Název školy: Gymnázium, Chomutov, Mostecká 3000, příspěvková organizace Autor: Datum tvorby: Mgr. Daniela Čapounová 14. 4. 2013 Název: VY_32_INOVACE_06C_19_Proteosyntéza Téma: BIOCHEMIE – Proteosyntéza Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0816

ANOTACE Materiál obsahuje výkladovou prezentaci pro 4. ročník čtyřletého gymnázia (nebo odpovídající ročníky víceletých gymnázií) k tématu „Proteosyntéza“. Pro větší názornost je vloženy odkazy na animace proteosyntézy. Součástí DUM je pracovní list / test, který lze využít pro samostatnou práci, domácí přípravu nebo ověření znalostí studentů při zkoušení. Test je včetně autorského řešení. Jsou zde realizovány mezipředmětové vztahy s biologií. Materiál je určen k interaktivní výuce. Použité zdroje (literární i webové) jsou uvedeny v seznamu citací na konci prezentace.

PROTEOSYNTÉZA = tvorba bílkovin struktura bílkovin kódována geneticky – DNA přepisuje se do mRNA = TRANSKRIPCE podle mRNA je syntetizována vlastní bílkovina = TRANSLACE http://webchemie.cz/proteosynteza.html - animace prosteosyntézy

Obr. 1

LOKALIZACE PROCESŮ PROTEOSYNTÉZY: DNA – bezpečně uložena v jádře, jádro neopouští → transkripce (vznik mRNA) – v jádře mRNA opouští jádro → translace probíhá v cytoplazmě na ribozomech většina ribozomů je na endoplazmatickém retikulu, kde probíhají posttranslační úpravy bílkovin

Obr. 2

TRANSKRIPCE = přepis genetické informace z DNA do mRNA - většinou se transkribuje jeden gen – slouží jako předpis pro vznik konkrétní mRNA (→ konkrétní bílkoviny přesněji: a) u eukaryot - transkripcí vzniká premediátorová pre-mRNA = hnRNA (heterogenní jaderná) → posttranskripčně upravena na mRNA b) bakteriální transkripce – prokaryota - přepisem z DNA vzniká přímo mRNA (bez posttranskripčních úprav)

posttranskripční úpravy hnRNA – v jádře, eukaryota: 1) hnRNA obsahuje: kódující úseky = exony nekódující úseky = introny → ty jsou vystříhány (splicing) 2) na 5‘ konci přidána „čepička“ (= RNA capping) 3) na 3‘ konci přidáno několik set adeninů (polyadenylace, usnadnění transportu přes karyotéku + ochrana před endonukleázami → vznik mRNA

Obr. 3

transkripce řízena enzymy – RNA-polymerázy probíhá ve směru 5‘ → 3‘ pro vznik hnRNA (mRNA) – RNA-polymeráza II pro vznik tRNA – RNA-polymeráza III pro vznik rRNA – RNA-polymeráza I při přepisu DNA platí komplementarita bází NK: A – T C – G (v molekule RNA je místo T zařazen U !!)

Upravená mRNA opouští jádro → na ribozomy – zde TRANSLACE = vlastní tvorba bílkoviny = překlad sekvence nukleotidů mRNA do sekvence AMK v primární struktuře proteinu Pro translaci je potřeba: mRNA tRNA (z cytoplazmy) enzymy katalyzující jednotlivé reakce

Translace probíhá na RIBOZOMECH: volné ribozomy – zde vznik proteinů pro potřeby buňky (zůstanou uvnitř) ribozomy na ER – zde vzniklé proteiny transportovány mimo buňku na jednom vlákně mRNA obvykle seřazeno více ribozomů → tvoří POLYZOM rychlost translace – asi 40 AMK / s malá pravděpodobnost chyb (méně než 1%)

1 – velká podjednotka (40S) 2 – malá podjednotka (60S) S – Svedbergova sedimentační jednotka STRUKTURA RIBOZOMU: 1 – velká podjednotka (40S) 2 – malá podjednotka (60S) - dohromady mají 80S (dáno výslednou strukturou) Ribozom složen z rRNA (tvorba v jadérku) a proteinů Obr. 4

elongace = prodlužování řetězce bílkoviny terminace fáze translace: iniciace elongace = prodlužování řetězce bílkoviny terminace před iniciací musí být aktivovány AMK (spotřeba ATP) aktivované AMK jsou připojeny na 3‘ konec své tRNA http://webchemie.cz/proteosynteza.html - animace prosteosyntézy

