Nukleové kyseliny

1. Atraktivní biologie Nukleové kyseliny

2. Osnova Atraktivní biologie • METABOLISMUS • Replikace • Průběh • Co to znamená 5´→ 3´ ? • Transkripce • Sestřih (exony a introny) • Význam • Translace • Popis tRNA • Popis ribozomu • Schéma • ÚVOD • RNA a DNA • Kde NK najdeme? • Jaký je význam NK? • Kdo objevil NK? • CHEMICKÉ SLOŽENÍ • Makromolekuly • Stavba nukleotidu • Nukleotid DNA • Nukleotid RNA • Komplementarita bází • Vazby v nukleotidu • Struktury NK (prim., sek., terc.) • Typy RNA a DNA • Co je to nukleosid?

3. RNA a DNA Atraktivní biologie přírodní – vyskytují se a vznikají v přírodě makromolekulární – skládají se z velkého množství molekul látky • rozlišujeme dva druhy nukleových kyselin: RNA DNA Nukleové kyseliny jsou:

4. Kde je najdeme? Atraktivní biologie JADÉRKO CYTOPLAZMA JÁDRO • DNA: • jádro • mitochondrie • chloroplasty • RNA: • jadérko • cytoplazma • ribozómy RIBOZÓM MITOCHONDRIE NK najdeme prakticky ve všech buňkách, dokonce i ve virech CHLOROPLAST

5. Význam NK Atraktivní biologie DNA slouží k uchovávání genetické informace a jejímu přenosu z generace na generaci. „DNA zajistí, že se člověku narodí člověk a šimpanzovi šimpanz.“ RNA slouží k realizaci genetické informace. RNA se uplatňuje při vzniku různých bílkovin. Význam NK souvisí s genetickou informací

6. Objevy spojené s NK Atraktivní biologie OBJEV: 1953 FRANCIS CRICK NOBELOVA CENA: 1962 JAMES WATSON Nukleové kyseliny byly objeveny v roce 1868, načež koncem 19.století se je podařilo úspěšně izolovat Jejich strukturu objevili v roce 1953 JamesWatson a FrancisCrick

7. Makromolekuly Atraktivní biologie DNA DNA se v přírodě vyskytuje v podobě dvoušroubovice. RNA RNA nejčastěji najdeme jako vláknitou molekulu, která se může místy spojovat. „Kostru“ molekuly tvoří fosfát a pentosy. Obě „kostry“ jsou spojeny bázemi. „Kostru“ molekuly tvoří fosfát a pentosy. Báze ční volně do prostoru.

8. Nukleotid Atraktivní biologie NUKLEOTID FOSFÁT DUSÍKATÁ BÁZE URACIL PENTOSA P THYMIN CYTOSIN ZBYTEK OD H3PO4 Nukleotid je základní stavební jednotkou nukleových kyselin ADENIN GUANIN

9. Nukleotid v RNA Atraktivní biologie PURINOVÉ BÁZE ADENIN GUANIN P PYRIMIDINOVÉ BÁZE CYTOSIN URACIL RNA = RiboNucleicAcid RIBOSA

10. Nukleotid v DNA Atraktivní biologie PURINOVÉ BÁZE ADENIN GUANIN P PYRIMIDINOVÉ BÁZE DEOXYRIBOSA THYMIN CYTOSIN DNA = DeoxyriboNucleicAcid V DNA je URACIL nahrazený THYMINEM!

11. Komplementarita bází Atraktivní biologie DNA V dvoušroubovici DNA se páruje: ADENIN s THYMINEM (A – T) CYTOSIN s GUANINEM (C – G) RNA Při syntéze RNA se páruje: ADENIN s URACILEM (A – U) CYTOSIN s GUANINEM (C – G) Pravidlokomplementarity nám říká, jaké dvě báze se spolu párují.

12. Vazby v nukleotidu Atraktivní biologie MEZI PENTOSOU A N–BÁZÍ SE NACHÁZÍ N–GLYKOSIDICKÁ VAZBA P BÁZE MEZI DVĚMA BÁZEMI SE NACHÁZEJÍ: 2 VODÍKOVÉ MŮSTKY (u A–T; A–U) 3 VODÍKOVÉ MŮSTKY (U G–C) MEZI PENTOSOU A FOSFÁTEM SE NACHÁZÍ FOSFODIESTEROVÁ VAZBA

13. Primární struktura NK Atraktivní biologie Protože nukleotidy se od sebe liší vždy jen přítomností rozdílné báze, je možné zapsat primární strukturu takto: ATCGTCG nebo 5´ – ATCGTCG – 3´ Zápis lze provést i pomocí vzorečků: Primární struktura je udána pořadím nukleotidů v řetězci.

