MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI

Autoři: Jana Kučerová ([email protected]) Zdeňka Vlahová ([email protected])

Gymnázium J.G. Mendela, Brno 1998

Maturitní téma č. 33

MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI NUKLEOVÉ KYSELINY - jsou to makromolekuly tvořené řetězci vzájemně spojených nukleotidů. Molekula nukleotidu sestává z : - pětiuhlíkatého monosacharidu neboli pentózy - rozlišujeme deoxyribozu a ribózu - kyseliny trihydrogenfosforečné H3PO4 - organické báze - mohou být purinové (= adenin, guanin) nebo pyrimidinové (= cytozin, tymin, uracil) Nukleotid → zbytek kyseliny fosforečné → nukleosid → cukr - jednoduché 5-uhlíkaté (riboza, deoxyriboza) → dusíkatá báze→ purinové = adenin, guanin → pyrimidinové = cytozin, tymin, uracyl Nukleotidy obsahující jako monosacharidovou složku ribózu se označují jako ribonukleotidy, ty co obsahují deoxyribózu, se nazývají deoxyribonukleotidy. Podle toho, která báze je v nukleotidu zastoupena, rozlišují se nukleotidy - kyselina deoxyadenylová ( dAMP) - kyselina deoxyguanylová ( d GMP) - kyselina deoxycytidylová ( dCMP) - kyselina doxytymidylová ( d TMP) a ribonukleotidy: - kyselina adenylová ( AMP) - kyselina guanylová ( GMP) - kyselina cytidylová ( CMP) - kyselina uridylová ( TMP)

Nukleové kyseliny sestávají z jednoho nebo dvou polynukleotidových řetězců o velkém počtu nukleotidů. Rozeznávají se dva typy nukleových kyselin: kyselina deoxyribonukleová - DNA -složena z jednoho nebo dvou polydeoxyribonukleotidů kyselina ribonukleová -RNA -skládá se z jednoho nebo dvou polyribonukleotidů (většinou tvořena jedním polynukleotid. řetězcem).

1.DNA - podle počtu polydeoxyribonukelotidových řetězců se rozeznává • jednořetězcová DNA - tvořena jedním polydeoxyribonukleotid. řetězcem, který může mít volné konce, nebo může být uzavřený. Jednořetězcové DNA s volnými konci se označují lineární, uzavřené kružnicové, vyskytují se u některých skupin virů. • dvouřetězcové či dvoušroubovice DNA - tvořeny dvěma polydeoxyribonukleotid. řetězci, které mohou mít volné konce - lineární molekuly DNA, nebo uzavřené - kružnicové molekuly DNA. Dvouřetězcové lineární molekuly DNA jsou složkou chromozómů eukaryotických buněk, kružnicové dvouřetězcové DNA tvoří chromozóm prokaryotických buněk a jsou stálou složkou mitochondrií a chloroplastů. Dvouřetězcová DNA neboli dvoušroubovice DNA má tyto charakter. znaky:

1



- sestává ze dvou polydeoxyribonukleotidových řetězců šroubovicovitě ovíjejících společnou osu - oba řetězce jsou navzájem komplementární, tj. jejich nukleotid. sekvence jsou ve vztahu, který vyhovuje pravidlu o párování bazí, tzn., že adenin se páruje vodíkovými můstky s tyminem a cytozin s guaninem - oba komplementární řetězce jsou navzájem antiparalelní - na jednom řetězci směřuje fosfodiesterová vazba od 3 ´-uhlíku k 5´-uhlíku a na druhém opačně. - pravidlo o kolísavém párování bazí = např. C se může párovat s U - vodíkové můstky se vytváří podle Watson-Crickova pravidla - mezi A a T se vytvářejí 2 vodíkové vazby a mezi C a G se vytvářejí 3 vodíkové vazby Proces uvolňování vazeb: - vodíkové můstky se uvolňují snadno = usnadněná replikace a přenos informace = denaturace. Tento proces je závislý na teplotě (30-100°C) a na obsahu C-G párů - čím více je dvojic C - G, tím je potřebná vyšší teplota. - proces obnovení původní struktury = renaturace

