Proteiny Genová exprese
©2013 Doc. MVDr. Eva Bártová, Ph.D.
Bílkoviny
(proteiny), 15% 1g = 17 kJ
Monomer = aminokyseliny aminová skupina
karboxylová skupina
α -uhlík postranní řetězec Znát obecný vzorec aminokyseliny
20 standardních proteinogenních aminokyselin 10 jich je esenciálních (člověk nemůže syntetizovat, musí je přijímat potravou)
Esenciální
Neesenciální
Isoleucin (Ile, I)
Alanin (Ala, A)
Leucin (Leu, L)
Asparagin (Asn, N)
Lysin (Lys, K)
Aspartat (Asp, D)
Methionin (Met, M)
Cystein (Cys, C)
Fenylalanin (Phe, F)
Glutamát (Glu, E)
Threonin (Thr, T)
Glutamin (Gln, Q)
Tryptophan (Trp, W)
Glycin (Gly, G)
Valin (Val, V)
Prolin (Pro, P)
Arginin (Arg, R)*
Serin (Ser, S)
Histidin (His, H)*
Tyrosin (Tyr, Y)
(*) esenciální jen v určitých případech, cysteine, tyrosine, arginine – semiesenciální pro děti
Aminokyseliny jsou spojovány peptidovou vazbou (uvolňuje se voda = kondenzace) za vzniku peptidového řetězce. Pořadí AK se zapisuje od N konce.
aminokyselina 1
aminokyselina 2
(aminový, N konec)
(karboxylový, C konec) peptidová vazba
Peptidy (oligopeptidy) - tetra, okto, dekapeptidy Bílkoviny (proteiny) - tisíce, bílkovina = stovky až tisíce AK (běžně 300 AK), mol.hm.10 000 - 50 000 kDa - fibrilární - globulární Nadmolekulární komplex - více molekul proteinů (př. aktinový helix, trojitý helix kolagenu), nebo spojení proteinů s jinými molekulami (ribozom - 55 molekul proteinů a 3 RNA) ribozom
aktin
kolagen
velká podjednotka
malá podjednotka
Konformace Prostorové uspořádání peptid. řetězce, je určená silami uvnitř molekuly: postranní řetězce - hydrofóbní uvnitř, hydrofilní vně vodíkové můstky - mezi peptid. vazbami a postranními řetězci disulfidické můstky - mezi SH skupinami cysteinů Typy konformace: primární struktura - zastoupení a pořadí (sekvence) aminokyselin sekundární struktura - uspořádání polypeptidového řetězce: α-helix - šroubovicové uspořádání stabilizováné H můstky β-skládaný list - úseky řetězce vedle sebe spojené H můstky terciární struktura - prostorové uspořádání celého řetězce kvarterní struktura - prostorové uspořádání podjednotek (více polypeptidových řetězců vázaných nekovalentními vazbami) Umět nakreslit (popsat) jednotlivé konformace
1) Primární konformace
aminokyseliny
2) Sekundární konformace α-helix
vodíkové můstky mezi aminokyselinami
β skládaný list
3) Terciární konformace
4) Kvarterní konformace
hemová skupina
hemová skupina
polypeptid
Denaturace – porušení struktury (kvarterní až sekundární konformace) proteinu vlivem stresu (teplota, kyselé či alkal. pH, těžké kovy), enzymy ztrácí svoji katalitickou aktivitu (substrát se nemůže vázat na aktivní místo) Aktivní místo
Porušení aktivního místa
denaturace Před denaturací
Po denaturaci
Funkce bílkovin stavební (strukturní) - součást buněčných struktur bílkoviny - komponenty cytoskeletu, bakteriální bičíky bílkoviny + NK - chromosomy, ribosomy bílkoviny + fosfolipidy - biomembrány bílkoviny + polysacharidy - buněčná stěna, extracelulární matrix enzymatická - globulární bílkoviny, urychlují chemické reakce informační - regulují buněčné procesy a mezibuněčné vztahy signály - přenášejí informaci zakódovanou do primární struktury bílkovin (např. hormony, imunoglobuliny, regulátory genové aktivity - represory)
receptory - přijímají a transformují signály, jsou vázané na biomembránách
energetická transportní
EXPRESE GENETICKÉ INFORMACE CENTRÁLNÍ DOGMA MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE
DNA RNA PROTEIN
1. stupeň: TRANSKRIPCE (v jádře)
DNA mRNA
POSTRANSKRIPČNÍ ÚPRAVA
2. stupeň: TRANSLACE RNA PROTEIN (v cytoplazmě na ribozomech) POSTRANSLAČNÍ ÚPRAVA
TRANSKRIPCE Transkripce = přepis z DNA do mRNA - probíhá v jádře (u eukaryot) nebo v cytoplazmě (u prokaryot)
Transkripční jednotka = úsek DNA pro transkripci promotor - sekvence DNA (40 bp) pro navázání RNApolymerázy sekvence strukturního genu terminátor
1. INICIACE - po navázání RNA-polymerázy na promotor se rozvinou oba řetězce DNA - od místa startu (1. přístupného nukleotidu) na matricovém vláknu DNA se přiřazují RNA nukleotidy
Eukaryota – gen složený z exonů a intronů
Prokaryota – jednoduchý gen bez intronů
2. ELONGACE - RNA-polymeráza se posunuje podél molekuly DNA - vzniká vlákno RNA v orientaci 5´ 3´
3. TERMINACE
- terminátor - sekvence DNA, která je signálem pro oddělení RNA polymerázy od DNA
REVERZNÍ TRANSKRIPCE ... RNA DNA - pomocí reverzní transkriptázy (RNA- závislé DNA-polymerázy) - u retrovirů
DNA je transkribována enzymem RNA-polymerázou
Animace transkripce: http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072835125/student_view0/animations.ht ml# http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp12/12 02001.html
© Espero Publishing, s.r.o.
