Exprese genu RNDR. MICHAELA KLEMENTOVÁ; 2018/2 …..JE VYJÁDŘENÍ INFORMACE OBSAŽENÉ V GENU (DNA) DO BÍLKOVINNÉ STRUKTURY Centrální dogma molekulární biologie Přenos genetické informace v živých organismech vždy DNA RNA protein Replikace l= zdvojení DNA lje proces tvorby kopií molekuly DNA, čímž se genetická informace přenáší z jedné molekuly DNA (templát, matrice) do jiné molekuly stejného typu (tzv. replika) lcelý proces je semikonzervativní, tzn. každá nově vzniklá molekula DNA má jeden řetězec z původní molekuly a jeden nový, syntetizovaný Replikace lCelý proces probíhá semidiskontinuálně – vedoucí řetězec se syntetizuje kontinuálně, váznoucí řetězec se syntetizuje diskontinuálně – Okazakiho fragmenty ldochází k řazení nukleotidů jeden za druhým, a to podle vzorové původní molekuly DNA lvýsledkem tohoto řazení nukleotidů je nakonec kompletní DNA daného organizmu, v podstatě identická kopie původní DNA Replikace Enzymy: uDNA polymeráza, DNA primáza – katalyzuje polymeraci uDNA helikáza, DNA topoizomeráza, DNA ligáza uIniciátorové a stabilizační enzymy Replikace lje v základních rysech stejná u všech organizmů a obecně je možné její průběh rozdělit do tří základních kroků: lIniciace – rozpletení dvoušroubovice DNA, vznik replikační vidlice a navázání enzymatického komplexu lElongace – přidávání nukleotidů a postup replikační vidlice lTerminace – ukončení replikace Replikace Iniciace lzačíná připojením primerů na specifických místech – počátcích replikace lEukaryota – i několik tisíc replikačních počátků lBakterie – jeden počátek lEnzymatické rozvolnění vlákna mateřské DNA Replikace Elongace lDNA polymerázy provádí syntézu nových řetězců Terminace lUkončení replikačního procesu Replikace lBakterie – replikace má jeden nebo několik set replikačních počáteků (nukleoid – jedna kruhová DNA), replikace probíhá v kruhu lEukaryota – více replikačních počátků, složitější enzymatické děje lViry – popsaný proces využívají jen některé viry, své modifikace Replikace – replikační aparát Transkripce l= „přepis“ z DNA do mRNA lje proces, při němž je podle genetické informace zapsané v řetězci DNA vyráběn řetězec RNA. lprobíhá u všech známých organizmů včetně virů. U bakterií se odehrává volně v cytoplazmě, u některých vyšších organizmů (tzv. eukaryota probíhá v buněčném jádře) lV centru transkripce stojí enzym RNA polymeráza, schopný podle vzoru v podobě DNA vyrábět kopii v podobě RNA Transkripce lNejdříve se rozplete dvoušroubovice DNA, která se skládá z jednotlivých genů lRNA polymeráza se naváže na začátek genu a začne na nukleotidy DNA připojovat komplementární nukleotidy RNA lKdyž se do mRNA přepíše celý gen, jednořetězcová lineární molekula mRNA se odpojí a v typickém případě putuje k ribozomu, kde z ní v procesu translace vzniká bílkovina. Transkripce Fáze: uIniciace – rozvine se dvoušroubovice DNA, začne se vytvářet RNA za´účasti RNA polymerázy uElongace – prodlužování řetězce uTerminace – ukončení transkripce a uvolnění RNA molekuly; následuje několik posttranskripčních úprav, které ovšem nejsou součástí procesu transkripce Transkripce Posttranskripční úpravy u„Splicing“ …sestřih uSpočívá ve vystřižení nekodujících částí = intronů z původních vlákna a vlákno je dále tvořeno exony = kodující část vlákna, která jsou k sobě enzymaticky spojena Translace l= překlad lTranslace neboli proteosyntéza je překlad nukleotidové sekvence mRNA do sekvence aminokyselin proteinu lProces probíhá na ribosomech a jednotlivé aminokyseliny jsou zařazovány podle pravidel genetického kódu Translace Translace Translace Translace Pro translaci jsou zapotřebí: uRNA molekuly: mRNA (informační) – nese informaci o pořadí aminokyselin rRNA (ribosomální) - stavební jednotky ribosomu (kromě proteinů) tRNA (transferová) – přenašeč aminokyselin při syntéze proteinů na ribosomu uenzymy podmiňující jednotlivé reakce (eIF, GTP, ATP, aminokyseliny atd.) Translace lu prokaryot: -translace probíhá současně s transkripcí → tedy na jednom konci vznikající molekuly mRNA probíhá již translace a na druhém pokračuje transkripce; lu eukaryot: -transkripcí vzniká hnRNA (pre-mRNA) a následně dochází k posttranskripčním úpravám; -definitivní molekula mRNA je nejprve transportována z jádra do cytoplazmy pomocí transportních proteinů → pak teprve dochází na ribosomech k translaci; -proteiny, které vznikají na volných ribosomech, zůstanou pro buňku; -proteiny vzniklé na ribosomech endoplazmatického retikula pak buňka transportuje do extracelulárního prostoru. Translace Iniciace uiniciační tRNA (zvláštní tRNA přenášející AMK Methionin: Met-tRNAiMet), GTP (potřebný zdroj energie)… ukomplex je navázán na malou podjednotku (40S) ribosomu; uk této malé podjednotce ribosomu připojena molekula mRNA uza pomoci energie získané štěpením ATP se molekula mRNA posunuje po malé jednotce ribosomu tak dlouho, dokud nenarazí na první triplet AUG (triplet pro Met) → dojde k otevření čtecího rámce (mechanismus zajišťující čtení informace po trojicích basí mRNA) a zahájení translace; uvzniklý komplex je následně spojen s větší podjednotkou ribosomu za pomoci energie uvolněné štěpením GTP Translace Elongace: ucelý děj (systém kodon na mRNA – antikodon na tRNA) se opakuje až do doby, než je na molekule mRNA nalezen některý stop-kodon = terminační kodon (UAA, UAG, UGA); Terminace: upak nastupuje další bílkovinný faktor (RF), který hotový polypeptid uvolní z ribosomálního komplexu. lKlíčová slova: genová exprese, replikace, transkripce, translace, proteosyntéza, DNA-polymeráza, RNA-polymeráza, genetický kod a jeho vlastnosti