2. RNA - jsou většinou lineární a jednořetězcové. S dvouřetězcovými RNA se setkáváme jen u některých virů. RNA často obsahují uvnitř stejné molekuly komplementární sekvence, které se navzájem párují pomocí vodíkových vazeb - nabývají sekundární struktury. Páruje se vždy adenin s uracilem (v RNA místo tyminu je uracil) a guanin s cytozinem, cukrem není deoxyribóza, ale ribóza. Existují čtyři různé typy molekul RNA : • mediátorová ( mRNA) • ribozómová (rRNA) • transferová ( tRNA) • virová (vRNA) - mRNA je výhradně jednořetězcová, s proměnlivou velikostí molekuly, v níž jsou obsaženy vždy jen čtyři základní typy dusíkatých bazí jako ve struktuře DNA, ale u tRNA mají vždy standardní velikost a jsou relativně malé, přičemž jejich polynukleotidový řetězec částečně vytváří sekundární dvojřetězcovou strukturu. V molekulách tRNA se navíc kromě čtyř základních purinů a pyrimidinů vyskytují velmi hojně i tzv. minoritní dusíkaté báze např. inozin, dihydrouracil nebo dimetylguanin.

PŘENOS GENETICKÉ INFORMACE GENETICKÁ INFORMACE: = zpráva o tom: -jaká bude primární struktura transferových RNA v buňce -jaká bude primární struktura ribozomových RNA, které jsou složkami ribozomů -jaká bude primární struktura bílkovin v buňce. Nositeli genetické informace jsou jedině nukleové kyseliny, ve kterých je genetická informace zapsána pomocí různé sekvence čtyř nukleotidů. Kompletní GI, tj. o primární struktuře transferových RNA , ribozómových RNA a primární struktuře bílkovin, je obsažena v DNA. RNA může obsahovat jen informaci o primární struktuře bílkovin - v mediátorové RNA, kterou získává z DNA. Ostatní druhy RNA (rRNA, tRNA) tuto informaci neobsahují. 2



Informace obsažená v mRNA se překládá v ribozomech do primární struktury bílkovin ⇒ mRNA obsahuje informaci, podle které se v ribozomech tvoří primární struktura bílkovin. Ústřední dogma molekulární biologie: Přenos genetické informace je základní biolog. děj, který je zkratkovitě vyjádřen ve formulaci tzv. ústředního dogmatu molekulární biologie, podle kterého přenos genet. informace probíhá replikací a transkripcí z nukleové kyseliny do nukleové kyseliny a translací z nukleové kyseliny do bílkoviny a není možný z bílkoviny do nukleové kyseliny. U RNA-virů neexistuje přenos genetické informace transkripcí, ale jen translací. Výjimku tvoří jen některé RNA-viry (např. retroviry), u nichž probíhá nejdříve transkripce jejich RNA do DNA - tzv. zpětná transkripce. DNA se pak normálně přepisuje do RNA, která se může překládat do struktury bílkovin.