14. Sekundární struktura NK Atraktivní biologie Sekundární struktura je určena prostorovým uspořádáním řetězce Molekula DNA je tvořena DVĚMA polynukleotidovými řetězci . Řetězce nabírají v prostoru tvar dvoušroubovice. Molekula RNA je tvořena JEDNÍM polynukleotidovým řetězcem. Je možné, že když se „potkají“ komplementární báze, že dojde k jejich spojení.

15. Terciární struktura NK Atraktivní biologie Terciární struktura je určena prostorovým uspořádáním šroubovice Terciární strukturou DNA jsou chromozomy: Eukaryotický chromozom. Schéma bakteriálního chromozomu.

16. Typy RNA (m, r, t) Atraktivní biologie RNA se v organismech vyskytuje v několika různých typech. MEDIÁTOROVÁ (m) též INFORMAČNÍ (i) Obsahuje informace „přepsané“ z DNA o primární struktuře bílkovinného řetězce. Při syntéze bílkovin slouží jako matrice. RIBOZOMÁLNÍ (r) Kódují ji speciální geny pro RNA. Je součástí ribozomů. TRANSFEROVÁ (t) Existuje jí asi 20 druhů – každý druh přenáší jednu určitou aminokyselinu na místo syntézy bílkovin (ribozomy). Charakteristický tvar trojlístku.

17. Typy DNA (A, B, Z) Atraktivní biologie Existují tři konformace DNA. Ta, která je nejčastější, a jež popsali Watson a Crick, se nazývá B-DNA. Jí podobná je A-DNA, která je méně častá, ale je rovněž pravotočivá. Extrémní konformací je Z-DNA (mj. levotočivá). A-DNA B-DNA Z-DNA A-DNA B-DNA Z-DNA

18. Co je to nukleosid? Atraktivní biologie NUKLEOSID 3x fosfát adenosin ATP = adenosintrifosfát Nukleosid získáme z nukleotidu odtrženímfosfátu. Jedná se o složku mnohých významných sloučenin – například ATP (adenosintrifosfát)

19. Replikace DNA Atraktivní biologie Replikace DNA je semikonzervativní proces, při němž z dvoušroubovice DNA vznikají dvě nové. V nových dvoušroubovicích je vždy jedno vlákno zcela nové a jedno vlákno staré. K replikaci DNA dochází v jádře. Stručný postup: rozpletení řetězce DNA připojení nových nukleotidů (podle pravidla komplementarity) spojení nukleotidů za účasti enzymu DNA - polymerázy

20. Co to znamená 5´→3´? Atraktivní biologie K replikaci DNA dochází ve směru 5´ → 3´. 5 P Co znamená 5´→3´? Uhlíky pentosy se číslují podle určitých pravidel. Na uhlíku číslo 1, je vždy navázána dusíkatá báze (A, T, C, G). Uhlíkem 3 a 5 jsou k sobě spojeny jednotlivé nukleotidy. Nové vlákno DNA vzniká vždy vesměru 5´→3´. Staré vlákno DNA je „čteno“ vždy ve směru 3´→5´. 3 5 5 P 4 1 2 3 5 P Na podrobnější animaci replikace DNA je možné se podívat na této adrese: http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dna_replication/index.html 3 3 P

21. Transkripce Atraktivní biologie Při transkripci se podle řetězceDNA tvoří komplementární RNAřetězec. Rozpletené vlákno DNA: T T T T T T T T A A A A A A A A A A A A A A A A A G G G G G G G G G C C C C C C C C C U U U U U U U U U Vzniklé vlákno pre-mRNA. Transkripce je též nazývána syntézou RNA. Vzniká při ní mediátorová RNA, podle které se v dalším procesu, zvaném translace, tvoří řetězce bílkovin. Avšak mRNA, která vzniká při transkripci nemůže (u eukaryotických buněk) sloužit přímo jako matrice pro tvorbu bílkovin! Označujeme ji jako pre-mRNA. Obsahuje mnoho balastních úseků, které nenesou informace o stavbě bílkovin. Tyto části je potřeba odstranit. Další animace pro transkripci: http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.html http://vcell.ndsu.edu/animations/transcription/movie.htm

