Zpět na: Biologie
Exprese genetické informace
K expresi (přenosu) genetické informace dochází dle dogmatu molekulární biologie pouze jedním směrem – z informace uložené v DNA do proteinu. Dle této teorie není možné z RNA ani z proteinů přepisovat informaci zpět do DNA.
Výjimku tvoří viry, které mají enzym reverzní transkriptáza – jsou schopny přepsat informaci ze své RNA do DNA hostitelské buňky.
Z proteinů informaci do DNA zpětně přepsat nelze, protože jedna aminokyselina může být kódována několika různými kombinacemi nukleotidů – podrobněji viz genetický kód.
Schéma exprese genetické informace:
Dochází k transkripci (přepisu) DNA na RNA a dále k translaci RNA do proteinů. Ke zpětnému přepisu (reverzní transkripci) RNA do DNA dochází pouze za účasti enzymu reverzní transkriptáza. U DNA i RNA může docházet k replikaci.
Proteosyntéza
Proteosyntéza je proces tvorby proteinu – nejdříve dochází k transkripci (přepsání) určitého úseku DNA do mRNA a následně proběhne translace a dojde k vytvoření konkrétního proteinu.
Transkripce
- přepis z DNA do mRNA na základě komplementarity bazí
- dochází k přenosu informací z jádra do cytoplazmy, kde může dojít k translaci
- účast enzymu RNA-polymerázy (katalyzuje tvorbu RNA)
DŮLEŽITÉ: Transkripce jednotlivých nukleotidů z DNA do RNA
A = adenin, U = uracil, T = thymin, C = cytosin, G = guanin
Uracil se nachází POUZE v RNA, thymin se nachází POUZE v DNA! Adenin se páruje s uracilem v RNA a s thyminem v DNA.
Příklad: Pokud máme v DNA sérii nukleotidů AACGTAGC, jak bude vypadat vzniklá mRNA?
Odpověď: Vzniklá mRNA je UUGCAUCG
Fáze transkripce:
- Iniciace – otevření DNA šroubovice
- Elongace – syntéza RNA řetězce (ve směru 5´-> 3´) za účasti RNA-polymerázy
- Terminace – konec přepisu, uvolnění vzniklé mRNA
- k přepisu do RNA slouží vždy jen jedno vlákno DNA (vlákno pracovní = matricové, negativní), které je ve směru 3´->5´
- druhé vlákno DNA má význam jako tzv. vlákno paměťové = kódující, pozitivní) a je ve směru 5´ -> 3´
Nově vznikající vlákno RNA se tvoří podle vzoru na pracovním (matricovém) vlákně DNA, RNA vzniká antiparalelně ve směru 5´->3´. Vzniklá mRNA má stejnou sekvenci nukleotidů jako paměťové (kódující) vlákno DNA – jen místo thyminu je v RNA uracil.
Posttranskripční úpravy
K těmto úpravám mRNA dochází pouze u eukaryot a to ihned po trankripci. Pro eukaryota je typické, že jedna molekula mRNA kóduje jeden protein.
- primární transkript nazýváme pre-mRNA (vlákno mRNA vzniklé přepisem z DNA)
- sestřih = splicing – dochází k sestavení funkční mRNA, vznikají:
- introny – nefunkční úseky pre-mRNA, zůstávají v jádře a nepodílejí se na vzniku funkční mRNA
- exony – kódující sekvence, které tvoří funkční mRNA
Introny jsou vystřiženy a zůstávají v jádře, exony se spojí a tvoří funkční mRNA, která je dále v cytoplazmě translatována do proteinů.
Operon
- struktura, kterou nalézáme pouze u prokaryot
- jedná se o úsek molekuly DNA, který kóduje více různých proteinů – dochází ke společné transkripci těchto genů – jedna vzniklá molekula mRNA kóduje několik různých proteinů
- neexistují zde introny a exony!
Důležitá poznámka:
Molekuly rRNA a tRNA také vznikají transkripcí, ale nepodléhají translaci.
