1 / 76

Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny. Struktura DNA a RNA. Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013. Typy nukleových kyselin. d eoxyribonukleová ( DNA ). v buněčném jádře. r ibonukleová ( RNA ). v cytoplasmě a v jadérku. Mezi fosfátovou skupinou na 5. C a -OH skupinou na 3. C na pentose

zachary-dixon
Download Presentation

Nukleové kyseliny

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Nukleové kyseliny Struktura DNA a RNA Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

  2. Typy nukleových kyselin deoxyribonukleová (DNA) v buněčném jádře ribonukleová (RNA) v cytoplasmě a v jadérku

  3. Mezi fosfátovou skupinou na 5. C a -OH skupinou na 3. C na pentose vzniká tzv. fosfodiesterová vazba Na povrchu je NA velmi silně záporně nabitá.

  4. Dusíkaté báze se mohou mezi sebou pomocí vodíkových vazeb párovat

  5. Toto komplementární párování bází umožňuje zaujmout energeticky nejvýhodnější konformaci

  6. DNA - pravotočivá šroubovice 3' 5' DNA je stočena do pravotočivé šroubovice, která je stočena ze dvou komplementárních vláken DNA. Řetězce v DNA jsou vůči sobě antiparalelní. 5' 3'

  7. Typy DNA Z DNA B DNA A DNA Pravotočivá. Zhruba 10 bází na závit. Báze tvořící pár leží vždy v jedné rovině. Dvoušroubovice DNA má na svém povrchu dva typy žlábků (malý a velký). Pravotočivá. 11 párů bází na závit. Levotočivá. 12 párů bází na závit. Vytváří se, pokud se ve šroubovici objeví pravidelné opakování bází adeninu a thyminu. Prokaryotní DNA i DNA semiautonomních organel (např. mitochondrií) jsou kruhové.

  8. Molekula RNA Jednořetězcová. Primární struktura RNA Sekundární struktura tRNA

  9. Typy RNA rRNA tRNA mRNA (transferová) (ribosomální) (informační, mediatorová) Vybírá správné aminokyseliny a umísťuje je do správného místa na ribosomu, aby mohly být začleněny do rostoucího aminokyselinového řetězce. Tvoří jádro ribosomů, na kterých je mRNA překládána do proteinu. Vzniká přepisem genů kódujících aminokyselinovou sekvenci proteinů a její základní funkcí je řídit vznik proteinu. rRNA a tRNA vznikají přepisem genů nekódujících aminokyselinovou sekvenci proteinu. Jedná se o tzv. neinformační RNA.

  10. Chromosom Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

  11. Chromosom Jádro lidské buňky – průměr cca 5-8 μm DNA – cca 2 m V eukaryotních buňkách – molekuly DNA jsou asociovány se specifickými proteiny a sbaleny do chromosomů. • Mitotické chromosomy • v době buněčného dělení (v mitose) • v kondenzovaném stavu (sbaleném) • Interfázové chromosomy • značně rozvolněné a vypadají jako jedna dlouhá, tenká, vzájemně propletená vlákna

  12. Interfázový chromosom – Korálková forma chromatinu (10-nm vlákno) Histonový komplex (8 nm) nukleosom Spojníková DNA 10 nm Chromatin – komplex DNA a proteinů Histony – malé proteiny s vysokým obsahem kladně nabitých AMK (lys a arg)

  13. Mitotický chromosom Před vstupem do mitosy dochází k sbalování chromatinu. • Chromatin se stáčí za vzniku tzv. solenoidu. Solenoid: 6 nukleosomů na závit 30 nm • 30-nm vlákno je organizováno do smyček připojených k centrální ose, tzv. lešení (scaffold). • Solenoid se stáčí na chromatidu.

  14. Úsek dvoušroubovice DNA 2 nm Korálková forma chromatinu (10-nm vlákno) 10 nm 30-nm vlákno 30 nm Rozvinutý úsek chromosomu 300 nm Kondenzovaný úsek chromosomu 700 nm Úplný mitotický chromosom 1400 nm

  15. Replikace DNA Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

  16. G C T A G C G C A T T A T A A T A T T A G C T A T A C G G C G C C G C G C G A T C G C G A T A T C G A T C G C G A T A T Templát (matrice) Nově syntetizovaný řetězec DNA

  17. Replikační počátky a replikační vidličky Celý proces replikace začíná v replikačních počátcích. Replikační počátek dvoušroubovice DNA Replikační počátky se zvětšují za vzniku tzv. replikačních vidliček. Replikační vidlička

