Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

Struktura nukleové kyseliny Cukerná pentóza: 2-deoxy-D-ribóza D-ribóza Fosfátový zbytek: PO4

3-

Pyrimidin

Purin Adenin

Guanin

Tymin

Dusíkatá báze

komplementarita bází: A - T G-C A-U

Cytosin

Uracil

Struktura nukleové kyseliny • Nukleotid:

fosfátový zbytek cukerná pentóza

dusíkatá báze

Struktura nukleové kyseliny • (Poly)Nukleotidový

řetězec

- fosfodiesterová vazba C-O-P-O-C

5´

CH2

B

B

B

B

S

S

S

S

P

P

P

3´

OH

Nukleové kyseliny • DNA – deoxyribonukleová kyselina • RNA – ribonukleová kyselina

DNA – deoxyribonukleová kyselina • 2-deoxy-D-ribóza • A, G, T, C • 2 vlákna, antiparalelní orientace = dvoušroubovice 5´ CH2

S

A

T

3´

OH

S

P

P S

G

C

S P

P S

T

A

S P

P

S

OH

3´

C

G

S CH2

5´

DNA – deoxyribonukleová kyselina • 2-deoxy-D-ribóza • A, G, T, C • 2 vlákna, antiparalelní orientace = pravotočivá dvoušroubovice 5´ CH2

S Chargaffovo pravidlo: Σ Purinů = Σ Pyrimidinů

A

T

3´

OH

S

P

P S

G

C

S P

P S

ΣA = ΣT ; ΣG = ΣC

T

A

S P

P

S

OH

3´

C

G

S CH2

5´

0

Gen - historie 1953 Popis struktury DNA (NC1962) James Watson, Francis Crick; Rosalind Franklin, Maurice Wilkins

model DNA

RNA – ribonukleová kyselina • D-ribóza • A, G, U, C • Jednovláknová, místní vlásenky

RNA – ribonukleová kyselina • mRNA • rRNA • tRNA • • • •

snRNA miRNA siRNA tasiRNA, rasiRNA …

Definice: Gen je konkrétní úsek DNA (u RNA virů RNA), daný sekvencí (pořadím) nukleotidů, kódující strukturní (polypeptid) nebo funkční (např. rRNA, tRNA) produkt. gen – alela – lokus Genom je veškerá genetická informace organismu, kompletní sekvence (pořadí dusíkatých bází), soubor veškeré kódující a nekódující informace (jaderné i nejaderné) v jedné kopii.

Gen • Strukturní gen – nese informace o struktuře • •

aminokyselinového vlákna / peptidu Gen pro RNA – rRNA, tRNA Regulační oblasti (funkční gen)

Centrální (ústřední) dogma Realizace = exprese genetické informace

Centrální (ústřední) dogma

Reverzní transkriptáza

REVERZNÍ TRANSKRIPCE

1958 F. Crick – exprese genetické informace REPLIKACE DNA polymeráza

DNA TRANSKRIPCE

RNA polymeráza

RNA TRANSLACE

protein

Transkripce Přepis genetické informace DNA do molekuly (pre)RNA

• Probíhá v jádře • Templátem je NEKÓDUJÍCÍ vlákno DNA v orientaci 3´- 5´ • Enzym RNA polymeráza

Transkripce – RNA polymerázy • RNA polymeráza prokaryot: • Sigma faktor • Jádro / holoenzym (α, β podjednotky) • RNA polymeráza eukaryot: • RNA pol I : rRNA • RNA pol II : mRNA, malé regulační RNA • RNA pol III : tRNA a další malé RNA

Transkripce – transkripční jednotka 5´

3´

3´

5´ terminátor

promotor

Gen pro RNA

Transkripce - iniciace RNApoly

5´

3´

3´

5´

Sigma faktor

promotor

terminátor


3´

5´

3´

Sigma faktor

5´


5´

3´

3´

5´ Sigma faktor

3´

5´


5´

3´

5´

3´

3´

Sigma faktor

5´

Transkripce - elongace RNApoly

5´

3´

5´

3´ 3´

5´


5´

3´

5´

3´ 3´

5´


5´

3´

3´

5´

5´

3´ preRNA

Transkripce - terminace RNApoly

5´

3´

3´

5´

5´

3´ preRNA


5´

3´

3´

5´

5´

3´ preRNA

terminátor

Transkripce - terminace RNApoly

3´

5´ 3´

3´ 5´

preRNA

Rho faktor

5´

Transkripce - terminace DNA

5´

3´

3´

5´ 3´

preRNA 5´

RNApoly

Rho faktor

Postranskripční úpravy exon intron exon intron 1) Sestřih exonů - odstranění nekódujících sekvencí, intronů

2) Úprava pre-RNA na RNA mRNA metylguanozinová čepička 5´ polyadenylace 3´ tRNA rRNA 3) Editace RNA

exon

Postranskripční úpravy exon intron exon intron 1) Sestřih exonů - odstranění nekódujících sekvencí, intronů

2) Úprava pre-RNA na RNA mRNA metylguanozinová čepička 5´ polyadenylace 3´

exon

Aminoacylové rameno

tRNA rRNA 3) Editace RNA Antikodonové rameno

Translace Překlad genetická informace mRNA do sekvence aminokyselin, tj. do primární struktury polypeptidu = proteosyntéza

• Probíhá v cytoplazmě, na ribozómu • Realizace na základě genetického kódu

Translace – Genetický kód Aminokyseliny proteinu kódovány trojicemi (triplety/kodony) dusíkatých bází

