52. Genetika buňky, molekulární základy dědičnosti
Nukleové kyseliny
- společně s proteiny nejvýznamnější biomakromolekuly živých soustav
- fce: nositele genetické informace, realizace proteosyntézy (tvorby bílkovin)
- DNA, RNA
-stavba:
1. zbytek od H3PO4 (fosfát)
2. monosacharid:
b - D – ribosa; 2 – deoxy - b - D – ribosa
3. dusíkaté báze: - purinové: adenin (A). guanin (G)
- pyrimidinové: cytosin (C), thymin (T) – pouze v DNA, uracil (U)- pouze v RNA
Primární struktura NK - řetězová
- NK vznikají z nukleotidů propojením fosfátu jednoho nukleotidu a OH sk. na C3 monosacharidu dašího nukleotidu=spojováním nukleotidů vzniká polynukleotidový řetězec (vlákno), které má volné konce:
-5¢ - konec… volná OH skupina na 5. C monosacharidu
-3¢ - konec… volná OH skupina na 3. C monosacharidu
DNA - 2 – deoxy - b - D – ribosa, H3PO4, N- báze (A, G, C, T)
RNA - b - D – ribosa, H3PO4, N- báze (A, G, C, U)
Pojmy!
Nukleosid – skládá se z N – báze a monosacharidu, vzájemně spojené N – glykosidickou vaybou/C1, N9/(adenosin, guanosin, cytidin, thymidin, uridin)
Nukleotid – stavební základ NK, složený z nuleosidu (N – báze+monosacharid) a esterově vázaný zbytek H3PO4 na monosacharid/C5/
Sekundární struktura – dvoušroubovice
- tvořena 2 polynukleotidovými řetězci stočenými kolem sebe=dvoušroubovice
- pravotočivá, stabilizovaná H-vazbami vždy mezi stejnými bázemi protilehlých řetězců
- báze protilehlých řetězců jsou k sobě vzájemně komplementární,
- jsou spojeny vodíkovými můstky(A=T, A=U ® 2H vazba; CºG ®3H vazby
- oba řetězce DNA jsou antiparalelní – liší se směrem fosfodiesterových vazeb (jedno vlákno ve směru 5¢®3¢, druhé vlákno ve směru 3¢®5¢
- průměr 2 nm, báze obsazují jádro dvoušroubovice, fosfodacharidy jsou na okrajích
- šroubovice má 10 párů bází na závit, jeden závit na výšku deseti bází, tj. 3,4 nm
- dalšími stabilizujícími prvky jsou van der Waalsovy síly mezi sosuedními bázemi
- vytvářením iontových a H-vazeb díky přítomnosti záporně nabitých atomů O z volných hydroxylových zbytků H3PO4 , které jsou plně ionizovány může DNA tvořit různá prostorová uspořádání=konformace dvoušroubovicových molekul v závislosti na sledu nukleotidů, vlhkosti (množství vody), pH, přítomnosti solí. DNA typy A, B, C, D, Z, za fyziologických podmínek výhradně typ B (prostředí s alespoň 92%vody), v prostředí s nižším obsahem vody než je 75% se vratně B-DNA mění na A – DNA je širší (11 párů bází na závit) a plošší. Z – DNA je ještě širší (12párů bází na závit) a je levotočivá
Terciální a kvartérní struktura
Ø prokaryotní organismy
- cyklické DNA, nemají volné konce
- dihelikální prstenec, který se dále kroutí do pravo či levotočivé struktury zvané SUPERHELIX
- patří sem : nukleoid=prokaryotní chromozom, plazmidy, DNA- mitochondrií a chloroplastů
Ø eukaryotní organismy
- lineární, pentlicovité útvary – chromozomy- vznik:
- CHROMATIN – nukleohistonové vlákno – základní stavební jednotka chromozomu(DNA+histony), DNA se stáčí kolem oktetu histonů o 1,74 závitu=NUKLEOZOM, dalším stáčením se tvoří SOLENOID, další kondenzací CHROMOZOM
- druhy histonů:H1, H2A, H2B, H3, H4
- histon H1 je připojen k DNA v oblasti mezi nukleozomy
- chromozom se nachází v jádře eukaryotické buňky, které je zřetelně ohraničeno dvojitou biomembránou od okolní cytoplazmy, uvnitř jádra se nachází 1 nebo více jadérek(nucleolus)
- význam chromozomu: nositel dědičné informace (díky DNA, ze které je složen)
- stavba chromozomu:
- primární konstrikce(zaškrcení)- centromera – slouží k upevnění chromozomu k mikrotubulům dělicího vřeténka(centrioly) při mitóze; rozděluje chromozom na 2 ramena
- 2 ramena- k
- kratší rameno – p …na tomto rameni chromozomu Y se vyskytuje tzv. pseudoautozomální oblast vykazující vysoký stupeň homologie sekvence DNA.V tomto lokusu jsou gonozomy X a Y homologní. Význam:vyskytuje se zde SRY (sex – determing region) – její primární produkt „zapíná“ difernciaci varlat ze společného embryonálního vávinu.
