DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0967 Název projektu Zlepšení podmínek pro vzdělávání na MGO Název školy Matiční gymnázium Ostrava,Dr. Šmerala 25/2565, 728 04, Ostrava Název materiálu Proteosyntéza Autor RNDr. Mgr. Tomáš Adamus, Ph.D. Tematický okruh Biologie člověka a genetika Ročník 3. a 4. ročník (septima, oktáva) Vytvořeno 27. 5. 2014 Anotace Cílem je zopakovat a procvičit problematiku proteosyntézy. Metodický pokyn Předložený materiál se zabývá problematikou proteosyntézy, tedy syntézy proteinů, jež se uskutečňuje především díky procesům zvaným transkripce a translace. Dochází tak k vyjádření genetické informace (expresi genů). Materiál lze využít k podpoření výchovně vzdělávacího procesu v biologii i chemii, nejčastěji v předposledním a posledním ročníku gymnaziálního vzdělávání. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.

Proteosyntéza O čem to celé je? Inu o ničem jiném, než o tom , jak vznikají bílkoviny = proteiny. Je to vlastně podstata realizace genetické informace, tedy exprese genů. Na konci tohoto zásadního molekulárně biologického procesu, není nic jiného než protein (případně peptid). Takže máme proces „od genu k proteinu“. Díky tomuto procesu se tedy vytvářejí geneticky podmíněné kvalitativní a kvantitativní znaky. Jak to vypadá, ukazuje následující schéma. Tak se prosím pozorně „zakoukejte“.

Právě „přilétá“ proteosyntéza ve své schématické podobě Právě „přilétá“ proteosyntéza ve své schématické podobě. Tak se pozorně dívejte.

V levé části schématu vidíme znázorněnou transkripci, tedy proces vedoucí ke vzniku různých typů RNA.

Transkripce – přepis DNA Transkripce představuje přepis genetické informace z molekuly DNA do molekuly RNA. Jedná se o enzymatický proces. nejprve při něm dochází k rozvolnění dvoušroubovicové struktury DNA v oblasti zvané promotor. Po uvolnění vazeb s histony dochází na jednom z jejích vláken k transkripci, tj. k přepisu bází z DNA do RNA v odpovídajícím komplementárním pořadí. Místo thyminu jsou k deoxyribonukleotidům s adeninem přiřazovány ribonukleotidy s  uracilem.

Komplementární ribonukleotidy se spojují (fosfo)diesterickými vazbami v souvislý polyribonukleotidový řetězec např. messenger RNA (mRNA). Pořadí nukleotidů v mRNA je tedy komplementární k sekvenci nukleotidů matricového řetězce DNA. Obdobně vznikají ostatní typy RNA (rRNA v jadérku). Zásadním enzymem potřebných pro transkripci je RNA polymeráza (transkriptáza).

Transkripce je, podobně jako replikace a translace, členěna do tří na sebe navazujících fází, pojmenovaných stejně jako u replikace : iniciace, elongace, terminace.

Rozdíly v transkripci u prokaryot a eukaryot Jak již bylo uvedeno dříve, je transkripce u eukaryot složitější než u prokaryot. Eukaryotická RNA je po transkripci (tzv. primární transkript) totiž dále upravována potranskripčními úpravami. Mezi posttranskripční úpravy patří např. setřih mRNA, kdy dochází k enzymatickému vystřižení (vyštěpení) přepsaných intronů. Takovéto „hotové“ RNA prochází póry v jaderné membráně do cytoplazmy a mohou tak začít plnit svoji funkci.

Translace - překlad mRNA v určitý sled aminokyselin polypeptidového řetězce. Translace je, podobně jako replikace a transkripce, členěna do tří na sebe navazujících fází, pojmenovaných stejně jako u replikace (popisováno s důrazem na prokaryota): iniciace, elongace, terminace.

V pravé části schématu vidíme znázorněnou translaci, tedy proces vedoucí ke vzniku různých bílkovin, či peptidů.

Translace se uskutečňuje podle pravidel genetického kódu, tj Translace se uskutečňuje podle pravidel genetického kódu, tj. určitá trojice, triplet bází mRNA (= kodon), určuje specifickou aminokyselinu, která je k ribozomům přenášena pomocí transferové RNA (tRNA). Probíhá na ribozomech. Výsledkem je vznik řetězce peptidu či bílkoviny. Ten je ještě upraven postranslačními úpravami do finální podoby proteinu s danou konformací.