Struktura tRNA – jetelový trojlístek: tRNA vzniká transkripcí genů roztroušených na různých místech genomu polymerázou III primární transkript je sestřihem intronů upraven na definitivní tRNA Obr. 5

translace zahájena spojením: Iniciace: uplatňuje se řada eukaryotních iniciačních faktorů (eIF, označeny čísly) translace zahájena spojením: iniciační tRNA (nese Met) eIF2 GTP (zdroj E) SLED DĚJŮ: tento kompex se naváže na malou podjednotku ribozomu pak se k malé podjednotce připojí mRNA (účast dalších eIF) mRNA se posunuje po podjednotce (E z ATP), dokud nenarazí na AUG triplet (kóduje Met) dojde k otevření čtecího rámce (mechanismus zajišťující čtení bází po trojicích) spojení s velkou podjednotkou → zahájení translace

na ribozomu rozlišujeme: Elongace: na ribozomu rozlišujeme: P-místo – vazebné místo pro tRNA nesoucí vznikající peptid A-místo – vazebné místo pro tRNA nesoucí další AMK SLED DĚJŮ: tRNA nesoucí AMK1 je v P-místě, tRNA s další AMK2 je v A-místě mezi oběma AMK se tvoří peptidová vazba AMK1 je uvolněna ze své tRNA tRNA s AMK2 se posune do P-místa, do A-místa přichází další tRNA s AMK3

Terminace: elongace probíhá do doby, než je na molekule mRNA nalezen některý ze stop-kodonů = terminační kodon UAA, UAG, UGA nekóduje žádnou AMK je signálem pro nástup bílkovinného faktoru RF → ten uvolní vzniklý polypeptid z ribozomu většina proteinů transportována do prostoru ER, kde probíhají posttranslační úpravy (odstranění prvního Met a signální sekvence, další štěpení polypetidu – př. inzulin) Průběh translace – animace: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Translation.gif Inzulin vzniká jako preproinzulin, v prostoru ER je odštěpena signální sekvence → proinzulin, z něj je vyštěpen úsek o délce 31 AMK (C-peptid) + spojení řetězců A a B do konečné podoby disulfidickými můstky → vzniká inzulin

Procesy transkripce jsou lokalizovány: PRACOVNÍ LIST / TEST Téma: PROTEOSYNTÉZA Vysvětlete pojem komplementarita bází. Jaké báze v DNA kódují pořadí AMK ve struktuře bílkovin? Jaké báze se uplatňují v RNA? Transkripce je: a. přepis struktury DNA do struktury RNA b. přepis struktury RNA do struktury DNA c. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu DNA d. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu mRNA. Procesy transkripce jsou lokalizovány: a. v cytoplazmě b. v endoplazmatickém retikulu c. v mitochonriální matrix d. v jádře

4) Genetická informace buňky je uložena: a. v molekulách bílkovin b. v molekule mRNA c. v molekule DNA d. v ribozomech 5) Vyberte správné tvrzení: a. Ribozomy prokaryot a eukaryot jsou shodné / rozdílné. b. Transkripcí eukaryotické DNA vzniká / nevzniká finální mRNA. c. Ribozomy jsou tvořeny RNA / bílkovinami / RNA i bílkovinami. d. Ribozomy se uplatňují při translaci / transkripci / replikaci. e. První AMK vznikajícího polypeptidu je vždy Met / Ala / Phe. f. Terminační kodony na mRNA začínají vždy guaninem / uracylem. 6) Kde probíhají posttranskripční úpravy molekuly RNA?

7) Jaký je rozdíl mezi činností volných ribozomů a ribozomů vázaných na endoplazmatickém retikulu? 8) Jednoduše popište strukturu a funkci tRNA. Kde tRNA vzniká a jaký enzym se při jejím vzniku uplatňuje? 9) Vyjmenujte 3 fáze translace. 10) Vysvětlete pojem exony a introny. Na jakém typu nukleové kyseliny se vyskytují? 11) Jaké posttrnaskripční úpravy se uplatňují u eukaryot?

