Nzev koly Gymnzium Chomutov Mosteck 3000 pspvkov organizace

Název školy: Gymnázium, Chomutov, Mostecká 3000, příspěvková organizace Autor: Mgr. Daniela Čapounová Datum tvorby: 14. 4. 2013 Název: VY_32_INOVACE_06 C_19_Proteosyntéza Téma: BIOCHEMIE – Proteosyntéza Číslo projektu: CZ. 1. 07/1. 5. 00/34. 0816

ANOTACE Materiál obsahuje výkladovou prezentaci pro 4. ročník čtyřletého gymnázia (nebo odpovídající ročníky víceletých gymnázií) k tématu „Proteosyntéza“. Pro větší názornost je vloženy odkazy na animace proteosyntézy. Součástí DUM je pracovní list / test, který lze využít pro samostatnou práci, domácí přípravu nebo ověření znalostí studentů při zkoušení. Test je včetně autorského řešení. Jsou zde realizovány mezipředmětové vztahy s biologií. Materiál je určen k interaktivní výuce. Použité zdroje (literární i webové) jsou uvedeny v seznamu citací na konci prezentace.

PROTEOSYNTÉZA = tvorba bílkovin - struktura bílkovin kódována geneticky – DNA - přepisuje se do m. RNA = TRANSKRIPCE - podle m. RNA je syntetizována vlastní bílkovina = TRANSLACE http: //webchemie. cz/proteosynteza. html - animace prosteosyntézy

Obr. 1

LOKALIZACE PROCESŮ PROTEOSYNTÉZY: - DNA – bezpečně uložena v jádře, jádro neopouští → transkripce (vznik m. RNA) – v jádře - m. RNA opouští jádro → translace probíhá v cytoplazmě na ribozomech - většina ribozomů je na endoplazmatickém retikulu, kde probíhají posttranslační úpravy bílkovin

Obr. 2

TRANSKRIPCE = přepis genetické informace z DNA do m. RNA - většinou se transkribuje jeden gen – slouží jako předpis pro vznik konkrétní m. RNA (→ konkrétní bílkoviny přesněji: a) u eukaryot - transkripcí vzniká premediátorová pre-m. RNA = hn. RNA (heterogenní jaderná) → posttranskripčně upravena na m. RNA b) bakteriální transkripce – prokaryota - přepisem z DNA vzniká přímo m. RNA (bez posttranskripčních úprav)

posttranskripční úpravy hn. RNA – v jádře, eukaryota: 1) hn. RNA obsahuje: - kódující úseky = exony - nekódující úseky = introny → ty jsou vystříhány (splicing) 2) na 5‘ konci přidána „čepička“ (= RNA capping) 3) na 3‘ konci přidáno několik set adeninů (polyadenylace, usnadnění transportu přes karyotéku + ochrana před endonukleázami → vznik m. RNA

Obr. 3

- transkripce řízena enzymy – RNA-polymerázy - probíhá ve směru 5‘ → 3‘ - pro vznik hn. RNA (m. RNA) – RNA-polymeráza II - pro vznik t. RNA – RNA-polymeráza III - pro vznik r. RNA – RNA-polymeráza I - při přepisu DNA platí komplementarita bází NK: - A – T - C – G (v molekule RNA je místo T zařazen U !!)

Upravená m. RNA opouští jádro → na ribozomy – zde TRANSLACE - = vlastní tvorba bílkoviny - = překlad sekvence nukleotidů m. RNA do sekvence AMK v primární struktuře proteinu Pro translaci je potřeba: - m. RNA - t. RNA (z cytoplazmy) - enzymy katalyzující jednotlivé reakce

Translace probíhá na RIBOZOMECH: - volné ribozomy – zde vznik proteinů pro potřeby buňky (zůstanou uvnitř) - ribozomy na ER – zde vzniklé proteiny transportovány mimo buňku - na jednom vlákně m. RNA obvykle seřazeno více ribozomů → tvoří POLYZOM - rychlost translace – asi 40 AMK / s - malá pravděpodobnost chyb (méně než 1%)

S – Svedbergova sedimentační jednotka STRUKTURA RIBOZOMU: 1 – velká podjednotka (40 S) 2 – malá podjednotka (60 S) - dohromady mají 80 S (dáno výslednou strukturou) Obr. 4 Ribozom složen z r. RNA (tvorba v jadérku) a proteinů

fáze translace: - iniciace - elongace = prodlužování řetězce bílkoviny - terminace http: //webchemie. cz/proteosynteza. html - animace prosteosyntézy - před iniciací musí být aktivovány AMK (spotřeba ATP) - aktivované AMK jsou připojeny na 3‘ konec své t. RNA

