Exprese genetické informace
Stavební kameny nukleových kyselin Nukleotidy = báze + cukr + fosfát BÁZE
FOSFÁT
Nukleosid = báze + cukr
CUKR
Báze • Cyklické sloučeniny obsahující dusík • puriny nebo pyrimidiny
adenin uracil
cytosin
guanin thymin
PYRIMIDIN
PURIN
Cukry
β-d-ribóza
PENTÓZA
ribonukleová kyselina
β-d-2-deoxyribóza číslování uhlíků 1´- 5´
deoxyribonukleová kyselina
Spojení nukleotidů v nukleových kyselinách
fosfodiesterová vazba
DNA a její replikace
DNA • Deoxyribonukleová kyselina • Kóduje a uchovává genetickou informaci buňky gen A
gen B
genová exprese
gen C
Dvouvláknová DNA
DNA dvojšroubovice
• antiparalelní řetězce •Komplementární párování bazí
Kostra z cukrů a fosfátů
Párování bazí pomocí vodíkových můstků
Komplementární párování bazí A – T dva vodíkové můstky G – C tři vodíkové můstky
Replikace DNA • Zdvojení DNA před dělením buňky • Každé ze dvou vláken DNA slouží jako templát pro syntézu nových dvou vláken • semikonzervativní replikace
semikonzervativní replikace každá dceřinná dvoušroubovice je tvořena jedním rodičovským a jedním novým vláknem
• prekurzory jsou deoxynukleotidtrifosfáty •DNA polymeráza katalyzuje postupné přidávání deoxyribonukleotidů ke 3´OH konci polynukleotidového řetězce • syntéza nového řetězce ve směru 5´ 3´ • reakce poháněna energií uvolněnou hydrolýzou fosfátových skupin
replikační počátek • místo na DNA, kde začíná replikace • DNA prokaryot – jeden počátek
otevření dvojšroubovice pomocí iniciačních proteinů
• DNA eukaryotického chromozómu – mnoho replikačních počátků (lidský genom asi 10 000) • replikace obousměrná – jde na obě strany od replikačního počátku
Replikační vidlička • úsek DNA, který se právě replikuje • je asymetrická • vedoucí vlákno – replikace probíhá plynule • opožďující se (váznoucí) vlákno – replikace probíhá po malých kouscích = Okazakiho fragmenty vedoucí vlákno
nově syntetizovaná DNA zpožďující se vlákno s Okazakiho fragmenty
začíná syntéza vedoucích řetězců
asymetrie replikační vidličky
začíná syntéza váznoucích řetězců váznoucí řetězec vidličky 1
vedoucí řetězec vidličky 1
VIDLIČKA 1
vedoucí řetězec vidličky 2
váznoucí řetězec vidličky 2
VIDLIČKA 2
replikační vidličky na kruhovém chromozómu
RNA primer
váznoucí vlákno templátu
nový RNA primer syntetizovaný DNA primázou
DNA polymeráza prodlouží vlákno a vytvoří nový Okazakiho fragment
DNA polymeráza dokončí fragment DNA
RNA primer je odbourán zvláštní RNAázou
mezera je zaplněna DNA ligázou
primery • DNA polymeráza neumí začít nové vlákno, umí jen napojovat • DNA primáza = RNA polymeráza, nasyntetizuje krátký úsek RNA, na který DNA polymeráza naváže
• RNA primerem začíná i každý Okazakiho fragment
templát vedoucího vlákna
nově syntetizované vlákno DNA polymeráza na vedoucím vlákně
DNA primáza rodičovská DNA dvojšroubovice
svírací protein protein vážící jednovláknovou DNA
RNA primer
DNA helikáza templát váznoucího vlákna
nový Okazakiho fragment
DNA polymeráza na vedoucím vlákně právě dokončuje Okazakiho fragment
nově syntetizované vlákno
polymeráza připojí nesprávný nukleotid
3´- 5´ exonukleázovou aktivitou DNA polymerázy je chybný nukleotid odstraněn
DNA polymeráza pokračuje v syntéze nového vlákna