Téma: PROTEOSYNTÉZA - ŘEŠENÍ PRACOVNÍ LIST / TEST Téma: PROTEOSYNTÉZA - ŘEŠENÍ Vysvětlete pojem komplementarita bází. Jaké báze v DNA kódují pořadí AMK ve struktuře bílkovin? Jaké báze se uplatňují v RNA? způsob, jakým jsou dusíkaté báze v DNA spojovány do dvojic. Zajišťuje správnost replikace DNA i přepisování DNA do struktury RNA A – T (U), C – G; v DNA se uplatňují A,T,C,G, v RNA je T nahrazen U Transkripce je: a. přepis struktury DNA do struktury RNA b. přepis struktury RNA do struktury DNA c. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu DNA d. tvorba molekuly bílkoviny podle předpisu mRNA. Procesy transkripce jsou lokalizovány: a. v cytoplazmě b. v endoplazmatickém retikulu c. v mitochonriální matrix d. v jádře

4) Genetická informace buňky je uložena: a. v molekulách bílkovin b. v molekule mRNA c. v molekule DNA d. v ribozomech 5) Vyberte správné tvrzení: a. Ribozomy prokaryot a eukaryot jsou shodné / rozdílné. b. Transkripcí eukaryotické DNA vzniká / nevzniká finální mRNA. c. Ribozomy jsou tvořeny RNA / bílkovinami / RNA i bílkovinami. d. Ribozomy se uplatňují při translaci / transkripci / replikaci. e. První AMK vznikajícího polypeptidu je vždy Met / Ala / Phe. f. Terminační kodony na mRNA začínají vždy guaninem / uracylem. 6) Kde probíhají posttranskripční úpravy molekuly RNA? - v jádře buňky

9) Vyjmenujte 3 fáze translace. - iniciace, elongace, terminace 7) Jaký je rozdíl mezi činností volných ribozomů a ribozomů vázaných na endoplazmatickém retikulu? - bílkoviny vzniklé na volných ribozomech jsou určeny pro potřeby buňky, na ribozomech vázaných na endplazmatickém retikulu vznikají bílkoviny určené „na export“. 8) Jednoduše popište strukturu a funkci tRNA. Kde tRNA vzniká a jaký enzym se při jejím vzniku uplatňuje? - struktura jetelového trojlístku, transportují AMK na místo proteosyntézy (na ribozom), tRNA vzinkají v jádře transkripcí genů roztroušených v různých částech genomu za účasti RNA-polymerázy III. 9) Vyjmenujte 3 fáze translace. - iniciace, elongace, terminace 10) Vysvětlete pojem exony a introny. Na jakém typu nukleové kyseliny se vyskytují? - exony – části hnRNA kódující strukturu bílkovin, introny – nekódující úseky hnRNA 11) Jaké posttrnaskripční úpravy se uplatňují u eukaryot? - vystřižení intronů ze struktury hnRNA, připojení „čepičky, polyadenylace na konci řetězce → úpravami vzniká mRNA

1, 2 – archiv autora 3 - prof. MUDr. ŠTÍPEK, Stanislav DrSc. www.wikiskripta.eu [online]. [cit. 14.4.2013]. Dostupný na WWW: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:%C3%9Aprava_pre-mRNA_eukaryot.png 4 – original uploader: SmilesALotT at en.wikipedia. www.wikiskripta.eu [online]. [cit. 14.4.2013]. Dostupný na WWW: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Ribosome_structure_fixed.png 5 - PROF. MUDR ŠTÍPEK, Stanislav Drsc. www.wikiskripta.eu [online]. [cit. 14.4.2013]. Dostupný na WWW: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Struktura_tRNA.png

Literatura: VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. 2. vydání.Praha: Academia, 1999, ISBN 80-200-0438-6. ABERTS, Bruce; BRAY, Dennis; JOHNSON, Alexander a kol. Základy buněčné biologie - úvod do molekulární biologie buňky. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1998, ISBN 80-902906-0-4. ČÁRSKY, Jozef; KOPŘIVA, Jaroslav a kol. Chemie pro 3. ročník gymnázií. Praha: SPN, 1986, ISBN 14-414-86. LEDVINA, Miroslav a kol. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 2009, ISBN 978-80-246-1416-8.