Struktura t. RNA – jetelový trojlístek: - t. RNA vzniká transkripcí genů roztroušených na různých místech genomu polymerázou III - primární transkript je sestřihem intronů upraven na definitivní t. RNA Obr. 5

Iniciace: - uplatňuje se řada eukaryotních iniciačních faktorů (e. IF, označeny čísly) - translace zahájena spojením: - iniciační t. RNA (nese Met) - e. IF 2 - GTP (zdroj E) SLED DĚJŮ: - tento kompex se naváže na malou podjednotku ribozomu - pak se k malé podjednotce připojí m. RNA (účast dalších e. IF) - m. RNA se posunuje po podjednotce (E z ATP), dokud nenarazí na AUG triplet (kóduje Met) - dojde k otevření čtecího rámce (mechanismus zajišťující čtení bází po trojicích) - spojení s velkou podjednotkou → zahájení translace

Elongace: - na ribozomu rozlišujeme: - P-místo – vazebné místo pro t. RNA nesoucí vznikající peptid - A-místo – vazebné místo pro t. RNA nesoucí další AMK SLED DĚJŮ: - t. RNA nesoucí AMK 1 je v P-místě, t. RNA s další AMK 2 je v A-místě - mezi oběma AMK se tvoří peptidová vazba - AMK 1 je uvolněna ze své t. RNA - t. RNA s AMK 2 se posune do P-místa, do A-místa přichází další t. RNA s AMK 3

Terminace: - elongace probíhá do doby, než je na molekule m. RNA nalezen některý ze stop-kodonů = terminační kodon - UAA, UAG, UGA - nekóduje žádnou AMK - je signálem pro nástup bílkovinného faktoru RF → ten uvolní vzniklý polypeptid z ribozomu Průběh translace – animace: http: //www. wikiskripta. eu/index. php/Soubor: Translation. gif - většina proteinů transportována do prostoru ER, kde probíhají posttranslační úpravy (odstranění prvního Met a signální sekvence, další štěpení polypetidu – př. inzulin) Inzulin vzniká jako preproinzulin, v prostoru ER je odštěpena signální sekvence → proinzulin, z něj je vyštěpen úsek o délce 31 AMK (C-peptid) + spojení řetězců A a B do konečné podoby disulfidickými můstky → vzniká inzulin

PRACOVNÍ LIST / TEST Téma: PROTEOSYNTÉZA 1) Vysvětlete pojem komplementarita bází. Jaké báze v DNA kódují pořadí AMK ve struktuře bílkovin? Jaké báze se uplatňují v RNA? 2) Transkripce je: a. přepis struktury DNA do struktury RNA b. přepis struktury RNA do struktury DNA c. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu DNA d. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu m. RNA. 3) Procesy transkripce jsou lokalizovány: a. v cytoplazmě b. v endoplazmatickém retikulu c. v mitochonriální matrix d. v jádře

4) Genetická informace buňky je uložena: a. v molekulách bílkovin b. v molekule m. RNA c. v molekule DNA d. v ribozomech 5) Vyberte správné tvrzení: a. Ribozomy prokaryot a eukaryot jsou shodné / rozdílné. b. Transkripcí eukaryotické DNA vzniká / nevzniká finální m. RNA. c. Ribozomy jsou tvořeny RNA / bílkovinami / RNA i bílkovinami. d. Ribozomy se uplatňují při translaci / transkripci / replikaci. e. První AMK vznikajícího polypeptidu je vždy Met / Ala / Phe. f. Terminační kodony na m. RNA začínají vždy guaninem / uracylem. 6) Kde probíhají posttranskripční úpravy molekuly RNA?

7) Jaký je rozdíl mezi činností volných ribozomů a ribozomů vázaných na endoplazmatickém retikulu? 8) Jednoduše popište strukturu a funkci t. RNA. Kde t. RNA vzniká a jaký enzym se při jejím vzniku uplatňuje? 9) Vyjmenujte 3 fáze translace. 10) Vysvětlete pojem exony a introny. Na jakém typu nukleové kyseliny se vyskytují? 11) Jaké posttrnaskripční úpravy se uplatňují u eukaryot?