POSTTRANSKRIPČNÍ ÚPRAVA RNA (RNA processing) mRNA Prokaryonta - přímo translace Eukaryonta:
Animace splicingu: http://bcs.whfreeman.com/th elifewire/content/chp14/1402 001.html
pre-mRNA mRNA 1. vystřižení intronů (nekódující sekvence genu) pomoci enzymu ribozym endonukleáza a spojení exonů (kódující sekvence genu)
2. vznik čepičky - navázání 7-metylguanozinu na 5´konec 3. vznik polyA přívěsku (polyadenylace) - připojení 100-200 adenosinnukleotidů) na 3´konec Důvody 2 a 3: - ochrana před účinkem nukleáz - umožňuje přechod z jádra do cytoplazmy - nutné pro rozpoznání ribozomem
rRNA
pre-rRNA rRNA
- syntéza v jadérku
tRNA
pre-tRNA tRNA
- syntéza v jadérku odstranění zaváděcí sekvence chemické modifikace (metylace) bazí vystřižení intronů přidání trojice nukleotidů CCA (u funkčních molekul tRNA)
TRANSLACE (proteosyntéza) Translace = překlad z jazyka nukleotidů (4-písmenná abeceda) do jazyka AK (20-písmenná abeceda) - probíhá v cytoplazmě na ribosomech
GENETICKÝ KÓD genetický kód je univerzální (stejný u všech organismů) - kombinace tří nukleotidů (triplet nukleotidů v mRNA, kodon) kóduje 1 AK (64 variant, 61 pro AK)
PROTEOSYNTETICKÝ APARÁT mRNA ribosomy - místa syntézy proteinů tRNA - řadí AK podle tripletů volné AK ATP (zdroj energie) řada enzymů a tzv. pomocných faktorů
mRNA Prokaryonta: - nese informaci pro několik polypeptidů operon = skupina genů přepisovaných do 1 molekuly RNA Eukaryonta: - nese informaci 1 genu
RIBOSOMY - tělíska z rRNA a bílkoviny (1:1) - v cytoplazmě prokaryontů i eukaryontů - v matrix mitochondrií a stromatu chloroplastů - volné nebo vázané na membrány (ER, vnější memb. jader. obalu) - - velikost v Svedbergových sedimentačních jednotkách
Prokaryonta (+ mitochondrie a chloroplasty)
Eukaryonta
Celý ribosom
70 S
80 S
Větší podjednotka
50 S
60 S
Menší podjednotka
30 S
40 S
Umět nakreslit (popsat) ribosom
Vazebná místa pro RNA na ribosomu 4 specifická vazebná místa: - místo pro vazbu mRNA - A (aminoacyl) - vazba tRNA s AK (aminoacyl-tRNA) - P (peptidyl) - vazba peptidyl-tRNA - E (exit) – místo, kde t-RNA opouští ribosom
polysom - řetízek ribosomů, na nichž probíhá translace proteinů (prokaryonta i eukaryonta)
Animace poloysomu: http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/molecularbiology/polyribosomes.html
-
tRNA – jetelový trojlístek rameno antikodonové (antikodon = 3 nukleotidy, komplementární ke kodonu na mRNA) rameno aminokyselinové (každá tRNA nese jinou aminokyselinu)
PRŮBĚH TRANSLACE
1. INICIACE - připojení iniciačních faktorů na menší podjednotku ribosomu - vazba iniciační tRNA (eubakterie - tRNAf-met(formylmethionin), archea a eukaryota - tRNAmet – (methionin) na menší podjednotku ribosomu) - vazba mRNA na menší podjednotku ribosomu - připojení větší podjednotky ribosomu vznik translačního komplexu - energie z GTP (GTP GDP)
2. ELONGACE - na startovací kodon mRNA se váže antikodon tRNA a další tRNA (A místo P místo E místo) - nutné elongační faktory - energie z GTP - spojování AK je katalyzováno RNA s enzymovou aktivitou (=ribozym)
3. TERMINACE - elongace končí dosažením stop kodonu (UAG, UAA, UGA), které jsou rozeznávány terminačnímí faktory (proteiny, uvolňovací faktory), které se na tyto stop kodony váží - oddělení polypeptidu - rozpad translačního komplexu Animation of translation: -http://www.biostudio.com/demo_freeman_protein_synthesis.htm -http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp12/1202003.html - http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072835125/student_view0/animations.html#
SCHÉMA GEN. EXPRESE
POSTTRANSLAČNÍ MODIFIKACE PROTEINŮ - posttranslační modifikace - kotranslační modifikace (začíná již během translace) K zajištění biologické funkčnosti polypeptidů: odštěpení AK, vyštěpení peptidů chemické modifikace AK (metylace, fosforylace) deformylace (odstranění formylové skupiny z methioninu) tvorba disulfidových můstků připojení cukerných zbytků (glykoproteiny) odstranění signálních sekvencí vznik SEK., TERC. a KVART. STRUKTURY Probíhá: - spontánně - asistovanou autoagregací pomocí chaperonů (proteiny, vážou se na některé funkční skupiny proteinů, nedovolí vznik nežádoucích vazeb, např. Hsp heat shock proteins)
