Molekulární základy dědičnosti Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA
Ústřední dogma molekulární genetiky - vztah mezi nukleovými kyselinami a proteiny proteosyntéza replikace
DNA
k s n a tr
e c rip
RNA
e c la s n a tr ?
protein
reverzní transkripce informace
funkce
Ústřední dogma molekulární genetiky - vztah mezi nukleovými kyselinami a proteiny
NUKLEOTID základní stavební jednotka NK fosfát
dusíkatá báze cukr
DNA
Dvojšroubovice DNA
Párování bází – princip komplementarity
A = T (U) G≡C A,G – puriny T,U,C- pyrimidiny
Chemická struktura RNA
x DNA
Párování bází ve vlákně RNA
A=U G≡C
1. Replikace DNA = tvorba kopií molekul nukleových kyselin, zajišťující přenos z DNA do DNA Vzor (matrice, templát) pro tvorbu kopie (repliky) Materiál na výrobu Dělníci
původní vlákno DNA
volné nukleotidy
DNA polymerázy (enzymy)
Energii dodává ATP
Replikace DNA dvojšroubovice se rozplétá a oba řetězce slouží jako matrice pro syntézu komplementárních řetězců vzniknou dvě molekuly DNA, každá má jedno původní vlákno a jedno nově syntetizované
Dvojšroubovice DNA se rozvolňuje na určitém místě - v počátku replikace Iniciační místo Replikační vidlička
Každý chromozóm má stovky takových počátků
Replikace DNA původní vlákno = matrice, templát G
A
C
T
G
T
G
C
A
T
G
A
C
A
C
G
T
C
A
C
G
T
Napojení primerů A
.
A
C
T
G
T
G
C
nově syntetizované vlákna
Syntéza DNA
vlákno DNA je
asymetrické 3'-konec - hydroxylová skupina pentosy 5'-konec - fosfátová skupina
Vlákno DNA se může prodlužovat jen v jenom směru 5´ → 3´. V opačném směru 3´ → 5´ jsou syntetizovány krátké úseky, které jsou pak dodatečně spojovány.
Kdy dochází k replikaci DNA? K replikaci dochází u buněk, které se budou dále dělit, a to v syntetické fázi buněčného cyklu.
Rychlost replikace u bakterií 1000 nukleotidů za sekundu u eukaryotní buňky replikace chromozomu trvá 3 minuty replikace genomu - 8 hodin
2. Proteosyntéza = výroba bílkovin 2 fáze: 1. genetická informace je nejprve zkopírována z DNA do mRNA transkripce (přepis) 2. informace je přeložena z pořadí bází v mRNA do pořadí aminokyselin v bílkovině translace (překlad)
Každý gen obsahuje informaci pro tvorbu proteinu
Genetický aparát buňky DNA = nositelka genetické informace RNA: rRNA = ribozomální – funkce při syntéze bílkovin – součást ribozómů mRNA = messenger (mediátorová) RNA – přenos genetické informace z jádra do cytoplazmy tRNA = transferová – přísun AK k místu syntézy bílkoviny tvar trojlístku, na 1 smyčce antikodón =trojice bází paralelní ke kodónu na mRNA
Molekula tRNA
transferová RNA, přenáší určitou aminokyselinu Zde se váže určitá aminokyselina
antikodón = triplet, kterým se váže tRNA na
komplementární kodón mRNA
Transkripce = přepis genetické informace z 1 vlákna DNA do mRNA Místo
jádro buňky
Vzor (matrice, templát)
vlákno DNA
Materiál na výrobu Dělníci Energii
volné nukleotidy
RNA polymerázy dodává ATP
m
DNA je transkribována enzymem RNA-polymerázou
Rychlost transkripce 80 tripletů za sekundu.
Sestřih RNA poté co vznikne molekula mRNA (primární
transkript), dochází k její úpravě – tzv. sestřihu (probíhá podobně jako sestřih filmu) DNA totiž obsahuje kromě sekvencí nesoucích informaci (kódujících sekvencí tzv. exonů) i nekódující sekvence (tzv. introny). Tyto sekvence jsou po vzniku mRNA z její molekuly vystřiženy.
Sestřih RNA
Translace = překlad genetické informace z pořadí nukleotidů v mRNA do pořadí aminokyselin v bílkovině Místo
ribozóm
Vzor (matrice, templát) Materiál na výrobu Dělníci Pomocníci Energii
vlákno mRNA aminokyseliny
enzymy v ribozómu tRNA dodává ATP
Kód, triplet překlad genetické informace do struktury
proteinu probíhá podle určitého klíče = genetický kód (tripletový): tj. každá trojice nukleotidů určuje jednu aminokyselinu
AGC UCG
GTA CAU
Ser
His
CGG GCC Ala
1 z vláken DNA kodóny v mRNA aminokyseliny
Většina aminokyselin je kódována více než jedním kodónem.
kodón AUG pro methionin je zároveň
počátečním kodónem kodóny UAA, UAG, UGA signalizují konec sekvence (=stop kodóny, beze smyslu)
Překlad genetického kódu
aminokyselina (tryptofan)
tRNA
navázání aminokyseliny
připojení antikodónu tRNA na kodón mRNA
Tvorba bílkoviny probíhá v ribozómu ribozóm se skládá
ze dvou podjednotek
velká ribozomální podjednotka
malá ribozomální podjednotka
Zahájení translace = iniciace iniciační tRNA s navázaným methioninem zahajuje translaci
translace mRNA začíná na tzv. iniciačním kódonu - AUG
tRNA s navázanou aminokyselinou
Průběh translace molekuly mRNA prodlužování molekuly peptidu = elongace
Opakování tří fází: • tRNA s navázanou aminokyselinou se napojí na příslušný kodón mRNA • mezi dvěma aminokyselinami vedle sebe vznikne peptidová vazba • velká podjednotka ribozómu se posune o tři nukleotidy vpřed
4
vznikající peptidový peptidová řetězec vazba
4 5
5
Konečná fáze proteosyntézy = terminace
Translace je ukončena po dosažení stop kodónu
Ribozómové jednotky se rozpojí
Na jedné molekule mRNA se může najednou vytvářet více molekul bílkovin Polyribozóm
Ribozómy se nacházejí buď volně v cytoplazmě, nebo jsou vázány na drsné endoplazmatické retikulum. drsné endoplazmatické retikulum
vnitřek buňky
Golgiho systém
cisterny
plazmatická membrána mezibuň. prostor