PRACOVNÍ LIST / TEST Téma: PROTEOSYNTÉZA - ŘEŠENÍ 1) Vysvětlete pojem komplementarita bází. Jaké báze v DNA kódují pořadí AMK ve struktuře bílkovin? Jaké báze se uplatňují v RNA? - 2) způsob, jakým jsou dusíkaté báze v DNA spojovány do dvojic. Zajišťuje správnost replikace DNA i přepisování DNA do struktury RNA A – T (U), C – G; v DNA se uplatňují A, T, C, G, v RNA je T nahrazen U Transkripce je: a. přepis struktury DNA do struktury RNA b. přepis struktury RNA do struktury DNA c. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu DNA d. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu m. RNA. 3) Procesy transkripce jsou lokalizovány: a. v cytoplazmě b. v endoplazmatickém retikulu c. v mitochonriální matrix d. v jádře

4) Genetická informace buňky je uložena: a. v molekulách bílkovin b. v molekule m. RNA c. v molekule DNA d. v ribozomech 5) Vyberte správné tvrzení: a. Ribozomy prokaryot a eukaryot jsou shodné / rozdílné. b. Transkripcí eukaryotické DNA vzniká / nevzniká finální m. RNA. c. Ribozomy jsou tvořeny RNA / bílkovinami / RNA i bílkovinami. d. Ribozomy se uplatňují při translaci / transkripci / replikaci. e. První AMK vznikajícího polypeptidu je vždy Met / Ala / Phe. f. Terminační kodony na m. RNA začínají vždy guaninem / uracylem. 6) Kde probíhají posttranskripční úpravy molekuly RNA? - v jádře buňky

7) Jaký je rozdíl mezi činností volných ribozomů a ribozomů vázaných na endoplazmatickém retikulu? - bílkoviny vzniklé na volných ribozomech jsou určeny pro potřeby buňky, na ribozomech vázaných na endplazmatickém retikulu vznikají bílkoviny určené „na export“. 8) Jednoduše popište strukturu a funkci t. RNA. Kde t. RNA vzniká a jaký enzym se při jejím vzniku uplatňuje? - struktura jetelového trojlístku, transportují AMK na místo proteosyntézy (na ribozom), t. RNA vzinkají v jádře transkripcí genů roztroušených v různých částech genomu za účasti RNA-polymerázy III. 9) Vyjmenujte 3 fáze translace. - iniciace, elongace, terminace 10) Vysvětlete pojem exony a introny. Na jakém typu nukleové kyseliny se vyskytují? - exony – části hn. RNA kódující strukturu bílkovin, introny – nekódující úseky hn. RNA 11) Jaké posttrnaskripční úpravy se uplatňují u eukaryot? - vystřižení intronů ze struktury hn. RNA, připojení „čepičky, polyadenylace na konci řetězce → úpravami vzniká m. RNA

1, 2 – archiv autora 3 - prof. MUDr. ŠTÍPEK, Stanislav Dr. Sc. www. wikiskripta. eu [online]. [cit. 14. 4. 2013]. Dostupný na WWW: http: //www. wikiskripta. eu/index. php/Soubor: %C 3%9 Aprava_prem. RNA_eukaryot. png 4 – original uploader: Smiles. ALot. T at en. wikipedia. www. wikiskripta. eu [online]. [cit. 14. 4. 2013]. Dostupný na WWW: http: //www. wikiskripta. eu/index. php/Soubor: Ribosome_structure_fix ed. png 5 - PROF. MUDR ŠTÍPEK, Stanislav Drsc. www. wikiskripta. eu [online]. [cit. 14. 4. 2013]. Dostupný na WWW: http: //www. wikiskripta. eu/index. php/Soubor: Struktura_t. RNA. png

Literatura: VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. 2. vydání. Praha: Academia, 1999, ISBN 80 -200 -0438 -6. ABERTS, Bruce; BRAY, Dennis; JOHNSON, Alexander a kol. Základy buněčné biologie - úvod do molekulární biologie buňky. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1998, ISBN 80 -902906 -0 -4. ČÁRSKY, Jozef; KOPŘIVA, Jaroslav a kol. Chemie pro 3. ročník gymnázií. Praha: SPN, 1986, ISBN 14 -414 -86. LEDVINA, Miroslav a kol. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009, ISBN 978 -80246 -1416 -8.