Translace
- překlad genetické informace z mRNA do proteinu
- probíhá v cytoplazmě na ribozomech (ribozomy mohou být volně v cytoplazmě nebo vázané na drsné endoplazmatické retikulum)
- účast všech 3 typů RNA (mRNA, tRNA, rRNA)
Průběh translace
- navázání mRNA na ribozom a následné spojení malé a velké podjednotky ribozomu
- iniciace – zahájení translace, od start kodonu AUG
- elongace – tvorba peptidické vazby mezi jednotlivými AK, růst polypeptidického řetězce
- terminace – stop kodony UGA, UAA, UAG – uvolnění vzniklého proteinu
tRNA
Molekula tRNA slouží k přenosu aminokyseliny, která je volně v cytoplazmě, na správné místo – tedy do polypeptidového řetězce, kde je nutné aminokyseliny zařadit ve správném pořadí.
Každá aminokyselina (AK) má svou specifickou tRNA. Tato tRNA má antikodon (trojice nukleotidů), který se páruje s kodonem na mRNA a přiřazuje tak jednotlivé AK do proteinu ve správném pořadí. Enzym aminoacyl–tRNA syntáza odpovídá za přiřazení aminokyseliny ke své molekule tRNA.
Příklad: Kodon na mRNA je AUC, s jakým antikodonem tRNA se bude párovat?
Odpověď: antikodon tRNA je UAG
Vazebná místa na ribozomu
- A-místo (aminoacylové)
- sem vstupuje tRNA nesoucí AK a váže se na mRNA
- dochází k párování kodonu (mRNA) a antikodonu (tRNA) – na základě komplementarity bází
- P-místo (peptidylové)
- dochází k posunu tRNA nesoucí polypeptid prodloužený o 1 AK do tohoto místa
- E-místo
- tRNA bez AK zde opouští ribozom
- polyribosom = na jednu molekulu mRNA obvykle nasedá několik ribosomů zároveň – dochází k produkci několika kopií stejného proteinu (rychlejší průběh)
Genetický kód
- soubor pravidel pro přepis z mRNA do proteinů
- skupina 3 nukleotidů (tripletů) na mRNA = kodon
- je univerzální – platí pro všechny eukaryontní geny
- je nepřekrývaný – triplety na mRNA jsou překládány jeden za druhým
- je degenerovaný – některé aminokyseliny jsou kódovány více než jedním tripletem
U eukaryot existuje 20 proteinogenních aminokyselin, ale zároveň 64 možných kombinací tripletů (43) -> je tedy více kodonů než aminokyselin. Z toho vyplývá, že každá aminokyselina může být kódována více různými kodony. Toto shrnuje následující tabulka (vlevo kodon a vpravo zkratka kódované aminokyseliny):
Tabulku není nutné znát nazpaměť, je zde pouze pro představu, jak funguje genetický kód.
Příklad: V mRNA se vyskytuje kodon UUA. Jaká aminokyselina bude zařazena do řetězce? Jaké jsou další kodony, které kódují tuto aminokyselinu?
Odpověď: Kodon UUA kóduje aminokyselinu leucin (antikodon na tRNA je AAU – dojde k napojení na základě komplementarity bází). Leucin může být nakódován také kodony UUG, CUU, CUC, CUA, CUG.
Rozlišujeme také speciální kodony:
- Start kodon – AUG – vždy na začátku každého nově tvořeného peptidického řetězce, kóduje AK methionin (tato AK je tedy vždy jako první v primární struktuře proteinů, pokud není odstraněna posttranslačními úpravami)
- Stop kodon – ukončuje translaci – UAA, UAG, UGA
Související příklady, které se vyskytují v přijímacích zkouškách:
Kolik aminokyselin může být kódováno?
- normální DNA:
4 báze, kodon tvoří trojice (triplety)
43 = 64 možných kombinací
2. teoreticky:
3 báze, kodon tvoří dvojice
32 = 9 možných kombinací
Počet bází, které máme k dispozici, umocníme na počet bází v jednom kodonu – v příkladech je to znázorněno barevně.
Důležité je pochopit, jak jsme došli k počtu možných kombinací a tím pádem k možnému počtu existujících aminokyselin – potom budeme schopní vypočítat i hypotetické příklady, kde se bude lišit počet bází a jejich řazení oproti normální DNA.
Poznámka: Semiautonomní organely
Mitochondrie a chloroplasty mají vlastní proteosyntetický aparát a nukleové kyseliny – jsou schopné tvorby některých proteinů a replikace nezávisle na jádře.
Video shrnující proteosyntézu: