C 5720 Biochemie 17 Nukleov kyseliny a proteosyntza

C 5720 Biochemie 17 -Nukleové kyseliny a proteosyntéza Petr Zbořil 11/26/2020 1

Obsah • Syntéza a odbourání bazí. • Degradace a syntéza NK. Fosfodiesterasy, palindrom, restrikční endonukleasy. • Replikace DNA, replikační vidlička, DNA polymerasa. • Transkripce DNA a její faktory, vznik m. RNA. • Genetický kód, translace, funkce t. RNA a ribosomů. • Posttranslační modifikace, transport. Petr Zbořil 11/26/2020 2

Syntéza bazí NK • Schematické znázornění syntézy purinových a pyrimidinových bazí Petr Zbořil 11/26/2020 3

Syntéza bazí NK • Schematické znázornění syntézy purinových a pyrimidinových bazí Petr Zbořil 11/26/2020 4

Syntéza purinových bazí • 1. část • P-Rib-amin o z P-Rib-PP Petr Zbořil 11/26/2020 5

Syntéza purinových bazí • 2. část IMP Petr Zbořil 11/26/2020 6

Syntéza purinových bazí • 3. modifikace IMP o Adenylsukcinát syntetasa + lyasa – eliminace NH 3 o Xantylát: glutaminotransferasa (předchází monooxygenace) Petr Zbořil 11/26/2020 7

Syntéza pyrimidinových bazí • 1. vznik orotátu o Karbamoylfosfátsyntetasa II, Gln donorem NH 2 -skupiny Petr Zbořil 11/26/2020 8

Karbamoylfosfátsyntetasa II Footer Text 11/26/2020 9

Syntéza pyrimidinových bazí 2. vznik UMP Petr Zbořil 11/26/2020 10

Syntéza pyrimidinových bazí • 3. vznik CTP Petr Zbořil 11/26/2020 11

Syntéza pyrimidinových bazí • 4. vznik d. TMP o Nejprve d. UMP o Tymidylátsyntasa – inhibice 5 -fluorouracilem (antimetabolity) o Metylace pomocí metylen. THF – inhibice redukce DHF methotrexatem aj. Petr Zbořil 11/26/2020 12

Vznik deoxyribonukleotidů • Redukce NDP nebo NTP • Ribonukleotid reduktasa – 3 typy o NADPH o Radikálové intermediární stavy (-S, oxyfenyl, kov) Petr Zbořil 11/26/2020 13

NADPH – redukce –S – prostředník thioredoxin 14

Inhibitory syntézy thyminu Footer Text 11/26/2020 15

Redukce DHF Footer Text 11/26/2020 16

Inhibice FU Footer Text 11/26/2020 17

Regulace syntézy • Zpětnovazebné inhibice o Pyrimidiny – allosterická inhibice aspartáttranskarbamoylasy produktem o Puriny – produkty na více místech Footer Text 11/26/2020 18

Odbourání bazí • Pyrimidinové o Obrat syntézy, produkce -Ala (ev. metylderivát), CO 2 a NH 4+ • Purinové o Kys. močová, problémy • Další přeměny – alantoin, močovina Petr Zbořil 11/26/2020 19

Štěpení NK • Hydrolýza fosfodiesterové vazby • Hydrolázy, podskupina fosfodiesteráz (3. 1. 4) • Dělení o Podle substrátu • Dnasy • RNasy o Podle místa štěpení • Endonukleasy • Exonukleasy o Podle výskytu • Extracelulární – trávicí trakt(duodenální šťáva) – hydrolýza NK vpotravě • Intracelulární – metabolismus NK uvnitř buňky • Kombinované aktivity – DNA polymerasy o 3‘ a 5‘-exonukleasové aktivity – opravné, degradace primerů • Zvláštní typy u mikroorganizmů o Restrikční endonukleázy – specificita k palindromům Petr Zbořil 11/26/2020 20

Obecná role NK • Přenos a realizace genetické informace • Chemické procesy vtransformaci genetické informace • – uchovávání a přenos o replikace • – realizace o o Syntéza proteinů Jejich funkce, aktivita atd. • Centrální dogma Petr Zbořil 11/26/2020 21

Replikace DNA • Uchování informace • Přenos na potomstvo • Semikonzervativní způsob Petr Zbořil 11/26/2020 22

Replikace DNA • Syntéza nového řetězce o Materiál a energie – d. NTP o Informace – templát o Výkonný aparát – DNA polymerasa (III) • Komplementarita bazí o Kontrola enzymem, ev. hydrolýza Petr Zbořil 11/26/2020 23

Replikace DNA • Tvorba fosfodiesterové vazby o Funkce primeru Footer Text 11/26/2020 24

Eukaryontní proces • Replikační vidlička • Směr syntézy o problém Footer Text 11/26/2020 25

Eukaryontní proces • Nutnost RNA-primeru Footer Text 11/26/2020 26

Eukaryontní proces • Směr syntézy o Vedoucí a opožděné vlákno o Okazakiho fragmenty Footer Text 11/26/2020 27

Eukaryontní proces • Replikační vidlička o Schema kroků replikace Footer Text 11/26/2020 28

Prokaryontní proces • Problém rozvíjení o Několik mechanizmů o Rozštěpení 1 vlákna Footer Text 11/26/2020 29

Transkripce • Přepis příslušného úseku DNA o Výběr informace o Způsob záznamu informace stejný jako v DNA • Syntéza RNA o Zejména m. RNA – využití informace v dalších krocích – translace o Další typy RNA – zde končí • Chemický popis o Analogické replikaci – fosfodiester o Netřeba primeru Footer Text 11/26/2020 30