§ delší rameno – q
- podélně je chromozom rozdělen na 2 chromatidy
- sekundární konstrikce
- telomera – koncová část ramena
- satelity(někdy)
- umístění centromery je v každém chrom. konstantní a pro něj charakteristické, a je proto důležité pro identifikaci chromozomů v karyotypu
- podle umístění centromery v chromozomu rozlišujeme následující typy:
§ metacentrický – centromera uprostřed
§ submetacentrický(u člověka) – centromera méně či více posunuta k jednomu konci)
§ akrocentrický – centromera téměř na konci
§ telocentrický – centromera na samém konci
- chromozom je nejlépe pozorovatelný a barvitelný v metafázi
- metoda proužkování chromozomů slouží k lepší orientaci mezi rameny p, q
- spočívá ve specifickém nabarvení chromozomů v mikroskopickém preparátu, kterým vzniknou po délce každého z nich příčné proužky, ty jsou různě široké a vzájemně oddělené opět různě širokými nezbarvenými proužky.Na každém chromozomu se tak objeví specifický vzorec příčného proužkování
RNA
- zpravidla jeden polynukleotidový řetězec (výjimkou jsou dsRNA viry), nemá taj pravidelnou strukturu jako DNA, i kdzž některé úseky RNA se také váží proti sobě komplementárními bázemi(H – vazby) a tvoří úseky dvoušroubovic
- v RNA jsou vázány tzv. minoritní báze (pseudouridin, hypoxantin, inosin, 1 – methylguanin, 5 – methylcytosin)
Formy RNA:
§ m – RNA…mediátorová, messenger, informační
§ r – RNA…ribozomální (tvoří základ ribozomu)
§ t – RNA…transférová, přenosová (přenáší aktivované AMK z cytoplazmy na ribosomy)
§ n – RNA…nukleová=prekurzor pro všechny druhy RNA
§ c – RNA…chromatinová=součást chromatinu, aktivátory či represory genů
§ hn – RNA… heterogenní jaderná, tzv. pre – mRNA
Syntéza vždy přepisem z matrice DNA.
Ústřední dogma molekulární biologie.
Přenos genetické informace je jedině možný z nukleové kyseliny do nukleové kyseliny nebo z nukleové kyseliny do proteinu, ale její zpětný přenos z proteinu do nukleové kyseliny možný není.(Francis Crick)
DNA transkripce RNAtranslace PROTEIN
zpětná transkripce
replikace replikace
DNA RNA
REPLIKACE (prokaryot. chromozomu)
=tvorba kopií molekul nukleových kyselin zajišťující přenos genetické informace z DNA do RNA nebo z RNA do RNA
- gen. info se přenáší z jedné molekuly NA do jiné molekuly stejného typu. Vzniká REPLIKA - kopie
- probíhá semikonzervativním, ale také i semidiskontinuálním způsobem (Jeden vedoucí řetězec se syntetizuje na matrici kontinuálně, spojitě. Druhý je diskontinuální, opožďující se, syntetizuje se pomocí Okazakiho fragmentů, podrobněji viz níže.
- 1.replikace začíná od místa ORI (origo) vytvořením replikační vidlice
- 2. probíhá od 3´konce RNA primeru
- 3. rozpletení dvoušroubovice DNA enzymem helikáza ®zrušení vodíkových vazeb
- oba její řetězce slouží jako matrice (templáty) pro syntézu komplementárního řetězce – dceřinné molekulyDNA zachovávají stejnou gen. informaci jako půvdní mateřská molekula
- !v nově dosyntetizované DNA je 1 vlákno z původní mateřské DNA!
- 4. na uvolněné matricové řetězce se podle pravidel komplementarity váží volné nukleotidy za katalytického působení DNA – polymerázy I(katalyzuje hydrolýzu fosfodiesterových vazeb, má endo /exo – nukleázovou fci
- 5. ukončení odstraněním primerů, spojení ligázou
I. kontinuální syntéza vedoucího DNA – řetězce
- proces připojování nukleosid 5´monofosfátu k ...
everesta