22. Sestřih Atraktivní biologie Sestřih slouží k odstranění „nepotřebných“ úseků z pre-mRNA. pre-mRNA A A A A A A A A A A A A A A A A G G G G G G G G G G C C C C C C C C EXON EXON INTRON U U U U U U U U U U U U U U U U U U Balastní části označujeme jako INTRONY, protože zůstávají v jádře (v = in ) Plnohodnotné úseky označujeme jako EXONY, protože opouštějí (ex) jádro. mRNA Proces, který právě proběhl nazýváme sestřih.

23. Význam transkripce Atraktivní biologie Transkripce je spolu se sestřihem velice významným dějem. Díky němu se informace, která je uložená v jadernéDNA, dostaneVENzjádra, kde se může realizovat!!! DNA jako taková by jádro opustit nemohla. JÁDRO DNA pre-mRNA mRNA

24. Translace Atraktivní biologie Translace, neboli proteosyntéza je děj, při kterém se „překládá“ genetická informace zapsaná v mRNA do primárnístrukturybílkovin. • Co je potřebné o translaci vědět? • Potřebujeme k ní: • mRNA jako matrici, podle které vzniká bílkovinný řetězec • ribozomy vzniklé spojením dvou bílkovinných podjednotek s rRNA • tRNA, která přináší do ribozomů volné aminokyseliny • enzym polypeptidázu, který zajistí spojení aminokyselin • energii • Výsledek: • výsledkem je bílkovina, která projde posttranslačními úpravami a začíná v organismu plnit své funkce • Význam translace: • díky translaci vznikají bílkoviny, které v našem těle plní řadu důležitých funkcí (jsou součástí svalů, fungují jako enzymy…)

25. Translace – popis tRNA Atraktivní biologie Molekula tRNA má tvar trojlístku. Je syntetizována (jako rRNA) v jadérku. Rozlišujeme na ní dvě pro translaci důležitá místa. AMINOACYLOVÉ MÍSTO Na aminoacylové místo se navazují volné aminokyseliny. Antikodón je tvořený trojicí bází, které jsou komplementární ke kodonu na mRNA. ANTIKODÓN

26. Translace - ribozom Atraktivní biologie Ribozomy jsou malá tělíska nacházející se v cytoplazmě buď volně, nebo vázané na drsném endoplazmatickém retikulu, či vnější jaderné membráně. AMINOKYSELINY • Co je dobré o nich vědět? • jsou složeny z velké a malé podjednotky • jsou složeny z bílkovin a rRNA v poměru 1:1 • probíhá v nich syntéza bílkovin • v jedné buňce se jich nachází 104 – 105 • Co je to polysom? • „řetízek“ ribozomů, na kterých probíhá translace proteinů tRNA VELKÁ PODJEDNOTKA MALÁ PODJEDNOTKA mRNA

27. Translace - schéma Atraktivní biologie VZNIK TRIPEPTIDU: T A A A A A A A A A A G G G G G G G G C C C C C U U U U U U U U mRNA RIBOZOM Další schéma translace: http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/translat.html

28. Zdroje Atraktivní biologie S3: DNA: http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/DNA_helix.jpg S3: RNA: http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/RNA_sstrand.jpg Šimpanz: http://www.mongabay.com/images/uganda/600/ug3-3739.JPG Prim str: http://oregonstate.edu/instruction/bb492/fignumbers/Fig4-1.html Chrom: http://www1.istockphoto.com/file_thumbview_approve/1600806/2/istockphoto_1600806_chromosome.jpg Baktchromozm: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/bactchromo.gif rRNA: http://www.nd.edu/~aseriann/rrna.gif tRNA: http://molbioandbiotech.files.wordpress.com/2007/09/trna1.gif ABZ koule http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/A_B_Z_DNA_balls.jpg ABZ tRNA: http://www.lebs.cnrs-gif.fr/golinelli/images/trna4.jpg Ribozom: http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/images/ch2_ribosome_proteinbig.jpg