Title:
URL Source: blob://pdf/a340d35e-cc10-4ebb-bcb0-427e98ec3d37
Markdown Content:
# Zklady molekulrn biologie
# od DNA k proteinu Centrln dogma molekulrn biologie
Popisuje dvoustupov proces pepisu DNA (tzn. Informace uloen v
genech) do protein.
> Jakmile je jednou informace pepsna
> do blkoviny ,ji nelze pepsat zpt !
# Gen
Gen je zkladn jednotkou, kter uruje vlastnosti jedince.
Geny jsou prostedkem pedvn ddin informace z matesk buky
na dcein. Informan kapacita DNA
binrn kd (2 symboly)
po ta e (0 a 1)
morseova abeceda ( te ka a rka)
DNA: 4 symboly (ATCG) Gen
Genomov DNA obsahuje vechny informace o struktue a funkci organismu
V konkrtn buce jsou ovem pouze nkter geny exprimovny (pepsny do mRNA
a protein)
Strukturn gen
sek DNA etzce, jeho informace se vyjaduje v primrn struktue polypeptidu
jako translanho produktu
Gen pro funkn RNA
sek DNA etzce pepisovan do primrn struktury tRNA nebo rRNA ppadn
dalch druh RNA, kter nejsou ureny k translaci
Gen jako regulan oblast
sek na DNA plnc regulan funkci, kter je rozeznvn specifickm proteinem
signalizujcm zahjen nebo zastaven transkripce Pepis genetick informace z DNA do RNA:
## transkripce
peveden informace v podob sekvence
deoxyribonukleotid v DNA do sekvence
ribonukleotid v RNA (transkriptu)
informace si uchovv podobnou chemickou povahu
jedno vlkno DNA genu se pouije jako templt pro
syntzu komplementrnho vlkna RNA
kduje -li transkript protein, podrob se translaci na
ribozomech, tj. informace skryt v sekvenci
ribonukleotid se pevede do poad aminokyselin v
proteinech Pepis transkripce
informace, akoli je koprovna do jin chemick formy, je stle zapsna
stejnm zpsobem
Kad gen je pepisovn a pekldn s jinou innost , lze tak
vytvoit velmi rozdln mnostv rznch protein. Struktura RNA Typy RNA
vechny typy RNA vznikaj transkripc
pi procesech genov exprese se uplatuje nkolik
typ RNA:
1. messenger RNA (mRNA) pen genetickou
informaci z DNA do ribozom
2. transferov RNA ( tRNA )adaptr spojujc
aminokyseliny a kodony v mRNA
3. ribozomln RNA ( rRNA )strukturn a
katalytick sloky ribozom
4. mal jadern RNA ( snRNA )strukturn sloky
spliceozom
5. micro RNA ( miRNA )krtk jednoetzcov
RNA, kter blokuj translaci komplementrnch
mRNA
6. small interfering RNA ( siRNA )krtk
jednoetzcov RNA, kter selektivn rozkldaj
komplementrn mRNA a tak znmouj jejich
translaci Typy RNA
translaci se podrobuje jen mRNA
typy RNA, kter nepodlhaj translaci
pln enzymov a strukturn funkce
podobn jako proteiny Gen
Genomov DNA obsahuje vechny informace o struktue a funkci organismu
V konkrtn buce jsou ovem pouze nkter geny exprimovny (pepsny do mRNA
a protein)
Strukturn gen
sek DNA etzce, jeho informace se vyjaduje v primrn struktue polypeptidu
jako translanho produktu
Gen pro funkn RNA
sek DNA etzce pepisovan do primrn struktury tRNA nebo rRNA ppadn
dalch druh RNA, kter nejsou ureny k translaci
Gen jako regulan oblast
sek na DNA plnc regulan funkci, kter je rozeznvn specifickm proteinem
signalizujcm zahjen nebo zastaven transkripce Struktura eukarytnch gen
Strukturn geny (kdujc proteiny) se skldaj:
promotoru sekvence nukleotid kter uruje, kde pesn zane transkripce
kdujc sekvence - uruje poad aminokyselin v polypeptidu
termintoru sekvence kter ur konec transkriptu RNA
Kdujc sekvence:
exony: exprimovan sekvence eukaryotickch gen, pomrn krtk kdujc seky DNA
introny: nekdujc sekvence ptomn v genech eukaryot
sekvence zahrnujc introny i exony se transkribuj do pre -mRNA
nekdujc sekvence se nsledn vytpuj sestihovmi pravami (" splicing ") ve specilnch
makromolekulrnch komplexech zvanch spliceozomy Genov exprese