REPLIKACE DNA: Aby byla zajištěna návaznost rodičovských organismů s jejich potomky, je nutno, aby se z rodičů na potomky přenesly bezchybně všechny geny. To se děje přenosem genetické informace - replikací - je to tvorba kopií molekul nukleových kyselin zajišťující přenos genetické informace: z DNA do DNA u DNA-virů, prokaryot a eukaryot z RNA do RNA pouze u RNA - virů. Replikace DNA : 1. Ještě před rozdělením buňky se uvolní vodíkové vazby, kterými jsou poutány komplementární DNA-řetězce. 2. Na uvolněné DNA-řetězce, které slouží jako matrice, se vážou podle pravidla o párování bází volné nukleotidy. 3. Tvorba fosfodiesterových vazeb mezi nukleotidy je katalyzována enzymem DNApolymerázou. 4. Takto se vytvoří z jedné molekuly DNA dvě úplně stejné a jelikož se při tom nemění sekvence nukleotidů, zůstává nezměněna i genetická informace. 5. Při rozdělení buňky přejde do každé dceřiné buňky jedna molekula DNA. Díky tomu mají obě dceřinné buňky stejné vlastnosti jako buňka mateřská. TRANSKRIPCE: Většina genů prokaryotických a eukaryotických buněk je soustředěna do DNA chromozómů, z nichž se skládá jádro prokaryot. a eukaryot. buňky. Proteiny se ale syntetizují na ribozomech v cytoplazmě podle informace obsažené v mRNA. Primární struktura proteinů se tvoří translací genetické informace obsažené v mRNA, která jednak hraje roli posla přenášejícího genetickou informaci z jádra do ribozomů, jednak poskytuje tuto informaci k překladu do primární struktury proteinů. Genetická informace se přenese z DNA do mRNA pochodem, který se označuje jako transkripce = proces přepisování genetické informace z DNA do RNA obecně, tedy do mRNA, rRNA a t RNA. - je to enzymatický proces, který je závislý na katalytickém působení enzymu RNA- polymerázy Např. na DNA-řetězci je tato sekvence nukleotidů: AGCCTGAGGGGCAG bude se přepisovat do RNA o této primární struktuře: UCGGACUCCCCGUC

3



Transkripcí se vytvoří všechny typy RNA (mRNA, tRNA a r RNA). Rozdíl mezi nimi je v tom, že jedině mRNA nese ve své nukleotidové sekvenci informaci o primární struktuře bílkovin, která byla přepsána ze strukturních genů na DNA-řetězci do mRNA, z níž se na ribozomech překládá do primární struktury bílkovin. Ostatní typy RNA tuto informaci nemají a nepřekládají se, mají ale informaci o své funkci, kterou budou plnit jako tRNA a rRNA. Přenos genetické informace se děje ve dvou směrech: 1. Z mateřské buňky do dceřiných, obecně z rodičů na potomstvo. Tento přenos se uskutečňuje replikací. 2. Uvnitř buněk z DNA do tRNA, rRNA a mRNA. Tento přenos se uskutečňuje transkripcí. Genet. informace přepsaná do molekul tRNA a mRNA se realizuje v jejich funkcích. MRNA přenáší informaci z DNA do ribozomů, kde se podle této informace tvoří primární struktura proteinů, která určuje další strukturní vlastnosti proteinů (sekundární, terciární a kvarterní strukturu) a jejich biolog. funkce. - bezprostředním produktem transkripce je primární transkript, který může plnit svou úlohu, ale také může prodělat řadu změn, které se nazývají postranskripční úpravy.

TRANSLACE: Translace je pochod, kterým se překládá genetická informace z mRNA do primární struktury bílkovin (polypeptidu). To se děje na ribozomech podle genetického kódu. Začátek každého polypeptidového řetězce je v mRNA určen iniciačním kodonem AUG a jeho konec jedním z terminačních kodonů. Mezi iniciačním a terminačním kodonem jsou kodony, jejichž pořadí určuje primární strukturu polypeptidu ⇒ čtení genetického kódu se uskutečňuje v buňce translací, která sestává z řady dějů: - přenos aminokyselin do ribozomů - syntézu polypeptidového řetězce na ribozomech. Transferová RNA - přenos aminokyselin do ribozomů se uskutečňuje prostřednictvím tRNA. Ke vzniku těchto aminoacyl-tRNA komplexů dochází v cytoplazmě buňky za katalytického působení enzymů aminoacyl-tRNA-syntetázy. Je to jednořetězcová RNA, která sestává z nukleotid. sekvencí, které jsou navzájem komplementární a spojí se proto na různých místech řetězce, takže se řetězec poskládá do struktury připomínající jetelový lístek. Na jeden konec tRNA se váže aminokyselina a jednom rameni tRNA má trojici nukleotidů, která se označuje jako antikodon. Tato trojice nukleotidů je komplementární určitému kodonu v mRNA. Na příslušnou tRNA se váže vždy ta aminokyselina, jejíž kodon je komplementární k antikodonu této tRNA. Např. aminokyselina, která je určována kodonem GCG se bude vázat na tRNA pro alanin a nesoucí antikodon CGC ⇒ každá aminokyselina rozezná svou správnou tRNA, která antikodonem zase přečte na mRNA kodon pro tu aminokyselinu, která je na ní navázaná. Tento rozpoznávací proces aminokyseliny s příslušnou tRNA je řízen specifickými enzymy, na který se navážou vedle sebe aminokyselina a k ní patřící tRNA a obě se spojí - těchto enzymů je přesně 20, tj. pro každou standardní aminokys. jeden. Ribozomy: - jsou to buněčné Grenady, na kterých se syntetizují polypeptidové řetězce a tvoří se jejich primární struktura. Každý ribozom sestává z malé a velké podjednotky a je složen z bílkovin a rRNA (je v ribozómech přítomna ve formě několika různých molekul, které je možno od sebe odlišit podle jejich velikosti - v prokaryot. ribozómech jsou tři typy 4



