. Translace (překlad genetického kódu do pořadí aminokyselin v peptidu, bílkovině. •
•
V cytoplazmě se nalézají transferové tRNA. Mají jednovláknitou, místy dvouvláknitou strukturu. Tvoří smyčku s charakteristickou trojící nukleotidů (tripletem, tzv. kodonem), které specificky určují navázanou aminokyselinu. Existuje 64 transferových tRNA pro přenos 20 základních aminokyselin lidského těla. Znamená to, že jednu aminokyselinu může do ribozomu přinášet vícero tRNA. Ribozom je nukleoproteiový komplex v cytoplasmě a na povrchu endoplazmatického retikula. Tvoří ho dvě různě velké podjednotky. Mezi podjednotky se napojí mRNA.
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
1
Při translaci objeví přibližně jedna chyba za 10 000 bází (chybovost 10−4) [2] Chybovost RNA polymerázy, tedy hlavního enzymu transkripce, je přibližně jedna chyba za 10 000 bází (chybovost 10−4) [1]
Schéma průběhu transkripce m RNA ↑ tRNA1 ↑
→
AK1-AK2-AK3-
(BÍLKOVINA)
– AK1
tRNA2 –AK2 ↑ tRNA3
– AK3
[1]
RÉDEI, George P.. Encyclopedia of Genetics, Genomics, Proteomics, and Informatics. 3rd Edition. vyd. [s.l.] : Springer, 2008. ISBN 978-1-4020-6753-2. [2] , Bruce , et al.. The Molecular Biology of the Cell. [s.l.] : Garland Science, 2002. (4th. ed) Dostupné online. ISBN 0-8153-3218-1. Kapitola From DNA to RNA.
Genetický kód je soustava tvořená trojicemi dusíkatých bází v mRNA (= trojicí nukleotidů, tripletů, kodonů), která umožňuje předávat genetickou informaci z pořadí nukleotidů do pořadí AK v bílkovině. • • • • • • •
je univerzální – platí pro všechny organismy (až na menší výjimky u virů a bakterií) určuje aminokyselinu přinášenou transferovou RNA do ribozomu je degenerovaný – jedna aminokyselina může být kódována několika odlišnými kodony existuje 64 (43) odlišných kodonů (vytvořených ze 4 bází, které jsou čteny po trojicích), které určují obvyklých 20 AK je nepřekryvný, čte se postupně, žádná baze se nevynechává, všechna písmena (baze) kódu mají stejnou důležitost obsahuje iniciační kodon AUG (aminokyselina Met), který zahajuje tvorbu bílkoviny (translaci) terminační kodony (= stop kodony), které určují konec čtení, zde končí tvorba bílkovinného řetězce (UAA, UAG, UGA)
Kodon (triplet) je trojice dusíkatých blazí v mRNA, které kódují jednu aminokyselinu. Pro 20 obvyklých aminokyselin existuje 61 tripletů, jeden iniciační triplet, který kóduje současně methionin a 3 terminálové kodony. Antikodon je komplementární trojice bází v tRNA
Další doporučené zdroje informací: http://www.youtube.com/watch?v=kEeOqxBtoCk http://www.mojevideo.sk/video/14d03/uzasna_animacia_transkripcia_dna.html Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
2
Genetický kód – soustava kodonů v m RNA
GENETICKÝ KÓD (DNA – mRNA – primární struktura bílkovin) Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
3
Specifické funkce RNA •
siRNA - dvouvláknitá RNA o délce 20-25 nukleotidů (z angl. small interfering RNA, případně short interfering RNA či silencing RNA) ovlivňuje expresi (projev, přepis genetické informace navenek) tak, že „umlčuje“ již vzniklou mRNA. Zabrání, aby se podle ní tvořily bílkoviny, přestože je gen funkční
Schéma vzniku peptidu na ribozomu
Odkazy a zkladní doporučená literatura: Učebnice MAREČEK, Aleš; HONZA, Jaroslav. CHEMIE pro čtyřletá gymnázia: 3. díl. 1. vydání, reprint 2005. Olomouc: NAKLADATELSTVÍ OLOMOUC, s.r.o., 2005. 255 s. ISBN 80-7182-057-1. JELÍNEK, Jan, ZICHÁČEK, Vladimír a kol: Biologie pro gymnázia. 9. vydání., 2007. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s.r.o., 2007. ISBN: 978-80-7182-213-4
Zdroje obrázků: NEZNÁMÝ. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/DNA_transcription.svg/800pxDNA_transcription.svg.png NEZNÁMÝ. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: https://encryptedtbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQuiDnxyQQOKqI4ivwTNa-b-NNLf5o9KYBHTsTUhrb5LHWORm1B ROBINSON. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RNAi.png NEZNÁMÝ. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/TRNA-Phe_yeast_1ehz.png/250px-TRNAPhe_yeast_1ehz.png GYVER. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bd/RNasePimage_wiki.png/200px-RNasePimage_wiki.png LENCE. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/tr/4/40/Ribozom-tRNA_ba%C4%9Flanmas%C4%B1.jpg MAKSIM. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/Genetick%C3%BD_k%C3%B3d.jpg/800pxGenetick%C3%BD_k%C3%B3d.jpg NEZNÁMÝ. wikimedia [online]. [cit. 8.1.2014]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/be/Translacia.png/800px-Translacia.png
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
4
Transkripce a translace Pracovní list
Pozorně si prohlédněte přiložené obrázky, úvodní informace, nastudujte další informace z předepsané literatury. Poté vyvozujte odpovědi, dohledejte údaje či odpovídejte na otázku. http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:MRNA-interaction.png http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/M RNA-interaction.png/400px-MRNA-interaction.png
1. Co je to nukleotid? Uveďte strukturu jednoho konkrétního nukleotidu.
2. Pojmenujte schéma na obrázku a řekněte, co je výsledkem probíhajícího procesu. 3. Objasněte, co je to transkripce a kde probíhá. 4. Co je to kodon, kde se nalézá?
5. Může být jedna aminokyselina kódovaná 4 triplety? 6. Určete pomocí kruhového genetického klíče, jakou aminokyselin kódují kodony: CCC …………… CCG …………………. CCA …………………….. CAC ………………………. 7. Určete, jaké bude pořadí aminokyselin v peptidu, pokud je pořadí nukleotidů v mRNA dáno řetězcem: GUA CAT CGT CGC CGA CGG GGG GGC GGA TTT UGA UAA Kolik aminokyselin bude tvořit peptid? 8. Napište reakci glycinu a alaninu. Vyznačte peptidickou vazbu.
9. Zapište odpovídající nukleotidy pro jednotlivé NK, pokud víme, že antikodon v tRNA tvoří nukleotidy GCT. Antikodon = GCU Kodon = ………………. Kódovaná AK = …………………. 10. Objasněte, co je to ribozom. 11. Popište translaci.
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
5
Příloha: Téma: Úvod do studia obecné genetiky
povinné vzorce, pojmy Buněčné jádro Jaderná membrána Chromatin Chromozomy Nukleotid Heterocyklická sloučenina Puriny Pyrimidiny Dusíkatá báze Deoxyribosa Ribosa Gen Genotyp Replikace Matrice Replika DNA polymerasa RNA polymerasa Kodon Triplet Antikodon Genetický kód Exprese genu Translace Proteosyntéza Ribozom Endoplazmatické retikulum Peptidická vazba Aminokyseliny Glycin Alanin
Reg. č. projektu CZ.1.07/1.1.00/14.0143
6
