NUKLEOTIDY NUKLEOV KYSELINY SYNTZA PROTEIN Biochemick stav LF

NUKLEOTIDY NUKLEOVÉ KYSELINY SYNTÉZA PROTEINŮ © Biochemický ústav LF MU 2011 - (H. P. ) 1

NUKLEOVÉ KYSELINY NUKLEOTIDY NUKLEOSIDY BÁZE 2

Báze Pyrimidinové báze: odvozené od pyrimidinu Cytosin, Uracil, Thymin Purinové báze: odvozené od purinu Adenin, Guanin 3

Pyrimidinové báze Cytosin Uracil Thymin 4

Tautomerní formy – pyrimidinové báze laktim laktam (stabilnější) 5

Purinové báze Adenin Guanin 6

Další deriváty purinu Kyselina močová • konečný produkt metabolismu purinových bazí organismu u člověka • málo rozpustná • patologické stavy - zvýšená konc. kyseliny močové: ukládání do kloubů a tkání (dna) tvorba močových kamenů • endogenní antioxidant 7

Poruchy metabolismu kyseliny močové Patologické stavy : • dna - zvýšená produkce kyseliny močové - ukládání krystalů kyseliny močové do kloubů a tkání • zvýšená koncentrace kys. močové – vede k tvorbě močových kamenů Terapie: • allopurinol (a jeho metabolity)– inhibitor xanthinoxidasy • nízkopurinová dieta allopurinol 8

Obsah purinů v potravinách Vysoký obsah purinů mg/100 g Nízký obsah purinů mg/100 g Sardinky 120 Chléb 14 Kapr 54 Ořechy 10 Vepřové maso 48 Brambory 6 Játra 95 Vejce 4 Luštěniny 50 -70 Rajčata 1 Kakao-prášek 1900 Jablka 1 9

Nukleosidy Dusíkatá báze + sacharid (ribosa, 2 -deoxyribosa) N-glykosidová vazba báze N-glykosidová vazba monosacharid 10

Názvosloví nukleosidů Obsahující purinovou bázi: ……- osin deoxy……- osin (ribosa) (deoxyribosa) Obsahující pyrimidinovou bázi: ……- idin deoxy……- idin (ribosa) (deoxyribosa) 11

Purinové nukleosidy adenosin deoxyadenosin guanosin deoxyguanosin 12

Pyrimidinové nukleosidy uridin deoxyuridin cytidin thymidin (deoxythymidin) deoxycytidin 13

Syntetické nukleosidy • využití v léčbě některých onemocnění Azidothymidin (AZT) : léčba HIV N 3 14

Nukleotidy Nukleosid + kyselina fosforečná esterová vazba báze fosfát N - glykosidová vazba esterová vazba monosacharid 15

Příklad nukleotidu AMP adenosin-5´-monofosfát 16

Názvosloví nukleotidů Nukleosid - 5´ - mono (di, tri)fosfát Báze Nukleosid Nukleotid adenin adenosin (A) adenosin-5´-monofosfát AMP guanin guanosin (G) guanosin-5´-monofosfát GMP cytosin cytidin (C) cytidin-5´-monofosfát CMP uracil uridin (U) uridin-5´-monofosfát UMP thymin thymidin (d. T) thymidin-5´-monofosfát d. TMP 17

c-AMP : cyklický adenosin-3´, 5 -´monofosfát • „druhý posel“ • zprostředkovává účinek hormonů 18

ATP: adenosin -5´-trifosfát • zdroj energie, zásoba energie • vznik - aerobní fosforylace 19

NAD+ : nikotinamidadenindinukleotid koenzym oxidačně redukčních reakcí přenos vodíku 20

FAD : flavinadenindinukleotid koenzym oxidačně redukčních reakcí přenos vodíku 21

Nukleotidy v metabolismu • STAVEBNÍ JEDNOTKY NUKLEOVÝCH KYSELIN • ATP makroergní sloučenina, zásoba energie • c-AMP , (c-GMP) zprostředkuje účinek hormonů nebo neurotransmiterů „druhý posel“ • UTP , CTP biosyntéza cukerných derivátů a lipidů • koenzymy NAD+ , FAD 22

Nukleové kyseliny • biopolymery • polynukleotidy - až miliony nukleotidů • funkce: - při rozmnožování - při přenosu genetické informace - při proteosyntéze 23

Lineární řetězec polynukleotidů 3´, 5´-fosfodiesterová vazba 5´-konec 3´-konec 5´-konec 3´-konec 24

báze P 5´- konec báze pentosa P pentosa báze P pentosa Pořadí bází ! 3´- konec P 25

Rozdělení nukleových kyselin DNA RNA deoxyribosa adenin, guanin, cytosin thymin uracil 26

DNA Nositel genetické informace • genetická informace – informace o syntéze všech proteinů v buňce • strukturní gen - informace o syntéze jedné bílkoviny • genom - soubor všech genů 27

Genom Kompletní genetická informace 2003: objasnění celého genomu 2003 -dosud: postgenomová éra ……porovnání množství informace…… 28

Výskyt DNA • v jádře obsahuje asi 3 x 109 nukleotidů – délka asi 1, 5 m ve formě chromatinu - molekuly DNA jsou asociovány s histony • v mitochondrii 29

Struktura DNA • dvouvláknová • 2 komplementární řetězce • vodíkové vazby A T G C • dvojitá pravotočivá šroubovice 30

Párování bází ADENIN THYMIN 2 vodíkové vazby 31

Párování bází GUANIN CYTOSIN 3 vodíkové vazby 32

Komplementární řetězce P P deoxyribosa adenin thymin deoxyribosa P P deoxyribosa thymin adenin deoxyribosa P guanin cytosin P deoxyribosa P cytosin guanin P deoxyribosa P thymin adenin deoxyribosa 33

Model DNA Watson a Crick 1953 1962 Nobelova cena (Watson, Crick, Wilkins) James D. Watson Pravotočivá šroubovice 34

Jak vznikala představa a model DNA ? James D. Watson Francis Crick Náčrt modelu (F. Crick) Maurice Wilkins Model – r. 1953 (Crick-Watson) Současný prostorový model 35

Jak je genetická informace zapsána ve struktuře DNA ? sekvence bází čtyřpísmenná abeceda Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin Různé příklady lineárních zápisů: objevení struktury DNA patří k…. ♪♫♫♫♪♪♪♫♪ • −− • • TTCGAGCGTAACCTA 36

Sekvence bází v DNA určuje sekvenci aminokyselin v proteinu triplet bází - kóduje jednu aminokyselinu 37

Princip uchování genetické informace • Genetická informace dána sekvencí bází • Párování bází – komplementarita bází při dělení buněk probíhá replikace DNA, dochází k přenosu genetické informace 38

Replikace proces vytvoření komplementárního nového vlákna DNA k původnímu vláknu DNA Buňka kopíruje celý svůj genom Replikace-zdvojování: • rozvinutí šroubovice • tvorba nových řetězců k původním řetězcům podle principu komplementarity • vznikají dvě totožné dvouřetězové DNA 39

RNA • jednořetězové • kratší než DNA • složení: ribosa A, G, C, U různé modifikované báze • vznik RNA - proces transkripce 40

Transkripce vznik RNA podle DNA tvorba RNA přepisováním určitých úseků DNA podle principu komplementarity bází Transkripce: • přepisuje se jedno vlákno DNA • úprava RNA enzymovým štěpením a sestřihem 41

Rozdělení RNA Mediátorová RNA - m. RNA Transferová RNA - t. RNA Ribosomová RNA - r. RNA 42

Mediátorová RNA m. RNA Informační, messenger Význam: • přenos genetické informace z jádra do cytoplasmy na místo syntézy bílkovin Úloha m. RNA: • slouží jako matrice pro syntézu polypeptidového řetězce 43

Charakteristika m. RNA • specifické m. RNA vznikají podle vlákna DNA (proces transkripce) kopie strukturního genu • délka různá podle délky polynukletidového řetězce, který se bude syntetizovat • krátká životnost 44

Kodon Nukleotidová sekvence m. RNA udává pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci Každá aminokyselina má svoji sekvenci 3 bazí - triplet Kodon - triplet - sekvence 3 bází 45

