Exprese genu
RNDR. MICHAELA KLEMENTOVÁ; 2017/2
…..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
 = zdvojení DNA
 je proces tvorby kopií
molekuly DNA, čímž se genetická
informace přenáší z jedné
molekuly DNA (templát, matrice)
do jiné molekuly stejného typu
(tzv. replika)
 celý proces je semikonzervativní,
tzn. každá nově vzniklá molekula
DNA má jeden řetězec z původní
molekuly a jeden nový,
syntetizovaný
Replikace
 Celý proces probíhá semidiskontinuálně
– vedoucí řetězec se syntetizuje
kontinuálně, váznoucí řetězec se
syntetizuje diskontinuálně – Okazakiho
fragmenty
 dochází k řazení nukleotidů jeden
zadruhým, a to podle vzorové původní
molekuly DNA
 výsledkem tohoto řazení nukleotidů je
nakonec kompletní DNA daného
organizmu, v podstatě identická kopie
původní DNA
Replikace
Enzymy:
 DNA polymeráza, DNA primáza –
katalyzuje polymeraci
 DNA helikáza, DNA topoizomeráza,
DNA ligáza
 Iniciátorové a stabilizační enzymy
Replikace
 je v základních rysech stejná u všech
organizmů a obecně je možné její průběh
rozdělit do tří základních kroků:
 Iniciace – rozpletení dvoušroubovice DNA,
vznik replikační vidlice a navázání
enzymatického komplexu
 Elongace – přidávání nukleotidů a postup
replikační vidlice
 Terminace – ukončení replikace
Replikace
Iniciace
 začíná připojením primerů na specifických
místech – počátcích replikace
 Eukaryota – i několik tisíc replikačních
počátků
 Bakterie – jeden počátek
 Enzymatické rozvolnění vlákna mateřské
DNA
Replikace
Elongace
 DNA polymerázy provádí syntézu nových řetězců
Terminace
 Ukončení replikačního procesu
Replikace
 Bakterie – replikace má jeden nebo
několik set replikačních počáteků
(nukleoid – jedna kruhová DNA),
replikace probíhá v kruhu
 Eukaryota – více replikačních počátků,
složitější enzymatické děje
 Viry – popsaný proces využívají jen
některé viry, své modifikace
Replikace – replikační
aparát
Transkripce
 = „přepis“ z DNA do mRNA
 je proces, při němž je podle genetické
informace zapsané v řetězci DNA vyráběn
řetězec RNA.
 probíhá u všech známých organizmů včetně virů.
U bakterií se odehrává volně v cytoplazmě, u
některých vyšších organizmů (tzv. eukaryota
probíhá v buněčném jádře)
 V centru transkripce stojí enzym RNA polymeráza,
schopný podle vzoru v podobě DNA vyrábět
kopii v podobě RNA
Transkripce
 Nejdříve se rozplete dvoušroubovice DNA,
která se skládá z jednotlivých genů
 RNA polymeráza se naváže na začátek genu
a začne na nukleotidy DNA připojovat
komplementární nukleotidy RNA
 Když 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:
 Iniciace – rozvine
se dvoušroubovice DNA, začne se
vytvářet RNA za´účasti RNA polymerázy
 Elongace – prodlužování řetězce
 Terminace – ukončení transkripce a
uvolnění RNA molekuly; následuje
několik posttranskripčních úprav, které
ovšem nejsou součástí procesu
transkripce
Transkripce
Posttranskripční úpravy
 „Splicing“ …sestřih
 Spočívá ve vystřižení nekodujících částí = intronů z
původních vlákna a vlákno je dále tvořeno exony
= kodující část vlákna, která jsou k sobě
enzymaticky spojena
Translace
 = překlad
 Translace neboli proteosyntéza je
překlad nukleotidové sekvence mRNA
do sekvence aminokyselin proteinu
 Proces probíhá na ribosomech a
jednotlivé aminokyseliny jsou
zařazovány podle
pravidel genetického kódu
Translace
Genetický kod
 1. Tripletový - každá trojice bází kóduje
jednu aminokyselinu - tyto úseky na mRNA
se nazývají kodony
Translace
Genetický kod
 2. Degenerovaný - pro asi 20 aminokyselin
existuje mnohem více kódujících kodonů, z toho
plyne, že některé aminokyseliny jsou kódované
více triplety. Tato degenerace má své výhody například
pokud dojde k bodové mutaci
(substituci) na třetí pozici kodonu - je ve většině
případů zařazena stejná aminokyselina.
Translace
Genetický kod
 3. Univerzální - je platný pro všechny organismy na Zemi
(existují ale i výjimky - např. u genetického kódu lidských
mitochondrií)
 celkem jsou 4 báze, takže pro kombinaci máme celkem
4x4x4=64 možností
 triplet AUG - iniciační (zároveň kóduje methionin)
 triplety UAA, UAG a UGA - terminační, neboli beze smyslu.
Translace
Pro translaci jsou zapotřebí:
 RNA molekuly:
mRNA (informační) – nese informaci
o pořadí aminokyselin
rRNA (ribosomální) - stavební
jednotky ribosomu (kromě
proteinů)
tRNA (transferová) – přenašeč
aminokyselin při syntéze proteinů
na ribosomu
 enzymy podmiňující jednotlivé
reakce
(eIF, GTP, ATP, aminokyseliny atd.)
Translace
 u prokaryot:
 translace probíhá současně s transkripcí → tedy na jednom
konci vznikající molekuly mRNA probíhá již translace a na
druhém pokračuje transkripce;
 u 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
 iniciační tRNA (zvláštní tRNA přenášející AMK Methionin:
Met-tRNAiMet), GTP (potřebný zdroj energie)…
 komplex je navázán na malou
podjednotku (40S) ribosomu;
 k této malé podjednotce ribosomu připojena
molekula mRNA
 za 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;
 vzniklý komplex je následně spojen s větší
podjednotkou ribosomu za pomoci energie uvolněné
štěpením GTP
Translace
Elongace:
 celý 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:
 pak nastupuje další bílkovinný faktor (RF), který
hotový polypeptid uvolní z ribosomálního
komplexu.
 Klíčová slova: genová exprese,
replikace, transkripce, translace,
proteosyntéza, DNA-polymeráza, RNApolymeráza,
genetický kod a jeho
vlastnosti