Iniciace translace je zahájena napojením molekuly mRNA na ribozóm ve specifickém vazebném místě (iniciačním kodonem – AUG), na které se následně navazuje i odpovídající molekula tRNA s navázanou aminokyselinou (aktivovaná tRNA). Posunem celého komplexu do dalšího (druhého) vazebného místa ribozómu se do původního vazebného místa posune další kodón mRNA a může se tak na něj navázat další odpovídající tRNA s další aminokyselinou.

Prostorová orientace navázaných aminokyselin je optimální pro vytvoření peptidové = peptidické vazby. Zároveň dochází k uvolnění předcházející tRNA, jež následně ribozóm opouští. Opakováním tohoto procesu vzniká řetězec vzájemně vázaných aminokyselin, polypeptid. Sekvence aminokyselin (tzv. primární struktura bílkoviny) je určována sekvencí nukleotidů molekuly mRNA.

A, do něhož se váže aminoacyl-tRNA, Ribozom sestává z velké a malé podjednotky. Na velké podjednotce ribozomu jsou dvě základní vazebná místa: A, do něhož se váže aminoacyl-tRNA, P, kam se váže peptidyl-tRNA (tRNA, na níž je prostřednictvím C-koncové aminokyseliny navázán peptid, o jehož syntézu se právě jedná), přičemž obě tRNA jsou prostřednictvím vodíkových můstků navázány na mRNA (vazby mezi antikodony a kodony), která kóduje syntézu daného polypeptidu.

Terminace translace je uskutečněna tím, že se do druhého vazebného místa ribozómu dostane některý z terminačních kodónů mRNA (UAA - ochre, UAG – amber, UGA – opal). Pro tyto zmiňované kodóny neexistuje odpovídající typ tRNA s komplementárním antikodónem. Na předcházející aminokyselinu v polypeptidu se tak nemůže peptidickou vazbou napojit žádná další aminokyselina. Peptid se z ribozomu uvolní a translace je ukončena.

Genetický kód Genetický kód představuje souhrn biologicky podmíněných pravidel pro realizaci genetické informace je to klíč. Pro genetický kód v zásadě platí, že je:   tripletový (triplet = trojice nukleotidů), univerzální (platnost prakticky u všech organizmů, pozor však na nové objevy u mitochondriální DNA), nepřekrývající se (nukleotid jedné trojice nemůže patřit jiné), degenerovaný (aminokyseliny mohou být kódovány více než jedním tripletem).

Tab. Degenerace genetického kódu – vlevo, nahoře a vpravo jsou jednotlivé báze nukleových kyselin, uprostřed tabulky jsou pak příslušné aminokyseliny (ve zkratkách) odpovídající dané kombinaci tří nukleotidů, tedy konkrétnímu tripletu. Zkratka term znamená terminační kodon. Jedná se o zobrazení části genetického kódu.   U C A G U Phe Ser Tyr Cys C A G Leu Ser term. term. Leu Ser term. Trp Val Ala Asp Gly Val Ala Glu Gly

Odkaz na animaci transkripce http://www.youtube.com/watch?v=WsofH466lqk&feature=relmfu

Odkaz na animace translace http://www.youtube.com/watch?v=5bLEDd-PSTQ

Zdroje: Nečas, O. et al. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Nakladatelství HH, 2003, ISBN 80-860-2246-3. Malachová, K., Pečinka, P.: Obecná biologie. Učební texty Ostravské Univerzity. 2007 McMurry, J.: Organická chemie. VUT Brno, VŠCHT Praha, 2007 Romanovský, A. a kol.: Obecná biologie. SPN Praha 1985 Rosypal, S. et al.: Nový přehled biologie. Scientia, Praha, 2003 Rosypal, S. et al.: Přehled biologie. Scientia spol. s r.o. pedagogické nakladatelství Praha, 1994

Dobiáš, L. Repetitorium z buněčné a molekulární biologie Dobiáš, L. Repetitorium z buněčné a molekulární biologie. Multex Soft Ostrava, 2003 Animace transkripce. Dostupné na: http://www.youtube.com/watch?v=WsofH466lqk&feature=relmfu Animace translace. Dostupné na: http://www.youtube.com/watch?v=5bLEDd-PSTQ