opravná (korektorská) funkce DNA polymerázy po opravě je četnost chyb 1/107 další opravné mechanismy 1/109
replikace konců lineárních chromozómů • úplný konec chromozómu nelze zreplikovat, není kam umístit Okazakiho fragment pro váznoucí vlákno • konec chromozómu = telomera (TTAGGG 100x – 1000x) • udržován enzymem telomeráza – syntetizuje DNA podle předlohy RNA, kterou si nese v sobě
rodičovské vlákno
naváže se telomeráza
telomeráza prodlouží 3´konec
nedokončené váznoucí vlákno
směr syntézy telomery telomeráza s vestavěným RNA templátem
DNA polymeráza dokončí replikaci váznoucího řetězce
DNA polymeráza
RNA, transkripce a translace
Tok genetické informace
• DNA RNA Protein (výjimečně RNA DNA) • DNA RNA : transkripce • RNA protein : translace
Gen • jednotka dědičnosti • sekvence DNA nutná k produkci funkčního produktu • produktem je protein (strukturní geny) nebo „jen“ RNA
Transkripce • • • • •
proces přepisu informace z DNA do RNA RNA jednovláknová její cukry – ribonukleotidy místo thyminu obsahuje uracil uracil páruje s adeninem
Transkripce • enzym RNA polymeráza katalyzuje tvorbu vlákna RNA komplementárního k jednomu vláknu DNA
templátové vlákno
TRANSKRIPCE
Hlavní typy RNA • messenger RNA (mRNA, také informační)– nese informaci pro tvorbu proteinů, která bude přeložena během procesu translace • ribozomální RNA (rRNA) – tvoří součást ribozómu a katalyzuje syntézu proteinů • transferová RNA (tRNA) – adaptorová molekula mezi mRNA a aminokyselinami
další typy RNA • small nuclear RNA (snRNA) různé úlohy při zpracování RNA
Proces transkripce 3 stadia • iniciace – navázání RNA polymerázy • elongace – syntéza RNA podle templátu DNA • terminace – uvolnění vzniklé molekuly RNA a uvolnění RNA polymerázy z DNA
iniciace transkripce • RNA polymeráza rozpozná sekvenci v DNA zvanou promotor • u eukaryot je k tomu potřeba ještě řada dalších proteinů – transkripčních faktorů
• příležitost k regulaci genové exprese
transkripce u prokaryot • není jádro • vznikající mRNA hned překládána • jedna mRNA může nést informaci pro více proteinů
transkripce u eukaryot • transkripce v jádře, translace v cytoplazmě • jedna mRNA nese informaci pro jeden protein • informace není souvislá, kódující sekvence exony jsou přerušovány nekódujícími sekvencemi introny • přepisem vznikne tzv. pre-mRNA, ta je dále upravována
úpravy pre-mRNA • přidání „čepičky“ na 5´-konec (atypický guaninový nukleotid s methylovou skupinou) • polyadenylace 3´-konce – přidání řady A
• sestřih - vystřižení intronů, spojení exonů
sestřih pre-mRNA
• exony mnohem kratší než introny • introny přesně vyštěpeny, exony pospojovány k sobě
sestřih může být alternativní
TRANKRIPCE, ČEPIČKA, POLYADENYLACE, SESTŘIH mRNA příčně pruhovaný sval hladký sval fibroblasty fibroblasty mozek
Translace • Překlad genetické informace - ze sekvence nukleotidů do sekvence aminokyselin • 4 nukleotidy v NK kódují informaci pro 20 aminokyselin v proteinu • Genetický kód
Genetický kód • je třípísmenný (triplety nukleotidů) • 4 nukleotidy (A,U,G,C) = 43 = 64 možných kombinací • trojice nukleotidů se nazývá kodón • kodón kóduje 1 aminokyselinu, případně konec translace
Genetický kód