molekul rRNA, v eukaryot. ribozomech čtyři typy molekul rRNA); existují zcela typické rozdíly ve velikosti obou typů podjednotek u ribozómů prokaroyt. a eukaryot. buněk. Obsahuje mnoho vazebných míst důležitých pro průběh translace, jejichž velikost odpovídá trojicím ribonukleotidů v mRNA ( kodónům) - např. aminokyselinové vazebné místo, na které se váže tRNA nesoucí aminokyselinu peptidylové místo, na které se váže tRNA nesoucí polypeptid prodloužený o jednu aminokyselinu.

1. 2. 3.

4. 5.

6. 7. 8.

PROTEOSYNTÉZA: = syntéza polypeptidového řetězce a vytvoření jeho primární struktury Nedjříve se spojí mRNA svým 5´koncem s malou podjednotkou ribozomu. Ribozom se posouvá po mRNA směrem k jejímu 3´-konci. Jakmile se nad peptidylovým místem objeví kodon AUG, naváže se na něj antikodonem UAC tRNA přenášející metionin. Takto to probíhá v eukaryotických buňkách. V buňkách prokaryot na tentýž kodon se váže antikodonem UAC tRNA přenášející formylmetionin, ten se ale po zařazení do polypetidového řetězce brzy deformyluje, takže první aminokyselina v polypeptidu je pak také metionin jako u eukaryot. Na aminokyselinové místo se váže tRNA s antikodonem, který je komplementární ke kodonu nad aminokyselinovým místem. Aminokyselina na tRNA v peptidylovém místě se spojí peptidovou vazbou mezi karboxylovou skupinou jedné aminokyseliny a aminoskupinou následující aminokyseliny. Tato reakce je katalyzována enzymem peptidyltransferázou vyskytujícím se ve velké ribozomové podjednotce. Po této reakci se ribozom posune směrem k 3´-konci o jeden kodon a tRNA vázající již dipeptid se přesune z aminokyselinového místa do peptidylového, odkud vytěsní předchozí tRNA. Nad aminokyselin. místem se objeví nový kodon a postupně se takto vytvoří celý polypeptid Syntéza polypeptidu končí, když se nad aminokyselin. místem objeví jeden z terminačních kodonů (UGA, UAA, UAG), na které se neváže žádná tRNA a ribozom se na tomto kodonu rozpadá na své podjednotky. Ukončení translace je katalyzováno účinkem enzymů nazývaných terminační faktory.

Vytvořený polypeptidový řetězec přechází automaticky pod vlivem primární struktury do dalších struktur a nabývá enzymové aktivity nebo ji nabude až po spojení s dalšími polypeptidy, popř. další chemickou úpravou. Značná část polypeptid. řetězců se zúčastňuje výstavby buněčných struktur a organel.