Genetický kód Počet bází - 4 a počet AK - 20 Ze čtyř bazí se tvoří triplety 61 kódujících tripletů 61 kodonů - značí aminokyseliny 3 kodony - terminační signály (signál k ukončení syntézy -terminace) Degenerovaný kód - každá aminokyselina kódována větším počtem tripletů Příklady: Stop: UAA Threonin: ACC ACA ACG ACU 46

Transferová RNA t. RNA Význam: • účastní se procesu translace (syntézy bílkovin) na ribozomech Úloha t-RNA: • aminokyseliny: - navazuje - přenáší - zařazuje do polypeptidového řetězce 47

Translace = překlad genetické informace z m. RNA do sekvence aminokyselin v polypeptidovém řetězci syntéza bílkoviny • probíhá v endoplasmatickém retikulu na ribozomech 48

Charakteristika t. RNA • nejmenší typ RNA desítky nukleotidů • v buňce kolem 60 různých t. RNA • specifita t. RNA k aminokyselinám 49

Struktura t. RNA Jetelový list • raménka Vazba aminokyseliny • místo vazby aminokyseliny • antikodon ANTIKODON • váže se na kodon v m. RNA (komplementárně) antikodon 50

Struktura t. RNA připojená AMK 5´-konec 3´-konec D-smyčka T-smyčka antikodon 51

Ribosomová RNA r. RNA Význam: • strukturní součást ribozomů ribozomy- místo syntézy polypeptidových řetězců 52

Struktura ribosomu • dvě podjednotky • ribosomální proteiny ribosomální RNA velká podjednotka malá podjednotka 53

Charakteristika r. RNA • nejrozšířenější typ RNA v buňce • několik typů - odlišují se velikostí a složením bází - charakterizují se podle S (sedimentační konstanty) 54

Syntéza bílkovin - proteosyntéza Konečný děj exprese genetické informace transkripce DNA Jádro translace RNA Cytoplasma (ribozomy) proteiny 55

Tvorba aminoacyl-t. RNA Pro translaci je třeba t. RNA s navázanými AK • aktivace volné AK pomocí ATP • přenos aktivované AK na t. RNA t-RNA • vznik aminoacyl-t. RNA adenin ribosa antikodon AK aminoacyl-t. RNA 56

Fáze translace • iniciace: tvorba iniciačního komplexu • elongace: prodlužování polypeptidového řetězce • terminace: ukončení syntézy 57

Translace - iniciace tvorba iniciačního komplexu • první AK = Met • menší ribozomální podjednotka, GTP, m. RNA, větší ribozomální podjednotka • P místo Met Větší ribozomální podjednotka : vazba první AK UAC AUG Menší ribozomální podjednotka m. RNA 58

Translace - elongace • druhá AK (či další AK) • P místo : vazba první AK • A místo : vazba druhé (další) AK Met UAC AUG AK 2 GUG CAC m. RNA 59

místo Translace - elongace Met AK 2 UAC P A Met AK 2 POSUN UAC GGA AUG CCU CAC GGA AUG CCU • první AK v místě P • vazba druhé AK do místa A Met • odštěpení Met z t-RNA a přenos na AK 2 (v místě A) • vznik peptidové vazby (peptidyl-t. RNA v místě A) • odštěpení t-RNA z místa P • translokace - posun ribozomu o jeden triplet AUG • důsledek translokace: peptidyl-t. RNA v místě P místo A volné • vazba třetí AK do místa A • …. a opakování…. . AK 2 CAC AK 3 GUG GGA GUG CCU CAC 60

Translace - elongace • v průběhu elongace se ribozom postupně posouvá po m. RNA a peptid roste • P místo : vazba první AK (Met) místo vazby vznikajícího peptidu Met AK 2 AK 3 AK 4 AK 5 • A místo AK 6 : vazba další AK GUG m. RNA CAC GUU CAA 61

Translace - terminace • ukončení elongace pokud se na m. RNA se objeví terminační kodon • terminační kodon : specifická sekvence bazí (UAA, UGA, UAG) • uvolnění polypeptidového řetězce z vazby na poslední t-RNA 62

Postranslační úpravy • syntéza proteinů: lokalizace - ribozomy vázané na endoplasmatickém retikulu - ribozomy volné • postranslační úpravy proteinů: modifikace - zkracování, glykosylace, fosforylace lokalizace - endoplasmatické retikulum 63