http://www.popsci.com/sites/popsci.com/files/import/2014/dna-163466_1280.jpg Molekulární biologie pro informatiky (VV072) Molekulární biologie pro informatiky Autoři: Mgr. Lenka Tesařová, Ph.D. Mgr. Pavel Šimara, Ph.D. Doporučená literatura: Rosypal a kol.: Úvod do molekulární biologie. Brno, 2006 (4. vydání) Snustad a kol.: Genetika. Brno, 2017 Alberts a kol.: Základy buněčné biologie : úvod do molekulární biologie buňky. (orig. Molecular biology of the cell) Šmarda a kol.: Metody molekulární biologie. Brno, 2010 http://www.vurv.cz/knihovna/documents/3030/cover https://www.dumknihy.cz/data/images/products/large/bc/9788090290624.jpg http://www.martinus.cz/data/tovar/_l/87/l87841.jpg Molekulární biologie pro informatiky 1. Historie molekulární biologie. Nukleové kyseliny a proteiny 2. Struktura genomu a genetická informace 3. Replikace genomu, reparace a rekombinace DNA 4. Transkripce genomu 5. Translace genomu 6. Regulace genové exprese 7. Molekulární mechanismy signalizace 8. Molekulární struktura eukaryotické buňky 9. Regulace buněčného cyklu 10. Programovaná buněčná smrt a molekulární podstata získané imunity 11. Molekulární podstata nádorových onemocnění 12. Metody molekulární biologie a základy genového inženýrství Molekulární biologie pro informatiky - 1 Historie molekulární biologie Nukleové kyseliny a proteiny Ústřední dogma molekulární biologie 1868 Johann Friedrich Meischer Hrubé extrakty DNA 1919 Phoebus Aaron Theodor Levene Tetranukleotidová hypotéza 1928 Frederick Griffith Transformační princip 1944 Oswald Avery, Colin Munro MacLeod, Maclyn McCarty Transformační princip je DNA 1952 Alfred Hershey, Martha Cowles Chase DNA je nositelkou genetické informace 1953 James Dewey Watson, Francis Crick Objasnění struktury DNA 1956 Heinz Fraenkel-Conrat, Bea Singer RNA jako nositelka genetické informace 1958 Matthew Meselson, Franklin Stahl Semikonzervativní replikace DNA Historie objevů genetické informace Griffith - Transformační princip (1928) http://www.trunity.net/files/301301_301400/301352/icb-01.03.jpg Streptococcus pneumoniae S-kmen: smooth, kapsula dodávající hladký vzhled patogenní (zápal plic u člověka, smrt u myši) R-kmen: rough, bez kapsuly, drsný vzhled mutantní, nepatogenní Přenos genetického materiálu mezi dvěma kmeny bakterií procesem transformace. http://www.trunity.net/ICB-demo/view/article/52446f810cf264abcd85e912/ Avery, MacLeod, McCarty - Transformační princip je DNA (1944) Pouze ošetření vzorku DNázou zabránilo transformaci - transformační substancí je DNA http://www.cas.miamioh.edu/%7Ewilsonkg/gene07/chap10/bp10p03.jpg S-kmen R-kmen RNáza DNáza Proteáza R-kmen S-kmen R-kmen S-kmen R-kmen S-kmen filtrát http://image.slidesharecdn.com/historiadeldna2011-ok-120603025214-phpapp02/95/historia-del-adn-powe rpoint-para-4-medo-biologa-plan-comn-8-728.jpg?cb=1423225548 http://image.slidesharecdn.com/historiadeldna2011-ok-120603025214-phpapp02/95/historia-del-adn-powe rpoint-para-4-medo-biologa-plan-comn-8-728.jpg?cb=1423225548 http://image.slidesharecdn.com/historiadeldna2011-ok-120603025214-phpapp02/95/historia-del-adn-powe rpoint-para-4-medo-biologa-plan-comn-8-728.jpg?cb=1423225548 Hershey, Chase - DNA je nositelkou genetické informace (1952) http://biology-forums.com/gallery/33_23_06_11_4_11_12.jpeg Hlava (kapsid) Krček Bičík Vlákna bičíku Kapsidy