1. Kad buky obsahuje kompletn genom, ale pouv jen st
nutnost regulace
2. Buky potebuj reagovat na svoje okol nutnost regulace
exprese zvis na rznch faktorech:
Typ buky
Okol buky
Vk buky
Signly z vnjho prosted rovn regulace genov exprese
1. Transkripce (DNA RNA/primrn transkript)
2. Posttranskripn pravy (RNA/primrn
transkript mRNA)
3. Translace (mRNA polypeptidov etzec)
4. Posttranslan pravy (polypeptidov etzec
funkn protein)
5. Degradace nebo aktivace protein (funkn
protein rozloen protein)
Regulace transkripce nejekonomitj
vs.regulace aktivity proteinu - nejrychlej Regulace transkripce
je kontrolovna regulanmi proteiny, kter se
v k regulanm DNA sekvencm
Zaloen na interakci protein -DNA
Nejekonomitj zpsob regulace
Eukaryota: kad gen pod individuln kontrolou,
komplexn regulace
Prokaryota : reguluje se transkripce celho
operonu, jednoduch regulace (promotor s
opertorem)
Transkripn inhibitory/aktivtory v specifick
promotorov sekvence Transkripce a translace u prokaryot
transkripce spojen s translac
translace zan ji ve chvli, kdy je mRNA teprve syntetizovna Transkripce a translace u eukaryot
U eukaryot je transkripce od translace oddlena v ase i prostoru. Transkripce
probh v jde a jejm vsledkem je pre -mRNA (= hnRNA )
prekurzorem mRNA je primrn
transkript ( pre -mRNA)
pre -mRNA se na obou koncch
modifikuje a zbavuje se pepis intron
praven mRNA se exportuje do
cytoplazmy,
zde na ribozomech podrobuje translaci Prokaryota vs. eukaryota Transkripce m nkolik stejnch rys jako
# replikace DNA
zan rozvolnnm mal oblasti dvouroubovice
DNA tzn. obnaen nkolika bz obou etzc
jeden z etzc DNA slou jako templt pro syntzu
komplementrnho vlkna (RNA)
vbr zaleovanho nukleotidu vyplv z provn
komplementrn bz
nov nukleotid je do rostoucho vlkna zalenn
kovalentn vazbou enzymatickou reakc
vznikl RNA je pesnou komplementrn verz
templtovho etzce
syntza RNA probh ve smru 5 3 Odlinosti transkripce a replikace
prekurzory jsou ribonukleozidtrifosfty a
ne deoxyribonukleozidtrifosfty
transkribuje se jen jedno vlkno DNA
etzec RNA nezstv pipojen
vodkovmi vazbami k DNA, ale odvj se
od nj, m umouje obnoven
dvouroubovicov struktury DNA
transkripty se z templtu uvoluj jako
jednoetzce
velikost transkript je podstatn men
ne velikost genomu
transkripci zajiuje DNA -dependentn
RNA polymerza, zatmco replikaci
katalyzuje DNA -dependentn DNA
polymerza
RNA polymerza nevyaduje primer a je
mn pesn Prbh transkripce
Ti fze:
1. iniciace: rozeznn promotoru RNA
polymerzou, vazba na DNA, rozvinut
dvouroubovice v mst startu
transkripce, zahjen syntzy RNA
2. elongace: pokraovn v syntze
transkriptu podle informace v DNA
templtu
3. terminace: ukonen syntzy transkriptu,
uvolnn RNA polymerzy z templtu
Proces u prokaryot a eukaryot je tm
toton, ale li se regulanmi mechanizmy Prokaryota vs. eukaryota
cistron oblast genu, kter
kduje jeden protein. U prokaryot
se vyskytuje polycistronick
mRNA, u eukaryot
monocistronick mRNA
Operon seskupen gen, kter u
bakteri vytvej funkn jednotku se
spolenou regulac. Transkripce eukaryot
RNA je syntetizovan v jde, ale proteiny v cytoplazm
eukaryotick transkripty jsou monocistronn
populace primrnch transkript v jde se oznauje heterogenn
jadern RNA ( hnRNA )
transkripty se pokrvaj proteiny ji bhem sv syntzy (ochrana ped
degradac ribonuklezami)
3 typy RNA polymerzy (I, II, III), kter jsou strukturn podobn, ale
transkribuj rzn typy gen
Primrn transkripty gen kdujcch polypeptidy podlhaj ped
transportem do cytoplazmy tem modifikacm:
- na 5 konce primrnch transkript se ve 7 -metylguanozinov epika
-na 3 konce primrnch transkript se vou sekvence poly (A)(tj.