• kodón AUG (kóduje Met) je používán jako startovní kodón • UAA, UAG, UGA jsou terminační místa – stop kodóny • podle dohody se kodón vždy píše ve směru 5´-AAA-3´ • genetický kód je tzv. degenerovaný (nebo také redundantní) – jedna aminokyselinaje většinou kódována více než jedním tripletem
Genetický kód • je univerzální – společný všem organismům (drobné odchylky v mitochondriích)
zelenou fluorescenci myšek způsobuje protein původem z medúzy,vnesený do jejich genomu
čtecí rámec kódu …tenpestamšelsám… 1.čtecí rámec … ten pes tam šel sám … 2.čtecí rámec . ..t enp est amš els ám. .. 3.čtecí rámec .. .te npe sta mše lsá m.. . • obvykle jen jeden čtecí rámec kóduje funkční protein, existují výjimky • rámec dán pozicí startovního kodónu: 5´-AUG … … … …
transferové RNA -tRNA • adaptorové molekuly • charakteristická sekundární a terciární struktura • vazebné místo pro aminokyselinu • antikodón – sekvence komplementární ke kodónu
primární, sekundární a terciární struktura tRNA připojená aminokyselina (Phe)
3´konec
5´konec
akceptorové raménko T smyčka
D smyčka
antikodó -nová smyčka antikodón
jetelový list
tRNA syntetázy • připojení správné aminokyseliny ke správné tRNA – první krok v překladu kódu • enzymy tRNA syntetázy
wobble • kolísavé párování mezi kodónem a antikodónem • některé aminokyseliny kódovány více kodóny, ale každý kodón nemusí mít nutně svou vlastní tRNA • nepřesnost se toleruje na třetí pozici kodónu lidské tRNA nesou 48 různých antikodónů pro 61 možných kodónů
ribozóm
ribozóm 3 vazebná místa pro tRNA:
velká podjednotka ribozómu
vazebné místo pro mRNA
malá podjednotka ribozómu
• A místo pro aminoacyl-tRNA (tRNA nabitá aminokyselinou) • P místo pro peptidyl-tRNA (tRNA s připojeným rostoucím polypeptidovým řetězcem • E místo = exit
proces translace • iniciace – navázání ribozomálních podjednotek a první aminoacyl-tRNA na mRNA • elongace – syntéza polypeptidového řetězce • terminace – ukončení syntézy polypeptidu, uvolnění mRNA a ribozomálních podjednotek
iniciace translace (eukaryota) 1. na malou podjednotku ribozómu se připojí iniciační tRNA, která nese methionin 2. malá podjednotka s iniciační tRNA se naváže na 5´-konec mRNA (rozpozná čepičku) 3. komplex se posunuje po mRNA, až najde první iniciační AUG kodóm 4. připojí se velká ribozomální podjednotka
první polypeptidová zazba • vytvoří se mezi methiononem a následující aminokyselinou
elongace – 4 kroky cyklu ribozómu rostoucí polypeptidový řetězec
KROK 1
uvolněná tRNA
KROK 2
E
nově vázaná tRNA
P
A
• krok 1 – použitá tRNA se uvolňuje z E místa, aminoacyl-tRNA se váže do A místa • krok 2 – vytvoří se peptidová vazba (katalyzováno peptidyl transferázou obsaženou ve velké podjednotce)
elongace – 4 kroky cyklu ribozómu KROK 3
• krok 3 – velká podjednotka se posune vůči malé podjednotce o jeden kodón
KROK 4
• krok 4 – následuje malá podjednotka s navázanými tRNA • může se opakovat krok 1- do místa A se může navázat nová aminoacyl tRNA
terminace translace • do A-místa se naváže uvolňovací faktor • místo další aminokyseliny je k polypeptidu přidána voda • polypeptid se uvolní • komplex se rozpadne
skládání a posttranslační modifikace • vzniklý protein se musí složit do správné konformace, případně se stát součástí většího komplexu • může být upraven přidáním různých chemických skupin (glykosylace, fosforylace, acetylace aj.)