  18. Replikační vidličky: Helikasa = enzym, rozvíjí dvoušroubovicovou strukturu

  19. Replikační vidličky: obousměrnost replikace Začátek replikace V jednom replikačním počátku se vytvoří dvě replikační vidličky. Replikace je obousměrná. Replikační vidlička Směr replikace Směr replikace

  20. Syntéza DNA 3' 3' 5' 5' Templátový Řetězec (DNA) T A T A Nově syntetizovaný Řetězec (DNA) A T A T 3'-konec 5'-konec G C G C Fosfodiesterová vazba 5' 5' 3'

  21. Syntéza DNA: DNA-polymerasa • enzym • připojuje nukleotidy na 3'-konec rostoucího řetězce DNA • vznik fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu. Nukleotidy vstupují do reakce jako energeticky bohaté deoxynukleosidtrifosfáty (např. dATP) – dodání energie polymerizační reakci. Většinu nové DNA polymerizuje DNA-polymerasa III. DNA je syntetizována ve směru 5' → 3'.

  22. DNA-polymerasa 3' Spustit animaci 5' Primer Vedoucí řetězec 5' 3' 3' Deoxynukleosidtrifosfáty (dATP, dGTP, dTTP a dCTP) Enzym: DNA-polymerasa III 5'

  23. Syntéza DNA: Primasa DNA-polymerasa neumí začít syntetizovat nové vlákno. Primasa – enzym, dokáže spojit dva volné nukleotidy. Primasa syntetizuje krátké úseky RNA (cca 10 nukleotidů). Tyto úseky poskytují 3'-konec pro DNA-polymerasu. Slouží tedy jako primer pro syntézu DNA.

  24. Primasa Enzym: Primasa Primer 5' 5' 3' 3' Enzym: DNA-polymerasa 5'

  25. Asymetričnost replikační vidličky První řetězec je syntetizován podle templátu ve směru 3'→ 5' (Vzniká 5'→ 3' řetězec) Druhý řetězec je syntetizován podle templátu ve směru 5'→ 3'(Vzniká 3'→ 5' řetězec). 3' 5' 5' 3' 5' Směr replikace 3' 3' 5'

  26. Asymetričnost replikační vidličky:Okazakiho fragmenty DNA-polymerasa syntetizuje nové vlákno pouze prodlužováním 3'-konce DNA (nový řetězec může vznikat jen ve směru 5'→3', neboli dle templátu 3'→5'). • Je-li DNA syntetizována dle templátu 5'→ 3': • - replikace probíhádiskontinuálně a „po zpátku“ • syntetizují se tzv. Okazakiho fragmenty 5' 3' 3' Směr replikace 5'

  27. Asymetričnost replikační vidličky:vedoucí a váznoucí řetězec 3' vedoucí řetězec 5' 5' 3' 3' 5' „Po zpátku“ 3' opožďující se (váznoucí řetězec)

  28. 3' 5' 3' 5' nejnověji nasyntetizovaná DNA Asymetričnost replikační vidličky 5' 3' Vedoucí řetězec Váznoucí řetězec 3' 5' 5' 3' 3' 3' 5' 5' 3' 5' 3' 5' Okazakiho fragmenty 5' 3' Směr pohybu replikační vidličky

  29. Váznoucí řetězec (I. část animace) 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 1. Primasa 2. DNA-polymerasa III 5' 5' 3' Okazakiho fragmenty 3' Váznoucí řetězec 5'

  30. Váznoucí řetězec Opožďující řetězec je tvořen mnoha oddělenými úseky tzv. Okazakiho fragmenty(cca 1000-2000 nukleotidů). Na vytvoření souvislého vlákna DNA z Okazakiho fragmentů jsou třeba tři enzymy: 1. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) – odstraňuje RNA primery; 2. DNA-polymerasa I – nahrazuje RNA-primery DNA; 3. DNA-ligasa – spojí všechny úseky dohromady.