fágů zůstávají na povrchu, genetický materiál jde do bakterie. Využití pokroku: mikrobiologie E. coli, izolace fágů, radioizotopy. Radioizotop síry 35S Bakterie Radioizotop fosforu 32P Fág Radioaktivní protein Radioaktivní DNA Prázdný kapsid Centrifugace Centrifugace Pelet bakterií Pelet bakterií Radioaktivita v suspenzi (proteiny fága) Radioaktivita v peletu (DNA fága) Během infekce zůstávají proteiny fága vně bakteriální buňky, zatímco DNA fága vstupuje do buněk. Za přenos genetické informace (i u virů) je zodpovědná DNA. http://biology-forums.com/index.php?action=gallery;sa=view;id=392 http://www.slideshare.net/veneethmathew/16-lecture-dna http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Tevenphage.png http://www.muskingum.edu/%7Eericlaw/pd_courses/geol101/minerals/minImages/minImages-Images/11.jpg Objasnění struktury DNA 1952 - R. Franklin, rentgenová difrakční analýza DNA 1953 - J. D. Watson, F. Crick, trojrozměrný model struktury DNA 1962 - Nobelova cena, spolu s M. Wilkins DNA je double helix Báze vrstveny kolmo k ose Vzdálenost mezi bázemi (0,34 nm) Průměr šroubovice (2 nm) Počet bazí na 1 otočku (10 bp) http://www.rejectedprincesses.com/wp-content/uploads/2015/12/rosalind.jpg https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/originals/c6/63/c8/c663c8fe3565ed0c7c21d0ae7d73406a.jpg http://www.nature.com/scitable/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/104944953/73_1_2.jpg © 2013 Nature Education http://www.muskingum.edu Fraenkel-Conrat, Singer - RNA jako nositelka genetické informace (1956) TMV - virus tabákové mozaiky - molekula RNA obklopena kapsidem ze spirálovitě uspořádaných molekul proteinu http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/8/384.jpg Virové potomstvo je shodné s typem, z kterého byla získána RNA, nevykazuje znaky typu, ze kterého byl získán protein. RNA nese genetickou informaci u TMV. http://anisam2.yolasite.com/resources/26aug10lecture3.pdf http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/8/384.jpg Typ A Typ B Degradace Protein A RNA A Protein B RNA B Protein B Protein A RNA A RNA B Infekce tabákových listů Potomstvo typu B Potomstvo typu A Meselson, Stahl - Semikonzervativní replikace DNA (1958) http://www.zo.utexas.edu/faculty/sjasper/images/16.8.gif 15N F1 F2 14N P centrifugace 2-3 dny P F1 F2 DNA v roztoku CsCl 15N 14N 14N - 14N lehká DNA těžká DNA hybridní DNA 15N těžká DNA 14N - 14N hybridní DNA 14N 14N - 14N lehká DNA hybridní DNA Potvrzen semikonzervativní způsob replikace DNA http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio101/chap13/f13-08_meselson_and_sta_c.jpg http://www.zo.utexas.edu/faculty/sjasper/images/16.8.gif Struktura nukleových kyselin Primární struktura •struktura nukleotidů a jejich vzájemné spojení •pořadí, sekvence nukleotidů v řetězci Sekundární struktura •stabilní trojrozměrná konfigurace •vzájemná poloha nukleotidů •DNA - šroubovice dvou řetězců (Watson, Crick) •RNA - šroubovice dvou úseků téhož řetězce (vlásenka) Terciární struktura •nadšroubovicové vinutí Kvartérní struktura •uspořádání DNA do chromozomů •struktura nukleozomu, chromatinu File:Difference DNA RNA-EN BW.svg File:Dna strand3 cs.png https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQhBu1y8nG24e5ykaJyN39jQ38SAN1vdKA9mD_rvwqQau5 hkEAY Dna_strand3.png RNA-comparedto-DNA