Jsme tak odlišní Co nás spojuje..?
Nukleové kyseliny 1
NUKLEOVÉ KYSELINY = NK anj = NA • • • •
Nositelky genetických informací Základní význam pro všechny organismy V buňkách a virech Identifikace v buněčném jádře (nucleos)
2
Historie objevu • 1869 - Friedrich Miescher – Jádra leukocytů z hnisu chirurgických obvazů
• 1930 – 1940 tetranukleotidová teorie • 1944 - Oswald Avery, Colin Mac Leod, McCarty – DNA je nositelem genetické informace a je biologicky specifická
• 1953 - James Watson, Francis Crick – Určení struktury DNA= Nobelova cena 3
Složení NK Cukr + N báze + fosfát
Cukr (aldopentóza)
β-D-
ribóza
HO
OH
O H
H
OH
H OH
H β-D-2-
deoxyribóza HO
OH
O H
H
H
H OH
H 4
Složení NK OH
Zbytek kys. fosforečné
Fosfát
HO
P
O
OH
O -
O
P O
OH -
5
Složení NK Dusíkatá baze
- odvozeny od heterocyklických látek: purin a pyrimididn
O
NH2 N
N
NH
N
NH NH
N
O
NH2
pyrimidin
O NH
N O
Cytosin = C
NH2
Guanin = G
Adenin = A
NH
N
NH
O
Uracyl = U
H3C
NH NH
Thymin = T
O 6
Složení NK
Nukleosid O NH NH2
HO H
H
H
H OH
HO
OH
O
+
N
H NH
O
H
H
H OH
N - báze
O
O
- H2O
H
monosacharid
N
H
nukleosid 7
Nukleosidy
A
G
T
C
adenin (adenozin)
guanin (guanozin)
tymin (tymidin)
cytozin (cytidin)
puriny
pyrimidiny uridin
8
NUKLEOTID ESTERIFIKACÍ OH na C5 cukru
+ fosfát
C C N - báze
deoxyribóza
nukleotid NH2
OH -
O P O O
NH2
OH O
+ OH
-
O P O O
N NH
N
OH N
O
O
O OH
9
Nukleotid • AMP
adenosinmonofosfát
10
Jaký je rozdíl mezi nukleotidem a nukleosidem? Nukleosid se skládá pouze z dusíkaté báze a pentosy.(SACHARID)
Nukleosid (pentosa + báze)
Nukleotid (pentosa + báze + kyselina fosforečná) NH2
NH2 N
N
N
N
P
N
N
O HO
HO
N
N
O O
O
OH
OH
OH
N-glykosidová vazba
Dusíkatá báze je N-glykosidicky vázána na příslušné sacharidy.!!!!!!!!!
11
Fosfodiesterová vazba NH2
VZNIK 5'-konec OLIGONUKLEOTIDU
N
N
-O
P
O-
Na jednom konci DNA je hydroxylová skupina –OH pentosy (3'-konec). Na druhém konci DNA je fosfátová skupina od zbytku kyseliny fosforečné (5'-konec).
N
N
O
O O
5
O
CH3
1
4
HN
2 3
O
O
P O-
N
O O
Mezi fosfátovou skupinou a hydroxylovou skupinou na 3. uhlíku na pentose vzniká tzv. fosfodiesterová vazba.
NH2
5
O
4 3
N
1 O O
P
2
N
O
O
O O
N
HN
O-
O H2N O
P
N
N
O O
O-
12
Na povrchu je NA velmi silně záporně nabitá. OH
3'-konec
A
5´-konec oligonukleotidu
glykosidová vazba: mezi cukrem a N bazí
C
Oligonukleotid fosfodiesterová vazba G
3´-konec oligonukleotidu
T 13
Řetězec NK Je tvořen nukleotidy, které jsou spojené fosfodiesterovými vazbami.