Transkripce • Schéma tvorby RNA o Primer zde značí předchozí úsek Footer Text 11/26/2020 31

Transkripce • RNA-polymerasa - transkriptasa o Podjednotky různých funkcí o Rozpoznání počátku – startovní nukleotid o Rozvinutí DNA na potřebnou dobu Footer Text 11/26/2020 32

Transkripce • Informační úseky – startovní báze +1 o Typické sekvence pro- a eukaryontů Footer Text 11/26/2020 33

Transkripce • Začátek o Rozpoznání o Sestavení RNA polymerasy Footer Text 11/26/2020 34

Transkripce • Úprava vytvořené RNA o Eukaryontní DNA – exony, introny • všeobecně – ca 3% kódujících sekvencí (tj. i mimo geny) o Důvod a význam intronů • relikt • využití pro jiné bílkoviny (modifikace – Ig volné a membránové) • více bílkovin než genů o Příklad - gen kódující sekvenci β-podjednotky Hb Footer Text 11/26/2020 35

Transkripce • Sestřih m. RNA – β-podjednotka Hb o Primární transkript o Sestřih o Další úpravy • Čepička • Ocas Footer Text 11/26/2020 36

Transkripce • Sestřih m. RNA o Primární transkript , sestřih – spliceasom, úloha sn. RNA – rozpoznání + excise o Další úpravy • Čepička • Ocas Footer Text 11/26/2020 37

Translace • Překlad informačního kódu o Sekvence bazí – sekvence aminoacylů o Určující vztahy – genetický kód • Syntéza polypeptidového řetězce o Nascentní bílkovina – další úpravy • Požadavky o Materiál – AK o Energie – ATP (GTP) o Informace – m. RNA • Realizace překladu – t. RNA o Výkonný aparát • Ribozomy (výjimky) • Pomocné faktory • Etapy o Iniciace o Elongace o Terminace Footer Text 11/26/2020 38

Translace Genetický kód Tabulka platí pro m-RNA Footer Text 11/26/2020 39

Translace Přípravná fáze – syntéza aminoacyl-t. RNA AK + ATP = AK-AMP + PP AK-AMP + t. RNA = AK-t. RNA + AMP Aminoacyl-t. RNA syntetáza vysoká specificita pro každou AK a t. RNA – 60 různých rozpoznání reaktantů výstupní kontrola – ev. hydrolýza Footer Text 11/26/2020 40

Translace Přípravná fáze – syntéza aminoacyl-t. RNA Footer Text 11/26/2020 41

Translace • Počátek syntézy polypeptidového řetězce určuje triplet AUG kódující methionin (odlišně modifikovaný u prokaryontů a eukaryontů). Footer Text 11/26/2020 42

Translace • Iniciace o o Účast faktorů a GTP Met-t. RNA Ribozom t. RNA vybírá kodon Footer Text 11/26/2020 43

Translace • Elongace o Kodon vybírá AA-t. RNA Footer Text 11/26/2020 44

Translace • Elongace o o o Kodon vybírá AA-t. RNA Katalytická funkce r. RNA Transpeptidace Posun ribozomu Efektivní využití m. RNA – polyzom RER • Terminace o Stopkodon o Uvolňující faktor místo AA-t. RNA Footer Text 11/26/2020 45

Proteosyntéza • Srovnání proteosyntézy pro- a eukaryontů Footer Text 11/26/2020 46

Posttranslační modifikace • Soubor pochodů o upravujících nascentní bílkovinu do funkční formy o maturace bílkovin o Dodává potřebné vlastnosti. • Zahrnuje o Modifikace řetězce – chemické úpravy o Skládání řetězce – konformace o Transport – vedoucí sekvence, endoplasmatické retikulum, Golgiho systém • Typické reakce chemických modifikací o Oxidace o Vazba prostetických skupin o Parciální hydrolýza Footer Text 11/26/2020 47

Posttranslační modifikace • Oxidace o Tvorba disulfidových můstků - cystin o Takřka obecný pochod Footer Text 11/26/2020 48

Posttranslační modifikace • Oxidace o Modifikace lysinu a prolinu vkolagenu o Vnik nekódovaných AK Footer Text 11/26/2020 49

Posttranslační modifikace • Oxidace o Modifikace lysinu a prolinu vkolagenu o Funkce askorbátu Footer Text 11/26/2020 50

Posttranslační modifikace • Vazba prostetických skupin • Glykosylace – glykoproteiny o Poměrně obecná modifikace o Vazba N- (Asn) nebo O-glykosidická (Ser, Thr) • Hem o vázán koordinační vazbou pomocí Fe 2+ na His (hemoglobin) o nebo kovalentně pomocí vinylových skupin na zbytky Cys (cytochrom c). Footer Text 11/26/2020 51

Posttranslační modifikace • Vazba prostetických skupin • Fosforylace o Vratné modifikace • Kinasy a fosfatasy o Regulační efekt o Specificita Footer Text 11/26/2020 52

Posttranslační modifikace • Vazba prostetických skupin • Fosforylace Fosforylasa glykogenu je regulována fosforylací (fosforylasa kinasou) a defosforylací (fosfatasou). Vazba fosfátu na Ser 14 mění neaktivní fosforylasu b (dimer) na aktivní fosforylasu a (tetramer). Footer Text 11/26/2020 53

Posttranslační modifikace • Parciální hydrolýza o Odštěpení vedoucí sekvence o Proenzymy - zymogeny Úprava preproinsulinu Na insulin Footer Text 11/26/2020 54