thymineAndUracilCorrected.png http://www.namrata.co/dna-structure-and-functions-a-quick-revision/tertiary-structure-of-dna/ Primární struktura nukleových kyselin Nukleové kyseliny jsou polymery, jejichž primární struktura představuje vlákno nukleotidů navzájem spojených fosfodiesterovou vazbou. Každý nukleotid se skládá z: Pentóza ribose deoxyribose Ribóza (RNA) Deoxyribóza (DNA) Fosfát http://koofers-static.s3.amazonaws.com/flashcard_images/7032b19729d46f7bebfe8ff647d3c4f9.jpg Dusíkatá báze DNA (A, G, C, T) RNA (A, G, C, U) File:Cytosine 3H.svg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/Thymin.svg/180px-Thymin.svg.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9e/Uracil_chemical_structure.png/220px-Uraci l_chemical_structure.png File:Guanin.svg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/ff/Adenin.svg/2000px-Adenin.svg.png Cytosin Tymin Uracil Guanin Adenin Purinové Pyrimidinové Primární struktura nukleových kyselin Ribonukleotidy v RNA Deoxyribonukleotidy v DNA Nukleosid = cukr + báze Nukleotid = nukleosid + fosfát Volné nukleotidy ve formě trifosfátů Nukleotidy zabudované v NK ve formě monofosfátů Polarita řetězce: 5´ konec - fosfátová skupina na 5´ uhlíku pentózy 3´ konec - OH skupina na 3´ uhlíku pentózy 5´ konec 3´ konec Guanin Tymin Adenin Cytosin Nucleosid (cytidin) Cytidin monofosfát (CMP) Cytidin trifosfát (CTP) β-N- glykosidová vazba Fosfodiesterová vazba Sekundární struktura DNA Sekundární struktura DNA představuje trojrozměrnou konfiguraci - základní šroubovicovou strukturu, pro kterou platí: (1)dvoušroubovice s cukr-fosfátovou kostrou vně šroubovice a bázemi poskládanými uvnitř molekuly (2)antiparalelní polynukleotidové řetězce s opačnou polaritou (3)komplementarita řetězců, párování bází (A-T, G-C), Chargaffovo pravidlo (4)průměr dvoušroubovice 2 nm (5)vzdálenost mezi páry bazí 0,34 nm, na jednu otočku dvoušroubovice připadá 10 bp, což zabírá vzdálenost 3,4 nm (6)přítomnost většího a menšího žlábku (7)pravotočivé dvoušroubovicové vinutí (8)řetězce jsou vzájemně drženy pohromadě dvěma typy molekulárních interakcí - vodíkové vazby, vrstvení bází Cukr-fosfátová kostra Větší žlábek (1,2 nm) Menší žlábek (0,6 nm) 0,34 nm 3,4 nm 2 nm 5´ 5´ 3´ 3´ Osa dvoušroubovice http://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function-watson-397 Sekundární struktura DNA Párování bází •spojení dvou bází opačných řetězců prostřednictvím vodíkových vazeb •umožňuje separaci řetězců DNA během různých procesů, šíření genetické informace •Watson-Crickovo: specifita A-T, G-C (A-U v RNA) Chargaffova pravidla •v DNA je stejný počet adeninových a tyminových zbytků •v DNA je stejný počet guaninových a cytosinových zbytků •poměr purinů a pyrimidinů se rovná jedna •A = T G = C A + G = C + T (A+G)/(C+T) = 1 3x Cytosin Guanin 2x Tymin Adenin Transferová RNA ψ pseudouridin I inozin i6A N6-izopentenyladenozin T ribotymidin S4U 4-thiouridin m1G 1-methylguanozin DHU dihydrouridin Primární struktura •74 - 95 nuleotidů, 5´-CCA-3´ sekvence na 3´ konci •neobvyklé báze - vznik posttranskripční modifikací, nenáhodné rozdělení v sekvenci - vliv na párování bazí, přesnost vazby aminokyselin a syntézy proteinů Sekundární struktura •tvar jetelového listu •čtyři ramena, variabilní smyčka Terciální struktura •vodíkové vazby mezi nukleotidy různých ramen a jejich smyček