5´
3´
C
A
G
14
STRUKTURA NK 1) PRIMÁRNÍ NEVYSTIHUJE SKUTEČNOU STRUKTURU Udává, z čeho jsou NK složeny. CUKR + P BÁZE
CUKR + P BÁZE
+ CUKR+P BÁZE
15
Rozdíly mezi RNA a DNA (polynukleotidy = makromolekuly) RNA • Cukerná složka – β-D-ribóza
DNA • Cukerná složka – β-D-2-Deoxyribóza
• Bazické složky
• Bazické složky
– A, U, C, G
– A, T, C, G
• Více typů – mRNA: mediátorová – tRNA: transferová – rRNA: ribozomální Obě zbytek kyseliny fosforečné
16
Primární struktura nukleových kyselin β-D-ribóza (RNA)
Cukr
β-D-2-deoxyribóza (DNA)
Báze
Kyselina fosforečná A – adenin G – guanin C – cytozin T – tymin U – uracil
Nukleosid (báze + cukr)
Nukleotid (nukleosid + fosfát) (báze + cukr + fosfát) 17
STRUKTURA NK 2) SEKUNDÁRNÍ PROSTOROVÉ USPOŘÁDÁNÍ Př) DVOJŠROUBOVICE (DNA): Dva polynukleotidové řetězce se spojí prostřednictvím H můstků komplementaritou bázemi Obráceně proti sobě
18
Sekundární struktura nukleových kyselin 5´-konec
3´-konec
Párování bazí A
T (dva H můstky)
C G (tři H můstky)
Sekvence bazí nukleotid
CpGpCpGpApTp…
3´-konec
5´-konec 19
Dvouřetězová DNA 3´
5´
G
5´
C
A
T
C
G
A
T
T
A
Páry bází jsou vázány vodíkovými můstky
3´
20
Komplementarita bází Dusíkaté báze se mohou mezi sebou pomocí vodíkových vazeb párovat. To, které báze se budou mezi sebou párovat, není dáno náhodně. Je to dáno jejich komplementaritou: H N
N
NH
O
H
H
N
CH3
N NH
N
adenin
thymin
O H O
N
NH
N
H
H
N
N
N
NH N
guanin
H
O
cytosin
H
Toto komplementární párování bází umožňuje párům bází zaujmout energeticky nejvýhodnější konformaci v rámci dvoušroubovice. 21
Komplementarita bází Dusíkaté báze se mohou mezi sebou pomocí vodíkových vazeb párovat. To, které báze se budou mezi sebou párovat, není dáno náhodně. Je to dáno jejich komplementaritou: ADENIN
THYMIN
2 můstky, v DNA CYTOSIN
GUANIN
3 můstky, v DNA ADENIN
URACIL
2 můstky, v RNA CYTOSIN
tj. adenin se páruje buď s thyminem (v DNA) nebo s uracilem (v RNA), guanin s cytosinem a naopak.
GUANIN
3 můstky, v RNA
Toto komplementární párování bází umožňuje párům bází zaujmout energeticky nejvýhodnější konformaci v rámci dvoušroubovice. 22
Sekundární struktura DNA: Rysy dvojšroubovice (double helix): • Dva řetězce • Pravotočivá • Stabilizace – Van der Waalsovy síly – Vodíkové můstky
• Komplementarita bazí
A – T (2 H vazby) G – C (3 H vazby)
• Vlákna antiparalelní (3´- 5´, 5´- 3´) (protisměrně) 23
Sekundární struktura DNA: • Fosfátové zbytky dodávají molekule záporný náboj • Podtypy: může se natahovat, ohýbat • Výskyt: jen v jádře (ven jde jen kopie) • Součást chromozomů
24
Pravotočivá šroubovice
3'
5' G
DNA je stočena do pravotočivé šroubovice, která je stočena ze dvou komplementárních vláken DNA.
C T
A A
Řetězce v DNA jsou vůči sobě antiparalelní
T
(tzn., že polarita jednoho řetězce je opačná k polaritě
T A
druhého řetězce DNA). G C C
C G
G
A T Obr. 2. Struktura DNA
C G Obr. 1. Model pravotočivé dvoušroubovice
5'
A
T25
3'
Dvojšroubovice DNA
© Espero Publishing, s.r.o. 26
Sekundární struktura : RNA • JEDNO VLÁKNO
DVĚ VLÁKNA = viry
27
Sekundární struktura nukleových kyselin A
U
A
T
G
C
G C báze pár bazí páteř cukr-fosfát
RNA ribonukleová kyselina
DNA deoxyribonukleová kyselina 28
Rysy RNA: • Ribosa, A,G,C,U Primární struktura: dána pořadím nukleotidů v řetězci Sekundární: jednoduchý stočený řetězec • Funkce: účastí se procesu přenosu genetické informace z jádra na buňky na místo proteosyntézy bílkovin 29
Typy RNA • mRNA (informační)(mediátorová) (messenger) – obsahuje přepis info. z DNA o primární struktuře bílkovin – jednovláknová struktura, kopíruje sled nukleotidů
• rRNA (ribozomální) – stavební složka ribozomů , v nichž probíhá syntéza bílkovin