• • • •

Univerzální Degenerovaný Nepřekryvný Bez interpunkce

Wikipedia

Genetický kód 2. báze

1. báze

U

C

A

3.bá ze

G

UUU UUC U UUA UUG

fenylalanin fenylalanin leucin leucin

UCU UCC UCA UCG

serin serin serin serin

UAU UAC UAA UAG

tyrosin tyrosin stop (Ochre) stop (Amber)

UGU UGC UGA UGG

cystein cystein stop (Opal) tryptofan

U C A G

CUU CUC C CUA CUG

leucin leucin leucin leucin

CCU CCC CCA CCG

prolin prolin prolin prolin

CAU CAC CAA CAG

histidin histidin glutamin glutamin

CGU CGC CGA CGG

arginin arginin arginin arginin

U C A G

AUU AUC A AUA AUG

isoleucin isoleucin isoleucin methionin start

ACU ACC ACA ACG

threonin threonin threonin threonin

AAU AAC AAA AAG

asparagin asparagin lysin lysin

AGU AGC AGA AGG

serin serin arginin arginin

U C A G

GUU GUC G GUA GUG

valin valin valin valin

GCU GCC GCA GCG

alanin alanin alanin alanin

GAU GAC GAA GAG

aspartát aspartát kys. glutamová kys. glutamová

GGU GGC GGA GGG

glycin glycin glycin glycin

U C A G

Translace ribozom

- mRNA - rRNA Ribozóm

E

- tRNA

P

A

- Energie (ATP, GTP) - Pomocné faktory mRNA 5´

GCG AUG GCC

AK tRNAs

3´

Translace - iniciace - Navázání iniciační tRNA na iniciační kodon mRNA

UAC GCG AUG GCC

Translace - elongace AK - Navázání iniciační tRNA na iniciační kodon mRNA - Sestavení malé a velké podjednotky do funkčního ribozómu - Iniciační tRNA v P-místě

Met

E

P

A

UAC GCG AUG GCC AGU

Translace - elongace - Navázání druhé tRNA do A-místa

E

Met

Arg

P

A

UAC CGG GCG AUG GCC

Translace - elongace - Navázání druhé tRNA do A-místa

E

Met

Arg

P

A

UAC CGG GCG AUG GCC

Translace - elongace - Navázání druhé tRNA do A-místa - Peptidizace : vytvoření peptidické vazby mezi AK P- a A-místa - a Posun o jedno místo

E

P

A

UAC CGG GCG AUG GCC AGU

Translace - elongace - Uvolnění tRNA (bez AK) z E-místa - Zaplnění A-místa

E

P

A

UAC C G G U CA AUG GCC AGU

Translace - terminace

- Opakování: peptidizace, posun, zaplnění A-místa, peptidizace, posun,…. - Dokud není v A-místě terminační kodon

E

P

A

U CA AUG GCC AGU UAG

Translace - elongace - Obsazení A-místa terminačním faktorem - Ukončení AK řetězce

E

P

TF

A

U CA AUG GCC AGU UAG

Translace - terminace - Uvolnění primárního proteinu - Rozpad translačního aparátu

TF mRNA

AUG GCC AGU UAG

tRNA

E

P

A

Užitečné odkazy – jednoduché animace • http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/transcription.swf • http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/translation.swf • http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/m olgenetics/dna-rna2.swf

Replikace • Zdvojování DNA • Primárně v jádře,

Replikace -

Dvoušroubovice DNA Primáza  primer (RNA fragment, 10-11 nt) DNA polymeráza (I, II, III; α, β, δ) Enzymy: exonukleáza, ligáza, gyráza, … Nukleotidy Energie Pomocné faktory, …

Replikace Replikační bublina

Vedoucí vlákno : 3´-5´

3´

5´

5´

3´ Opožďující se vlákno: 5´-3´

Replikace Replikační vidlička

3´ Vedoucí vlákno : 3´-5´

5´


5´ Směr rozvolňování dvoušroubovice

Replikace 3´ primáza


5´

5´

3´



Replikace DNA polymeráza

3´ primáza


5´

3´

5´




3´ primáza


5´

5´

3´ 5´ 3´




3´ primáza


5´

3´

5´ 5´

3´

3´

Opožďující se vlákno: 5´-3´


Replikace 3´ Vedoucí vlákno : 3´-5´

5´

5´

3´ 3´

5´




5´ 3´

3´ 5´

5´




5´ 3´

5´

3´ 5´

5´ 3´




5´

5´

3´ 5´

3´

5´

3´


5´ Okazakiho fragmenty Směr rozvolňování dvoušroubovice


5´

5´

3´ 5´

3´

5´ 3´




5´

5´

3´ 5´

3´

5´

3´




5´

5´

3´ 5´

3´

5´3´




5´ 3´

ligáza

5´

3´

5´3´

5´




5´

5´

3´ 5´

3´



Replikace 3´

5´

5´

3´

3´

5´

5´

3´

Replikace - semikonzervativní - komplementární

3´

5´

3´

5´

5´

3´

3´

5´

5´

3´

+

5´

3´

Replikace Prokaryota

• Jeden replikační počátek, tj. • •

jedna rep. bublina Rychlejší, 1000bp/s Více chyb/mutací

Eukaryota • Více replikačních počátků, tj.

• • •

více rep. bublin Pomalejší, cca 50bp/s Účinnější oprava chyb Konec dosyntetizován pomocí telomerázy

Molekulární genetika (Molekulární základy dědičnosti)

Recommend Documents