Akceptorové rameno Pseudouridinové rameno Variabilní smyčka Antikodon Antikodonové rameno Dihydrouridinové rameno Akceptorové rameno Antikodon Pseudouridin. rameno Dihydrouridin. rameno https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_tRNA_cloverleaf_general.svg mamit-trna.u-strasbg.fr Speciální struktury v DNA a RNA Nukleotidové sekvence •jedinečné - v molekule se vyskytují pouze jedenkrát •repetitivní - v molekule se mnohonásobně opakují Repetice •jednotka repetice - opakovaná sekvence •délka repetice - počet nukleotidů, které ji tvoří •četnost repetice - počet jednotek dané repetice v haploidním genomu (molekule) 1. Přímá: sekvence opakovaná ve stejném směru na témže řetězci DNA 2. Tandemová: přímá repetice, u které se jednotka opakuje bezprostředně za sebou 3. Obrácená: sekvence opakovaná na stejném nukleotidovém řetězci ve své komplementární podobě jako palindrom se označují přilehlé obrácené repetice 5´…..ATGC……….ATGC…..3´ 5´…..GATA/GATA/GATA/GATA…..3´ 5´…..ATGC……….GCAT…..3´ 5´…..ATGC/GCAT…..3´ 3. Obrácená: spárováním na ssDNA mohou tvořit vlásenku, vlásenku se smyčkou spárováním na dsDNA mohou tvořit křížovou strukturu, křížovou strukturu se smyčkou 4. Dlouhá koncová repetice: LTR sekvence, dlouhá přímá repetice na obou koncích téhož DNA řetězce konce LTR sekvence jsou navzájem ve vztahu obrácených repeticí 5. Rozptýlená: jednotlivé kopie se vyskytují na různých místech haploidního genomu Speciální struktury v DNA a RNA 5´-ATGC……GCAT……………………………..ATGC……GCAT-3´ LTR LTR http://www.siumed.edu/%7Ebbartholomew/images/Lehninger/img036.gif http://www.siumed.edu/%7Ebbartholomew/images/Lehninger/img037.gif http://www.siumed.edu/~bbartholomew/course_material/nucleic_acids.html https://en.wikipedia.org/wiki/Ribonuclease_P#/media/File:RF00010.jpg RF00010.jpg Bakteriální Ribonukleáza P Terciální struktura DNA Escherichia coli http://www.4longlife.com/human-cell1.jpg Lidská buňka DNA - 4,7 miliónů bp - délka 1,6 mm velikost buňky 3 µm DNA - 6 miliard bp - délka 1,8 m velikost jádra 6 µm Chromozomální DNA existuje ve formě dlouhých molekul, které se musí vejít do mnohem menších buněk. Terciární struktura DNA - organizace DNA vyššího řádu, která umožňuje umístit ji do omezeného prostoru buňky. Nadšroubovice (superhelix) Vzniká, když je do dvoušroubovice DNA zavedeno další vinutí 1. relaxovaná DNA - dvoušroubovice bez nadšroubovicového vinutí, stav s nejnižší energií 2. záporná nadšroubovice - vznik odvíjením řetězců, pravotočivá nadšroubovice 3. kladná nadšroubovice - vznik svinováním řetězců, levotočivá nadšoubovice Předpoklad pevných konců •kružnicová dsDNA •lineární dsDNA připevněná k substrátu Terciální struktura DNA Maria Barbi et al. Interface Focus 2012;2:546-554 Rosypal, Úvod do molekulární biologie. Topoizomerázy Přidávají či odstraňují závity v dsDNA dočasným zlomem řetězců, obtočením konců kolem sebe a následným spojením zlomených konců. Typ I •jednořetězcové zlomy, přemísťují řetězec přes zlom v druhém řetězci v rámci dvoušroubovice Typ II •dvouřetězcové zlomy, přemísťují dsDNA přes zlomy obou řetězců v dsDNA Terciální struktura DNA Většina DNA v buňce ve formě záporné nadšroubovice •snazší separace řetězců během replikace a transkripce •sbalení do menšího prostoru v buňce dsDNA Topo I počet závitů n ss zlom vazba k Topo I provlečení řetězce oprava zlomu uvolnění