sekvence A dlouh nukleotid)
- z primrnch transkript se vystihuj sekvence intron RNA polymerza
3 typy RNA polymerzy (I, II, III), kter jsou strukturn
podobn, ale transkribuj r zn typy gen :
RNA polymerza I: geny kdujc 5,8S, 18S a 28S rRNA
RNA polymerza II: geny kdujc proteiny, miRNA , siRNA a
vtinu snRNA
RNA polymerza III: geny kdujc tRNA , 5S rRNA , n kter
snRNA a dal mal RNA
> Oznaen Lokalizace Produkt
> I. jadrko pre -rRNA , 5.8S, 18S, 28S rRNA
> II. jdro pre -mRNA (hnRNA), miRNA ,
> lncRNA, snRNA
> III. jdro pre -tRNA , 5S rRNA ,snRNA
# Iniciace - Promotor
Transkripce zan na promotoru
za jeho rozpoznn je zodpovdn podjednotka enzymu
tzv. sigma faktor
Promotor: msto na DNA, obvykle 30 -40 bp ped
zatkem pepisovanho seku
Oznauje msto zatku transkripce a reguluje jej
intenzitu
Dleit msto je tzv. TATA box a CAAT box , asi 25 bp
ped zatkem transkripce (velk mnostv T a A)
Na promotor se nave proteiny zvan transkripn
faktory
celch 6 % genomu eukaryot jsou geny kdujc
transkripn faktory
Na tento tvar se nave RNA polymerza.
Transkripn inician komplex = promotor +
transkripn faktory + RNA polymerza
housekeeping genes (nap . geny determinujc enzymy
citrtovho cyklu ) TATA box nemaj Elongace
RNA polymerza rozplt asi 10 -20
nukleotidov sek DNA.
RNA polymerza vytv u eukaryot pre -
mRNA rychlost asi 60 nukleotid za sekundu
po prchodu RNA polymerzy se obnovuje
dvouroubovice DNA
Dochz vdy k pepisu jen z jednoho vlkna
vlkno pracovn (t negativn ( -), antikdujc
i nesmysln)
druh vlkno pro transkripci tohoto
genu vznam nem
vlkno pamov (t pozitivn (+), kdujc i
smyslupln) Terminace
elongace pokrauje, dokud RNA polymerza
nenaraz na terminan sekvenci na DNA
existuje zejm nkolik typ terminace
transkripce, detaily stle nejsou znmy
u prokaryot terminace kon pesn v mst
terminanho signlu
u eukaryot probh transkripce jet nkolik
stovek nukleotid za terminanm signlem,
kterm je sekvence AAUAAA na pre -mRNA
nkolik destek nukleotid za touto sekvenc je
pre - mRNA odstiena od RNA polymerzy
na pre -mRNA je potom navzn tzv. poly (A)
konec Sestih
primrn transkript prochz tzv. sestihem ,
jsou z nj odstranny nekdujc sekvence
za sestih je zodpovdn komplex snRNA (U1,
U2, U4, U5 a U6) a protein - spliceosom .
lasovitm stenm primrnho transkriptu
dochz k odstien intron
exony jsou pospojovny do finlnho etzce
ast specifickch sekvenc kter oznauj
hranice mezi introny a exony
odstien introny jsou ihned odbourvny Alternativn sestih
u vych eukaryot velmi
bn
jsou vyuita rzn sestihov
msta, co me vst k rznm
kombinacm exon
tm mohou vznikat
rzn izoformy proteinu
sestih me bt tkov
specifick nebo se me
vyskytnout v rznch
vvojovch stdich buky Primrn struktura blkovin
Zkladnm stavebnm kamenem blkovin je aminokyselina
Rozliujeme 20 aminokyselin li se postrannm etzcem
Aminokyseliny jsou spojeny peptidovou vazbou
Poad aminokyselin v etzci nen nhodn
Poad je charakteristick pro kadou blkovinu, kad ivoin druh,
kadho jedince v rmci druhu
Na tomto poad zvis specifick vlastnosti jednotlivch blkovin Rozlutn genetickho kdu
1961 - Marshall Nirenberg
In vitro postavil etzec mRNA sloen pouze z bze uracilu.
Tento etzec se nazval poly -u
Vsledkem byl protein sloen z etzce fenylalanin.
Tm zjistil, e UUU je kdon pro fenylalanin.
Byl to prvn krok v odhalen genetickho kdu, kter Nirenberg a kolegov
spn rozlutili do pti let. Genetick kd
Genetick kd pedstavuje soubor pravidel, podle kterch se genetick informace
uloen v DNA pevd na primrn strukturu blkovin tj. poad aminokyselin v
etzci.
