1 NUKLEOTIDY NUKLEOVÉ KYSELINY SYNTÉZA PROTEINŮ © Biochemický ústav LF MU 2011 - (H.P.) 2 NUKLEOTIDY NUKLEOVÉ KYSELINY NUKLEOSIDY BÁZE Novinový papír 3 Báze Pyrimidinové báze: odvozené od pyrimidinu Cytosin, Uracil, Thymin Purinové báze: odvozené od purinu Adenin, Guanin 4 Pyrimidinové báze Cytosin Uracil Thymin 5 Tautomerní formy – pyrimidinové báze laktim laktam (stabilnější) 6 Purinové báze Adenin Guanin 7 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 8 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 File:Allopurinol V.1.svg allopurinol 9 Zobrazit obrázek v plné velikosti ANd9GcSP-UlY1H20hasRhvs-IN0-ymCaToYRtBhf-WoHOuenqSdHVOg&t=1&usg=__MVUx8Di3rRF3xJev6N6XwCQH7Jk= 823 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 Zobrazit obrázek v plné velikosti ANd9GcQ9LhOCDY8XC3Jdg3YmQ6Gx9OQNmPuKUUkf0KnMUKM63kge8wI&t=1&h=157&w=236&usg=__6hTT6cCQGc86g4Kka--eo eK1fMU= ANd9GcTeR85b7dMNMPNAAd12-zf6GxyJXZGdJoceohd-R23dUzecTGg&t=1&usg=__Xx3rAj3sQRetju4I7e3Shu6qEfs= Zobrazit obrázek v plné velikosti 10 Nukleosidy Dusíkatá báze + sacharid (ribosa, 2-deoxyribosa) N-glykosidová vazba monosacharid báze N-glykosidová vazba 11 Názvosloví nukleosidů Obsahující purinovou bázi: ……- osin (ribosa) deoxy……- osin (deoxyribosa) Obsahující pyrimidinovou bázi: ……- idin (ribosa) deoxy……- idin (deoxyribosa) 12 Purinové nukleosidy guanosin deoxyadenosin adenosin deoxyguanosin 13 Pyrimidinové nukleosidy uridin deoxycytidin cytidin thymidin (deoxythymidin) deoxyuridin 14 Syntetické nukleosidy Azidothymidin (AZT) : léčba HIV N3 • využití v léčbě některých onemocnění 15 Nukleotidy Nukleosid + kyselina fosforečná esterová vazba monosacharid báze fosfát N - glykosidová vazba esterová vazba 16 AMP adenosin-5´-monofosfát Příklad nukleotidu 17 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 (dT) thymidin-5´-monofosfát dTMP Názvosloví nukleotidů Nukleosid - 5´ - mono (di,tri)fosfát 18 c-AMP : cyklický adenosin-3´,5-´monofosfát • „druhý posel“ • zprostředkovává účinek hormonů 19 ATP: adenosin -5´-trifosfát • zdroj energie, zásoba energie • vznik - aerobní fosforylace 20 NAD+ : nikotinamidadenindinukleotid koenzym oxidačně redukčních reakcí přenos vodíku 21 FAD : flavinadenindinukleotid koenzym oxidačně redukčních reakcí přenos vodíku 22 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 23 Nukleové kyseliny • biopolymery • polynukleotidy - až miliony nukleotidů • funkce: - při rozmnožování - při přenosu genetické informace - při proteosyntéze 24 Lineární řetězec polynukleotidů 3´,5´-fosfodiesterová vazba 5´-konec ® 3´-konec 5´-konec 3´-konec 25 pentosa pentosa pentosa pentosa báze báze báze báze P 5´- konec 3´- konec P P P P Pořadí bází ! 26 Rozdělení nukleových kyselin DNA RNA deoxyribosa ribosa adenin, guanin, cytosin adenin, guanin, cytosin thymin uracil 27 DNA Nositel genetické informace • genetická informace – informace o syntéze všech proteinů v buňce • strukturní gen - informace o syntéze jedné bílkoviny • genom - soubor všech genů 28 Genom Kompletní genetická informace 2003: objasnění celého genomu 2003-dosud: postgenomová éra ……porovnání množství informace…… j0301252 29 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 30 Struktura DNA • dvouvláknová • 2 komplementární řetězce • vodíkové vazby A T G C • dvojitá pravotočivá šroubovice 31 Párování bází ADENIN THYMIN 2 vodíkové vazby 32 Párování bází GUANIN CYTOSIN 3 vodíkové vazby 33 deoxyribosa adenin thymin deoxyribosa deoxyribosa thymin adenin deoxyribosa deoxyribosa guanin cytosin deoxyribosa deoxyribosa cytosin guanin deoxyribosa deoxyribosa thymin adenin deoxyribosa P P P P P P P P P P Komplementární řetězce 34 Model DNA DNA Watson a Crick Pravotočivá šroubovice 1953 1962 Nobelova cena (Watson, Crick, Wilkins) watson James D. Watson 200px-JamesWatson 35 200px-FirstSketchOfDNADoubleHelix James D. Watson Jak vznikala představa a model DNA ? DNAhelixSpaceFilling-obr Náčrt modelu (F.Crick) Model – r. 1953 (Crick-Watson) Současný prostorový model crick watson Francis Crick Maurice Wilkins Crick and Watson's DNA molecular model, 1953. 