Topo I počet závitů n-1 Topo II http://helicase.pbworks.com/w/page/17605720/Tyler-Huff https://www.studyblue.com/notes/note/n/the-structure-of-dna-and-rna-lecture-1/deck/13577968 https://online.science.psu.edu/sites/default/files/biol011/Fig-5-2-Eukaryotic-Organization.jpg Kvartérní struktura DNA Viz přednáška č. 2 ©The McGraw-Hill Companies, Inc. Chromosom Proteinové lešení Protein z lešení Smyčka chromatinu Solenoid DNA Histony Nukleozom DNA Dvoušroubovice DNA Primární struktura proteinů Pořadí standartních aminokyselin v polypeptidovém řetězci Aminokyseliny (AK) • uhlík α, na který se váže vodík karboxylová skupina aminoskupina postranní řetězec 1.AK s nepolárním zbytkem - hydrofobní glycin (Gly, G), alanin (Ala, A), valin (Val, V), leucin (Leu, L), izoleucin (Ile, I), fenylalanin (Phe, F), tryptofan (Trp, W), metionin (Met, M), prolin (Pro, P) http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/files/58/5384.png Primární struktura proteinů 2. AK s polárním zbytkem - hydrofilní, vodíkové vazby s molekulami vody tyrozin (Tyr, Y), asparagin (Asn, N), glutamin (Gln, Q), serin (Ser, S), treonin (Thr, T), cystein (Cys, C) 3. AK s kyselým zbytkem - karboxylová skupina kyselina asparagová (Asp, D), kyselina glutamová (Glu, E) Primární struktura proteinů 4. AK se zásaditým zbytkem - kladný náboj postranního řetězce 5. selenocystein histidin (His, H), arginin (Arg, R), lyzin (Lys, K) Vznik primární struktury proteinů •tvorba peptidové vazby mezi -NH2 skupinou na uhlíku α jedné aminokyseliny a -COOH skupinou na uhlíku α jiné aminokyseliny s vyloučením vody SeH SeC Peptidová vazba + H2O Ala-Val-Cys N-konec C-konec Primární struktura proteinů Chemické modifikace standardních AK 1. fosforylace - připojení fosfátu k -OH skupině Ser, Tyr, Thr - fosfoproteiny, negativní náboj 2. acetylace - připojení acetylové skupiny k -NH2 skupině Lys 3. metylace - připojení metylové skupiny k Lys, His 4. glykozylace - připojení oligosacharidu nebo polysacharidu, glykoproteiny - N-glykozidová vazba sacharidu k -NH2 skupině Asn, Gln, Trp - O-glykozidová vazba sacharidu k -OH skupině Ser, Thr 5. hydroxylace - připojení hydroxylové skupiny k Pro, Lys C CH3 O acetyllyzin CH3 metylhistidin OH 4-hydroxyprolin P OH O- O fosfoserin OH O H HO H H HO CH2OH H O H manozylserin OH H HO H H HO CH2OH H O H manozyltryptofan Primární struktura proteinů obsahuje veškerou informaci pro tvorbu vyšších struktur polypeptidu a vyjádření jeho biologické funkce. Sekundární struktura proteinů Nekovalentní vazby proteinů •tvoří se mezi atomy či skupinami atomů v rámci jednoho polypeptidového řetězce či mezi řetězci •Disulfidová vazba - tvoří se mezi -SH skupinami cysteinu uvnitř jedné molekuly proteinu •Tyto interakce spolu s rozložením polárních a nepolárních AK v polypeptidovém řetězci ovlivňují celkový tvar a konformaci proteinu. Proces tvorby sekundární a terciální struktury proteinu se nazývá sbalování proteinu, ke kterému dochází během syntézy proteinu na ribozomu. http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/sect ion_21/4bcc36743f97d8194661279d48f87367.jpg http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/s21- amino-acids-proteins-and-enzym.html α-šroubovice (α-helix) •stočený polypeptidový řetězec stabilizovaný vodíkovými vazbami mezi -CO a -NH skupinami dvou peptidových vazeb •jeden