Trojice nukleotid (triplet) kduje uritou AMK
tyto triplety se nazvaj kodony
4 bze DNA a nsledn RNA se mohou
kombinovat jako 43=64 kodon 61 kodon uruje 20 aminokyselin
3 (UAG, UAA a UGA) jsou tzv. terminan
kodony nebo stop kodony a
proteosyntzu ukonuj
tRNA majc komplementrn antikodon
toti nese msto AMK obvykle vodu
UGA kduje 21. aminokyselinu
selenocystein , kter byla objevena a v
roce 1986
poet kodon je vt ne
poet aminokyselin vechny AK s
vjimkou tryptofanu a methioninu jsou
kdovny vce triplety
kodony, kter specifikuj stejnou
aminokyselinu se nazvaj synonymn Genetick kd je:
1. univerzln - stejn u vtiny ivch organism, pouze u nkolika mlo
skupin a mitochondri se vyskytuj drobn odchylky.
2. tripletov - kad AMK je popsna alespo jednm tripletem (trojic)
nukleotid.
3. jednoznan - kad kodon specifikuje vdy jen jednu jedinou
aminokyselinu.
4. degenerovan - existuje vce kodon pro jednu aminokyselinu
5. nepekrv se - ve vlknu nukleov kyseliny je kad nukleotid
soust vdy jen jednoho tripletu. tec rmec
tec rmec je zpsob, jakm ribozom te sekvenci nukleotid v mRNA po
trojicch
proteosyntza je zahjena v mst inicianho kodonu AUG, kter
kduje methionin
je lokalizovn v nkterm z prvnch exon a uruje tec rmec sekvence RNA
soubor kodon, kter je omezen inicianm a terminanm kodonem se nazv
oteven tec rmec ORF, open reading frame
ne vechny synonymn kodony jsou uvny u rznch druh se stejnou etnost
nkter vce, nkter mn tzv. kodonov dialekt Translace
Prokaryota :
translace probh souasn s transkripc
na jednom konci vznikajc molekuly mRNA probh ji
translace, zatmco na druhm jet pokrauje transkripce.
Eukaryota
transkripc vznik hnRNA (pre -mRNA),
pre -mRNA se posttranskripn pravuje
mRNA se transportuje z jdra do
cytoplazmy pomoc transportnch protein
zde ve sousti ribozomu a zahajuje se translace.
blkoviny, kter maj zstat v buce, vznikaj na volnch
ribosomech , zatmco na ribosomech endoplazmatickho
retikula se syntetizuj transmembrnov proteiny a proteiny,
kter buka transportuje do extracelulrnho prostoru. Co je poteba
Ribosom
- Nukleoproteinov complex ze dvou podjednotek, nachz se
bu v cytoplazm nebo na drsnm ER
tRNA
dopravuje pslunou aminokyselinu na ribozom (ve form tzv.
aminoacyl -tRNA ), zprostedkovv kontakt s mRNA (dky
antikodonu), zodpovd za navzn sprvn AMK na pslun
kodon.
mRNA
vznikajc transkripc, m na 5' -konci guanosinovou epiku,
kter j umouje navzat se na malou podjednotku
ribosomu , a na 3' -konci pak polyadenyltov konec
ochraujc vlkno mRNA ped exonukleasami
> Tvoena aminoacyl -tRNA
> transferzou
# Prbh translace - Iniciace
Inician komplex translace se sestv z obou
ribozomlnch podjednotek a inicitorov tRNA (met -
tRNA ) kter se pilen na startovn kodon na mRNA
Po navzn inician tRNA se mal podjednotka ve
na 5' -konec mRNA a zane se pohybovat podl mRNA
ve smru 5' 3' a hledat prvn kodon AUG, kter je
rozpoznn antikodonem inician tRNA .
Po rozpoznn inicianho kodonu se pipoj velk
ribosomln podjednotka.
Inician tRNA se ve rovnou do P -msta, proto
prodluovn etzce me ihned zat navznm
druh tRNA s aminokyselinou do A -msta. Prbh translace - elongace
Pi proteosyntze je neustle opakovn
tkrokov cyklus:
1. aminoacyl -tRNA navzna do A -
msta.
2. dochz ke vzniku peptidov vazby
mezi prodluujcm se etzcem a
pichzejc aminokyselinou.
3. Ribosom se posune o 3 nukleotidy
podl mRNA. tRNA bez navzan
aminokyseliny se uvoln z E -msta a
tRNA z A -msta se penese do P -
msta. Prbh translace - terminace
Syntza polypeptidu pokrauje dokud nen dosaeno stop kodonu
Na stop kodon se navazuje blkovina zvan release factora
Syntza polypeptidu je ukonena
Nov vznikl polypeptid se uvoln od tRNA ;
tRNA se uvoln z ribozmu a dv ribozomln podjednotky se uvoln od
mRNA Polyribosomy
Danou mRNA me v
danm ase st vce
ribozm .
Tmto zpsobem je mon
vytvoit souasn mnoho
polypeptid z jedin
mRNA. Signln peptidy uruj kam protein pat