• tRNA (transferová) (v cytoplazmě) – přenášejí aktivované AMK (při tvorbě bílkovin ) při proteosyntéze z cytoplazmy do místa proteosyntézy – na ribozom – každá tRNA přenáší jen jeden druh AMK 30
Typy RNA • tRNA (transferová) má strukturu jetelového listu: tzn: 4 smyčky,1 z nich = ANTIKODONNAVAZUJE NA PŘÍSLUŠNÝ KODON PŘI PROTEOSYNTÉZE trojice bází komplementární ke kodonu 31
Nebezpečnost NK • • • •
Součástí virů Řídí vlastní reprodukci v živé buňce A) onkoviry – vyvolávají rakovinu B) lentiviry – vyvolávají HIV
32
PŘENOS GENETICKÉ INFORMACE věda o dědičnosti, vývoji a proměnlivosti živých organismů Gen = úsek řetězce DNA se zakódovanou info. o jednom určitém polypeptidovém řetězci - uložen v chromozomech
GENETIKA =
•
•
Genom = soubor genů (jaderná dědičnost)
DNA = knihovna 1 chromozom = 1 regál 1 gen = kniha, která popisuje nějakou zásadní užitečnou činnost 33
PŘENOS GENETICKÉ INFORMACE •
Gen nese: Informace o pořadí AMK v bílkovinách (předat a realizovat)
•
Proteosyntéza: vytváří bílkoviny Dědičná informace se v buňce při přepisu dostává z jádra do cytoplazmy 34
S přenosem a uplatněním gen. info. spjaty tři procesy: 1) REPLIKACE = KOPÍROVÁNÍ DNA biosyntéza DNA 2) TRANKRIPCE = PŘEPIS biosyntéza RNA - přepis z DNA do RNA
Vznik: tRNA, mRNA, rRNA
3) TRANSLACE = PŘEKLAD (aplikace) pořadí nukleotidů se převede na řeč bílkovin (pořadí AMK) biosyntéza bílkovin 35
1) Replikace DNA (dělení) a) Uvolnění nadšroubovicového vinutí (přerušení H vazeb – rozplete se DNA)
Rozevírá se dvojvlákno
Předání z mateřské buňky na dvě dceřinné buňky informaci při dělení v cyklech. 36
1) Replikace DNA (dělení) b) Vznik replikační vidličky Systémem komplementarity bází se připojí odpovídající nukleotidy do vláken. (vytvoření H vazeb.) Po rozvolnění DNA vznikají dvě replikační vidličky („Y“), na které se naváží proteiny replikačního aparátu)
Enzym : DNA – polymeráza: Katalyzuje připojování nukleotidů
37
1) Replikace DNA (dělení) c) Růst nového dvouvlákna DNA DNA je syntetizována pouze ve směru 5´→3´ !!!
Vytvářejí se esterové vazby
Enzym: Primáza: Katalyzuje vznik oligonukleotidu RNA
38
Replikace DNA
© Espero Publishing, 39 s.r.o.
Replikace DNA
40 © Espero Publishing, s.r.o.
Replikace DNA • Ukončení replikace lineárních molekul DNA • Oprava chyb
41
2) Transkripce • Přepis DNA do RNA = vznik tRNA, mRNA, rRNA a) Rozevírá se DNA (ruší se H vazby) b) Připojují se nukleotidy RNA komplementaritou bazí c) Nukleotidy RNA se spojují do řetězce d) Odpojuje se vlákno RNA e) Spojují se zpět vlákna ve dvojšroubovici DNA
42
2) Transkripce • Přepis DNA do RNA = vznik tRNA, mRNA, rRNA
• A) Iniciace (katalyzuje) • Enzym RNA – polymeráza, iniciační místo
• B) Elongace (prodlužování) • Směr 5´ 3´ • C) Terminace (odpojení hotových řetězců)
43
2) Transkripce
44 s.r.o. © Espero Publishing,
3) Translace • Biosyntéza polypeptidů řízená na mRNA • Překlad z jazyka nukleotidů (4-písmenná abeceda) do jazyka AMK (21-písmenná abeceda) • mRNA – kodon – kod AMK • tRNA – antikodon • tRNA – řadí AMK dle tripletů 45
3) Translace • Pořadí AMK je kodováno TRIPLETEM: trojice nukleotidů odpovídá jedné AMK • Kodon a antikodon komplementární
46
3) Translace Ribosom pomáhá připojovat antikodon tRNA ke kodonu mRNA za postupného prodlužování řetězce peptidu ve směru 5´- 3´.
© Espero Publishing, s.r.o.
47
Genetický kód • • • •
Kombinace tří nukleotidů kóduje 1 AMK 64 možných variant (61 je využito pro AMK) Triplet nukleotidů v mRNA = kodon Univerzální u všech organismů
48
MUTACE • • • •
CHYBNÝ PŘENOS INFORMACE Vede až k zániku Změna záznamu genetické informace Vlivem: fyzikální (RTG. ) chemické (mutageny) Karcinogenní účinek (z tabákového kouře) 49
Konec
50