GENETICKÝ KÓD Genetická informace je v mRNA zapsána jako pořadí = sekvence, v níž se v různých kombinacích opakují nukleotidy : A, U, G, C. V sekvenci nukleotidů je každá aminokyselina bílkoviny vyjádřena určitou trojicí nukleotidů = kodonem, který se definuje jako pořadí tří nukleotidů, kterým je určeno zařazení příslušné aminokyseliny do primární struktury bílkoviny. Systém pravidel, podle kterých jednotlivé kodony určují zařazení standardních aminokyselin do bílkoviny, se označuje jako genetický kód - je třípísmenový, protože každá aminokyselina je určena trojicí nukleotidů. Určování primární struktury polypeptidu nukleotidovou sekvencí podle genetického kódu se označuje jako genetické kódování. 5



Genetický kód je sestaven ze 64 kodonů (protože se v molekulách DNA a mRNA vyskytují čtyři různé typy nukleotidů, existuje 43= 64 kodonů), ale jen 61 z nich kóduje aminokyseliny. Protože je standardních aminokyselin je jen 20, tak většina aminokyselin je kódována několika kodony (2 až 6) = degenerace genetického kódu. Schopnost kodonu kódovat určitou aminokyselinu se označuje jako smysl kodonu. Vzájemně odlišné kodony, které kódují stejnou aminokyselinu, se označují jako synonymní. Kodon, který kóduje standardní aminokyselinu (obvykle metionin), kterou začíná syntéza polypeptidového řetězce na ribozomu, se označuje jako iniciační kodon. Velká většina kodonů je univerzálních, tj. čtou se stejně u všech organismů, jen některé mají jiný smysl, hlavně v savčích mitochondriích. Kodon AUG může kódovat aminokyselinu metionin, nebo může signalizovat začátek syntézy polypeptidového řetězce = kodon bifunkční. Kodon UGA = kodon OPAL - je také bifunkční, může ukončovat syntézu řetězce = terminační kodon, může také kódovat aminokyselinu selenocystein, která má svou vlastní tRNA a zařazuje se do polypeptidového řetězce jako 21. standardní aminokyselina. Kodony UAA - kodon OCHRE a kodon UAG = AMBER žádnou aminokyselinu nekódují, jsou to kodony nesmyslné (beze smyslu), signalizují ukončení syntézy řetězce polypeptidu = kodony terminační.

GENY: = jednotky genetické informace, základní funkční genetické jednotky, funkční oblasti chromozómů, faktory řídící vznik znaků, úseky molekuly DNA ... - rozlišuje se několik typů genů podle genetické informace: • geny pro funkční RNA - existují u DNA-virů, prokaryot a eukaryot, ale ne u RNA - virů, zodpovídá za transkripci - vytvoření těch typů RNA, které nejsou určeny pro translaci ⇒ mRNA není produktem těchto genů • gen pro regulační oblast - úsek na DNA plnící regulační funkce = gen obsahuje informaci, která určuje, že se na tuto oblast bude vázat určitý protein, který potom následně bude např. zastavovat transkripci; tzn. že nemá žádný svůj produkt, ale může zablokovat transkripci nebo ji naopak navodit. • geny strukturní - úsek DNA, jehož informace se vyjádří v primární struktuře polypeptidu. Exprese strukturního genu - vyjádření genet. informace v primární struktuře polypeptidu. translační produkt = polypeptid vzniklý na základě strukturního genu Strukturní geny se dělí na: jednoduché - nepodléhá postranskripčním úpravám, celý se přepisuje do primárního transkriptu jednoduchý strukturní gen ↓ transkripce ↓ primární transkript ↓ translace ↓ primární struktura polypeptidu

složené - podléhají postranskripčním úpravám složený strukturní gen

6



↓ transkripce ↓ primární transkript - heterogenní RNA ↓ sestřih - postranskripční úpravy ↓ translace ↓ primární struktura polypeptidu