  31. Váznoucí řetězec (II. část animace) 3' Vedoucí řetězec Spustit animaci 3. DNA-polymerasa I (exonukleasová funkce) 5' 4. DNA-polymerasa I 5' 3' 5. DNA-ligasa 3' Váznoucí řetězec 5'

  32. Replikační aparát 5' 3' Vedoucí řetězec Svírací protein DNA-polymerasa Nově syntetizovaný řetězec Rodičovská DNA 3' 5' Primasa Nový Okazakiho fragment DNA-helikasa RNA-primer Vazebný protein pro udržení jednořetězcové struktury 3' Váznoucí řetězec 5' Okazakiho fragment

  33. Replikace je proces semikonzervativní 3' 5' 5' 3' 3' 5' 5' 3'

  34. Korektorská schopnost DNA-polymerasy DNA-polymerasa katalyzuje reakci: (DNA)n + dNTP ⇄ (DNA)n + 1 + difosfát DNA-polymerasa je schopna hydrolyzovat DNA od 3'-konce (tzv. 3'→5' exonukleasová aktivita). Připojí-li se chybný nukleotid, vznikne nestabilní produkt, čímž dojde k posunutí rovnováhy ve směru výchozích látek. DNA-polymerasa je velice přesně párující enzym: udělá průměrně 1 chybu na 107 zreplikovaných párů bází.

  35. Transkripce (první krok genové exprese: Od DNA k RNA) Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

  36. Transkripce a translace Jestliže buňka potřebuje nějaký konkrétní protein, je nukleotidová sekvence je v patřičné oblasti v chromosomu nejprve zkopírována do mRNA. Tato RNA je využívána jakotemplát (předloha, matrice) pro tvorbu proteinů. transkripce translace DNA mRNA Protein

  37. transkripce DNA mRNA Dvoušroubovice DNA Transkripce - úvod • Transkripce: • gen se přepisuje do RNA • začíná rozvolňováním krátkého úseku DNA • jeden z řetězců DNA slouží jako templát pro syntézu RNA

  38. Komplementarita bází

  39. Syntéza RNA 3' 5' Templátový Řetězec (DNA) U A Nově syntetizovaný Řetězec (RNA) A T G C 5' 3' 5' Templátový Řetězec (DNA) U A A T Nově syntetizovaný Řetězec (RNA) 3'-konec 5'-konec G C 5' Fosfodiesterová vazba 3'

  40. Vznik transkriptu Transkript - řetězec RNA vznikající transkripcí. Dochází k obnovení dvoušroubovicové struktury DNA a vytěsnění vlákna RNA – molekuly RNA jsou jednovláknové. Ribonukleosidtrifosfáty Transkript (mRNA) Templát Dvoušroubovice DNA Směr transkripce

  41. RNA-polymerasa katalyzuje připojování nukleotidů na 3'-konec rostoucího řetězce RNA za vzniku fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu. RNA je syntetizována ve směru 5' → 3'. Pro syntézu RNA je využívána energie vznikající hydrolýzou ribonukleosidtrifosfátu (ATP, UTP, GTP a CTP). Vznik fosfodiesterové vazby 5' 3'

  42. RNA-polymerasa Ribonukleosidtrifosfáty Templát pro syntézu RNA Rozvíjecí místo

  43. Transkripce 3' Spustit animaci Transkript 5' Ribonukleosidtrifosfát 5' 3' Templát 3' 5'

  44. Posttranskripční úpravy transkripce translace Protein mRNA (vznik v jádře, transport do cytoplasmy) Pre-mRNA (v jádře) DNA (v jádře) Posttranskripční úpravy RNA u eukaryot Transkripcí vzniká nejprve primární transkript (Pre-mRNA) neboli heterogenní jaderná RNA (hnRNA) Ta se před opuštěním z jádradále upravuje (podléhá posttranskripčním úpravám). Upravená mRNA je transportována do cytoplasmy a na ribosomech je překládána na proteiny (translace).

  45. Exony a introny • Eukaryotní DNA obsahuje: • kódující sekvence (tzv. exony) • nekódující sekvence (tzv. introny) • Sestřih(RNA splicing): • Introny z Pre-mRNA jsou odstraňovány „sestřihovými“ enzymy • exony jsou spojeny dohromady mRNA Exony Introny 2. Odštěpení intronů a spojení exonů 1. Přiblížení obou konců intronů

  46. Translace(druhý krok genové exprese: Od RNA k proteinu) Milada Teplá, Helena Klímová KUDCH, PřF UK v Praze 2013

  47. Genetický kód a kodon kodon G G C G A U C A U C U G G A A U A C G G C G A U C A U C U G G A A U A C Z funkční mRNA je informace použita pro syntézu proteinu. Genetický kód: pravidla, kterými se řídí přenos z DNA do aminokyselinové sekvence (prostřednictvím mRNA). V genetickém kódu platí konvence, že 5'-konec mRNA je zapisován vlevo! Sekvence nukleotidů mRNA je čtena po trojicích – po kodonech. mRNA 3' 5'

More Related