závit - 0,54 nm; 2 vodíkové vazby; 3,6 AK •průměr - 1 nm •délka kolem 10 AK β-skládaný list •úseky o 5-10 AK položeny vedle sebe a spojeny vodíkovými vazbami mezi -CO a -NH skupinami dvou peptidových vazeb odlišných úseků •úseky mohou být orientovány - paralelně: směr od C-konce k N-konci poskládaných úseků je stejný - antiparalelně: směr od C-konce k N-konci úseků je opačný Sekundární struktura proteinů α-šroubovice β-skládaný list http://www.abcte.org/files/previews/biology/s3_p2.html http://socratic.org/questions/what-is-the-loop-domain-regions-of-proteins •prostorové trojrozměrné uspořádání polypeptidového řetězce •vliv nekovalentních vazeb mezi AK a disulfidických můstků •podle ní se proteiny dělí na - globulární: střídání úseků α-šroubovic a β-skládaných listů kompaktní klubko kulovitého tvaru - fibrilární: převažují úseky α-šroubovic nebo β-skládaných listů vláknitý tvar Terciální struktura proteinů http://ambermd.org/tutorials/advanced/tutorial9/lysozyme.png http://previews.123rf.com/images/molekuul/molekuul1309/molekuul130900046/22802648-Keratin-intermedi ate-filament-chemical-structure-Keratin-is-one-of-the-main-components-of-human-skin-Stock-Photo.jpg Lysozym Keratin http://www.studiumbiochemie.cz/prirodni_latky_bilkoviny.html D. E. Metzler: Biochemistry. http://ambermd.org/tutorials/advanced/tutorial9/ Kvartérní struktura proteinů •uspořádání jednotlivých polypeptidových řetězců v molekule proteinu •týká se oligomerních proteinů •podjednotky (monomery) složeny v dimery, trimery, tetramery,… ProteinStructure.jpg ProteinStructure.jpg ProteinStructure.jpg ProteinStructure.jpg http://kriyasbeautyspa.blogspot.cz/2014/12/hair-structure.html http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPHodules/PH/PH709_BasicCellBiology/PH709_BasicCellBiology26.html Hem Hem Hemoglobin Disulfidická vazba Nekovaletní interakce Keratin Protofibrila Mikrofibrila Makrofibrila Kůra Kutikula Degradace proteinů Proteazom •odstraňuje nežádoucí proteiny - nedokončená či poškozená proteinová struktura, špatně sbalený polypeptidový řetězec, nadbytečný protein měnící svoji koncentraci vlivem stavu buňky •proteiny určené k degradaci jsou označeny ubikvitinem (Ub) pomocí ubikvitin ligáz (E1-E3) •centrální část (20S proteazom) - pór ze čtyř kruhů (α a β monomery), uvnitř umístěny proteázy •regulační část - rozpoznání polyubikvitinovaných proteinů, které směřuje do centrálního póru 26S proteazom 7x podjednotka β 7x podjednotka α 7x podjednotka β 7x podjednotka α 20S proteazmom 19S regulační část 19S regulační část Uzavíratelný pór Aktivní místa proteáz Uzavíratelný pór http://elledgelab.med.harvard.edu; http://www.hindawi.com/journals/scientifica/2013/637629; http://cshperspectives.cshlp.org/content/2/9/a000703/F1.expansion.html Biologické funkce proteinů Enzymy •substrátem se rozumí látka, která se vlivem enzymu mění •aktivní místo - oblasti zodpovědné za vazbu substrátu a katalýzu chemické reakce •alosterické enzymy mají navíc alosterické místo, do kterého se váže alosterický efektor. Ten svoji vazbou vyvolá změnu konformace aktivního místa a tím i změnu aktivity enzymu (inhibice/aktivace) Alosterické místo Alosterický aktivátor Zkřivené aktivní místo Substrát Aktivní místo Alosterická aktivace Aktivní místo Enzym Alosterické místo Alosterický inhibitor Zkřivené aktivní místo