36 Jak je genetická informace zapsána ve struktuře DNA ? sekvence bází čtyřpísmenná abeceda Různé příklady lineárních zápisů: objevení struktury DNA patří k…. ♪♫♫♫♪♪♪♫♪ •− •−−• • −•−• • TTCGAGCGTAACCTA Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin 37 sekvenci aminokyselin v proteinu triplet bází - kóduje jednu aminokyselinu Sekvence bází v DNA určuje 38 při dělení buněk probíhá replikace DNA, dochází k přenosu genetické informace Princip uchování genetické informace • Genetická informace dána sekvencí bází • Párování bází – komplementarita bází 39 proces vytvoření komplementárního nového vlákna DNA k původnímu vláknu DNA Buňka kopíruje celý svůj genom Dna-split-replikace Replikace Replikace-zdvojování: • rozvinutí šroubovice • tvorba nových řetězců k původním řetězcům podle principu komplementarity • vznikají dvě totožné dvouřetězové DNA 40 RNA • jednořetězové • kratší než DNA • složení: ribosa A, G, C, U různé modifikované báze • vznik RNA - proces transkripce 41 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 42 Rozdělení RNA Mediátorová RNA - mRNA Transferová RNA - tRNA Ribosomová RNA - rRNA 43 Mediátorová RNA Význam: • přenos genetické informace z jádra do cytoplasmy na místo syntézy bílkovin • Úloha mRNA: • slouží jako matrice pro syntézu polypeptidového řetězce mRNA Informační, messenger 44 Charakteristika mRNA • specifické mRNA vznikají podle vlákna DNA (proces transkripce) kopie strukturního genu • délka různá podle délky polynukletidového řetězce, který se bude syntetizovat • krátká životnost 45 Kodon - triplet - sekvence 3 bází Nukleotidová sekvence mRNA udává pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci Každá aminokyselina má svoji sekvenci 3 bazí - triplet Kodon 46 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 Stop: UAA Threonin: ACC Příklady: ACA ACG ACU Genetický kód 47 Transferová RNA Význam: • účastní se procesu translace (syntézy bílkovin) na ribozomech • Úloha t-RNA: • aminokyseliny: - navazuje - přenáší - zařazuje do polypeptidového řetězce tRNA 48 překlad genetické informace z mRNA do sekvence aminokyselin v polypeptidovém řetězci [ syntéza bílkoviny • probíhá v endoplasmatickém retikulu na ribozomech Translace Translace = překlad 49 Charakteristika tRNA • nejmenší typ RNA desítky nukleotidů • v buňce kolem 60 různých tRNA • specifita tRNA k aminokyselinám 50 Struktura tRNA Jetelový list • raménka • místo vazby aminokyseliny • antikodon ANTIKODON • váže se na kodon v mRNA (komplementárně) antikodon Vazba aminokyseliny 51 antikodon 3´-konec 5´-konec připojená AMK T-smyčka D-smyčka Struktura tRNA 52 Ribosomová RNA Význam: • strukturní součást ribozomů ribozomy- místo syntézy polypeptidových řetězců rRNA 53 Struktura ribosomu velká podjednotka malá podjednotka • dvě podjednotky • ribosomální proteiny ribosomální RNA 54 Charakteristika rRNA • nejrozšířenější typ RNA v buňce • několik typů - odlišují se velikostí a složením bází - charakterizují se podle S (sedimentační konstanty) 55 Syntéza bílkovin - proteosyntéza DNA RNA proteiny transkripce translace Konečný děj exprese genetické informace Jádro Cytoplasma (ribozomy) 56 Tvorba aminoacyl-tRNA antikodon t-RNA aminoacyl-tRNA ribosa adenin AK • aktivace volné AK pomocí ATP • přenos aktivované AK na tRNA • vznik aminoacyl-tRNA ribosa adenin Pro translaci je třeba tRNA s navázanými AK 57 Fáze translace • iniciace: tvorba iniciačního komplexu • elongace: prodlužování polypeptidového řetězce • terminace: ukončení syntézy • 58 Translace - iniciace tvorba iniciačního komplexu • první AK = Met • • menší ribozomální podjednotka, GTP, mRNA, větší ribozomální podjednotka • P místo : vazba první AK AUG UAC Met Větší ribozomální podjednotka Menší ribozomální podjednotka mRNA 59 Translace - elongace • druhá AK (či další AK) • • P místo : vazba první AK • A místo : vazba druhé (další) AK AUG UAC Met CAC GUG AK2 mRNA 60 Translace - elongace Met AK2 Met AK2 GGA CCU CCU GGA AK2 CAC GUG AK3 Met UAC P A místo • první AK v místě P • vazba druhé AK do místa A • odštěpení Met z t-RNA a přenos na AK2 (v místě A) • vznik peptidové vazby (peptidyl-tRNA v místě A) • odštěpení t-RNA z místa P • translokace - posun ribozomu o jeden triplet • důsledek translokace: peptidyl-tRNA v místě P místo A volné • vazba třetí AK do místa A • ….a opakování….. AUG AUG CAC AUG UAC Met CCU GGA AK2 AUG UAC CCU GGA CAC GUG POSUN 61 Translace - elongace • v průběhu elongace se ribozom postupně posouvá po mRNA a peptid roste • • P místo : vazba první AK (Met) místo vazby vznikajícího peptidu • A místo : vazba další AK mRNA CAC GUG AK5 CAA GUU AK6 AK4 AK3 AK2 Met 62 Translace - terminace • ukončení elongace pokud se na mRNA se objeví terminační kodon • terminační kodon : specifická sekvence bazí (UAA, UGA, UAG) • uvolnění polypeptidového řetězce z vazby na poslední t-RNA 63 Postranslační úpravy • syntéza proteinů: lokalizace - ribozomy vázané na endoplasmatickém retikulu - ribozomy volné • postranslační úpravy proteinů: modifikace - zkracování, glykosylace, fosforylace lokalizace - endoplasmatické retikulum