Složený strukturní gen se skládá z různých úseků = exony a introny. Exony se přepisují do struktury mRNA, introny se také v první fázi přepíší, ale protože nemají kódovací smysl, tak se po postranskripčních úpravách vyštěpí a při výsledné mRNA se nezachovávají ⇒ na genu (molekule DNA) se najdou plně funkční oblasti a oblasti, které se následně vyštěpují. exon intron exon ↓ ↓ ↓ transkripce primární transkript hn RNA sestřih ↓ mRNA typy sestřihů:

mRNA

1

2 primární 1 2

konstitutivní sestřih ↓ 1 2 5

složený gen 3 4 ↓ transkript 3 4

↓ 3

1

5 5

alternativní sestřih 5

1

↓ 4

5

1,5 - je vždy exon = konstitutivní exony 3,4 - mohou, ale nemusí být exonem = potenciální exony 2 - intron Konstitutivní exon je taková sekvence strukturního genu, která působí jako exon vždy, podle ní se bude přepisovat informace až na protein. Potenciální exon - taková DNA sekvence, která může působit buď jako exon, nebo jako intron a podmiňovat tím vznik funkčně příbuzných proteinů.

TRANSKRIPČNÍ JEDNOTKA: Geny jsou uspořádány po úsecích na DNA, které se označují jako transkripční jednotky. Transkripční jednotka jako úsek na DNA je vymezena nukleotidem, od kterého transkripce začíná a nukleotidem, na kterém transkripce končí. Každá transkripční jednotka je řízena promotorem a může obsahovat jeden nebo více genů a je přepisována do jedné molekuly primárního transkriptu - je to bezprostřední produkt transkripce. Pokud nejde o zpětnou transkripci, je tímto produktem vždy RNA a to: • mRNA, která představuje primární transkript transkripční jednotky obsahující strukturní geny. Jako primární traskript existuje jen u prokaryot a překládá se do primární struktury bílkovin na ribozomech. • pr-mRNA (hnRNA) neboli prekurzorová mRNA (heterogenní jaderná RNA), která je primárním transkriptem transkrip. jednotky strukturních genů u eukaryot (neexistuje u prokaryot). Podléhá postranskripčním úpravám, jejichž výsledkem je mRNA, která se na ribozomech eukaryot. buňky překládá do primární struktury bílkovin. 7



• pre-tRNA neboli prekurzorová tRNA, což je primární transkript transkrip. jednotky (u prokaryot i eukaryot) obsahující obvykle geny pro tRNA. Postranskripčně se štěpí na jednotlivé funkční molekuly tRNA, které se nepřekládají. Pozitivní a negativní DNA řetězec: Při transkripci se obvykle nepřepisují oba komplementární řetězce DNA, ale pouze jeden. Matricí pro syntézu primárního transkriptu je negativní řetězec DNA = sekvence na primárním transkriptu se shodují s pozitivním řetězcem. Celý řetězec DNA nemusí být buď pozitivní nebo negativní, pozitivní a negativní úseky se mohou na jednom řetězci střídat. Vyjímečně může proti příslušnému úseku stát úsek stejný např. proti negativnímu negativní. Je-li mezi promotorem a startovacím nukleotidem regulační oblast, na kterou se váží proteiny nazývané represory, označujeme tuto oblast jako gen operátor a celou transkripční jednotku jako operon. Není-li operátor přítomen v transkripční jednotce a jednotka je řízena pouze promotorem, označujeme ji jako neoperonovou transkripční jednotku. Represor - negativní regulační protein kódovaný regulačním genem. Spojí-li se s operátorem, zastavuje se transkripce strukturních genů daného operonu, jelikož represor zastavil posun RNA polymerázy od promotoru k terminátoru, v důsledku čehož nedochází k syntéze fosfodiesterových vazeb mezi nukleotidy. Regulační proteiny jsou proteiny podílející se na regulaci transkripce. Váží se na regulační oblasti např. na operátor. Signálem pro zahájení regulace (signál jak k zastavení tak znovu obnovení regulace) je spojení regulačního proteinu s molekulárním efektorem, kterým je nízkomolekulární látka, která má schopnost měnit konformaci regul. proteinu a tím i jeho afinitu k příslušné regulační oblasti. Molekuly efektrorů jsou příliš malé, aby rozlišily příslušný promotor od jiného a mohly samostatně regulovat transkripci. Nejsou k tomu vybaveny ani po chemické stránce. Připojením k regulačnímu proteinu mohou jeho prostřednictvím tuto funkci plnit. Regulační protein má 2 specifická vazebná místa - jedním rozliší příslušný efektor - ten se na něj připojí, druhým rozpozná příslušný promotor. Regulační protein a příslušný molekulár. efektor = regulátory - látky podílející se na regulaci molekulárních dějů (např. transkripce). Regulátory mohou být dvojího druhu : Regulátory pozitivní - příslušný proces molekulární děje navozují. Regulátory negativní - příslušný děj zastavují.