Substrát Alosterická inhibice Další funkce proteinů: struktura buňky, transport látek přes buněčné membrány, pohybové mechanismy buněčných struktur, regulace růstu a diferenciace buněk, přenos specifických signálů v rámci buněčné komunikace, receptory v membráně buňky, protilátky v imunitní obraně. Základem funkce proteinů je schopnost rozpoznávání = proces specifického spojení dvou biologických makromolekul nebo biologické makromolekuly s malou molekulou, které spočívá v nekovalentních interakcích (především vodíkových vazbách). http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%205/enzymes.html Vazebné interakce proteiny-DNA Molekulární podstata rozpoznání DNA proteiny •nejčastěji se využívá vazba α-helixu s větším žlábkem na DNA (přístupnější, více vazebných míst) •okolní oblasti napomáhají umístění α-helixu do žlábku •bez korespondence specifických sekvencí proteinu a DNA •skupiny proteinů se společným motivem (krátký úsek proteinu s typickou strukturou), pomocí kterého se váží na DNA Proteiny s motivem helix-otáčka-helix (HTH-jednotka) •dva α-helixy (7 a 9 AK) mezi kterými je jedna beta otáčka (4 AK) •H2 je rozpoznávací, H1 má upevňovací funkci H1 H2 H1 H2 http://carrot.mcb.uconn.edu Vazebné interakce proteiny-DNA Proteiny s motivem homeodomén •HTH-jednotka s upevňovací funkcí •3. helix umístěný ve větším žlábku DNA http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-23/23_28.jpg Proteiny s motivem zinkových prstů •3-9 tandemových repetic o 29-31 AK •sekvence držena ve tvaru smyčky iontem zinku, na který se váží 2x Cys a 2x His •každý prst obsahuje antiparalelní β-skládaní list a α-helix, který se váže ve větším žlábku DNA http://www.genomebiology.com/content/figures/gb-2001-2-5-research0016-1.jpg Transkripčně aktivační doména Homeodoména http://slideplayer.cz/slide/2988178/ www.genomebiology.com http://www.mun.ca/biology/scarr/IG1_09_RB2.html secondhand-science.com Zn Zn Vazebné interakce proteiny-DNA Proteiny s motivem leucinového zipu •dva α-helixy (30 AK) s pravidelným opakováním Leu •dva zásadité helixy vážící se na DNA •výskyt u transkripčních faktorů, kdy dimerizace umožňuje tvorbu homo a heterodimerů různých transkripčních faktorů https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/af/C-Myc-DNA_complex.png Rosypal, Úvod do molekulární biologie https://en.wikipedia.org/wiki/Myc#/media/File:C-Myc-DNA_complex.png Zvídavé otázky •Jaká je největší vzdálenost fosfodiesterové kostry DNA od osy dvoušroubovice? •Dopište k zadanému vláknu komplementární vlákno, aby se obnovila dvoušroubovice. 5´ C A T T G A G T 3´ •Procentuální zastoupení cytozinu v molekule dvoušroubovicové DNA je 40 %. Jaké je v této molekule procentuální zastoupení tyminu? •Které z těchto vztahů platí pro procentuální zastoupení bází v dvoušroubovicové DNA: (a) C + T = A + G (b) C/A = T/G •Jak se liší nukleotid RNA od nukleotidu DNA? •Jaké purinové a pyrimidinové báze lze najít ve struktuře RNA, DNA? •Které DNA báze jsou schopné mezi sebou tvořit vodíkové vazby (dle základního Watson-Crickova párování bází)? •Uveďte libovolnou sekvenci jednovláknové DNA, která by mohla vytvořit vlivem párování bazí vlásenku se smyčkou. •Které aspekty ve struktuře dvoušroubovicové DNA přispívají k stabilitě její molekuly? http://img.medicalxpress.com/newman/gfx/news/hires/2013/geneticediti.png