REGULACE SYNTÉZY ENZYMŮ Regulace syntézy proteinů je nejlépe prostudovaná u těch, které plní enzymovou funkci. Rozlišujeme 2 skupiny enzymů: Enzymy indukovatelné - jejich syntéza je vyvolána induktorem - specifický substrát, který vyvolá syntézu příslušného enzymu. Tyto enzymy jsou v buňce v nízké koncentraci, která se zvyšuje za přítomnosti induktoru. Konstitutivní enzymy - jejich syntézu žádný induktor nevyvolává, v buňce se tvoří konstantní rychlostí, v konstantním množství bez ohledu na metabolismus. 8



Např. u baktérií Escherichia Coli - využívají jako zdroj uhlíku laktozu. Hydrolýza laktozy je podmíněna přítomností enzymu β-galaktozydázy. Tento enzym se tvoří pouze v prostředí obsahujícím laktózu jako jediný zdroj uhlíku. Jsou-li buňky v prostředí s jiným zdrojem uhlíku např. glukózou, enzym se netvoří. Enzymová represe : = regulace syntézy enzymů biosyntetických drah specifickým metabolitem, kterým je obvykle konečný produkt dané dráhy zpětnou vazbou. Jakmile se v buňce organismu vytvoří určité (kritické) množství metabolitu, zastavuje se syntéza enzymů i metabolitu. Jakmile koncentrace metabolitu klesne pod kritickou hodnotu, obnoví se syntéza enzymů a tím i metabolitu samotného. Metabolit zastavující syntézu enzymů se nazývá korepresor. Negativní a pozitivní regulace operonu : Represor snadno reaguje s příslušným induktorem nebo korepresorem. To vede ke změnám represoru : - při vazbě s induktorem se represor stává neaktivním (= inaktivním) a na operátor se neváže. Při vazbě s korepresorem nabývá aktivity a váže se na operátor. Aktivní forma represoru, která podmiňuje zastavení transkripce, vzniká jednak vazbou s korepresorem, ale také při uvolnění induktoru z represoru. Neaktivní forma represoru, která podmiňuje zahájení transkripce vzniká spojením také induktoru s receptorem, ale také uvolněním korepresoru z vazby s represorem. Negativní regulace operonu - spočívá v zastavení transkripce operonu, protože na jeho operátor se navázal aktivní represor. Induktor - chápeme jako negativní molekulární efektor. Jeho spojení s represorem znamená přechod represoru do stavu zabraňujícího vazbě s operátorem - tzn. působí jako pozitivní regulátor navozující transkripci operonu. Korepresor - metabolit dané dráhy, který působí jako pozitivní molekulár. efektor, spojí-li se represorem, dojde k vazbě na operátor. - je negativním regulátorem, který transkripci operonu zastavuje. Pozitivní regulace operonu - vazbou pozitivního regulačního proteinu tzv. katabolického aktivačního proteinu (=CAP) na promotor se za přítomnosti induktoru transkripce operonu navozuje, jeho uvolněním zastavuje. CAP je pozitivní regulační protein, který je aktivátorem transkripce. Jako pozitivní molekulární efektor působí cyklický adenozinmonofosfát CAMP, který se na CAP váže. Celý komplex se pak váže na promotor a zvýší jeho afinitu k RNA polymeráze. Regulor - mají-li různé operony stejný regulační gen, pak se skupina těchto operonů nazývá regulon.

9

MOLEKULÁRNÍ ZÁKLADY DĚDIČNOSTI

Recommend Documents