Genetický kód – transkripce Mgr. Jaroslav Najbert

Označení vzdělávacího materiálu Vzdělávací oblast Vzdělávací obor Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO 620 330 26 Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/01.0050 Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.33 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Nukleové kyseliny Zhotoveno říjen Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní v předmětu biochemie, který integruje vzdělávací obory biologie a chemie. Je zaměřen na význam RNA pro metabolické děje v buňce se zaměřením na transkripci. Předpokládá zvládnutí učiva buněčné biologie vzdělávacího oboru biologie.

Transkripce Transkripce – přepis genetické informace z DNA do RNA Struktura RNA : purinové báze pyrimidinové báze adenin guanin cytosin uracil fosfát ribóza fosfát fosfát ribóza báze báze

Centrální dogma molekulární biologie Je prvním krokem při proteosyntéze (tvorba bílkovin), konečným produktem jsou mRNA, tRNA, rRNA. U bakterií probíhá volně v cytoplazmě, u eukaryot v jádře Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA Proteiny Rychlost transkripce je u eukaryot asi 1200–2000 nukleotidů za minutu (20–30 za sekundu). Gen, kódující bílkovinu, obsahuje 500 – 2 500 000 nukleotidů. V lidském genomu je pouze 1,5% genů, které kódují bílkoviny. Probíhá ve směru 5´- 3´ Reverzní transkripce – pomocí enzymu reverzní transkriptáza – přepis virové RNA do DNA buňky.

Transkripce – navázání na oblast DNA Transkripce zahájena v místě, označovaném jako promotor. Obsahuje specifické kombinace nukleotidů – TATA box, CACA box. Zde nasedají specifické proteiny – transkripční faktory. Ty umožňují enzymům RNA polymeráza (DNA-dependentní RNA polymeráza) zahájení transkripce. RNA polymeráza I – přepis většiny r RNA RNA polymeráza II - přepis m RNA a sn RNA RNA polymeráza III – přepis t RNA a část r RNA

Transkripce - iniciace Iniciace – rozvine se dvoušroubovice DNA (enzymy s helikázovou aktivitou), spustí se tvorba RNA http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Soubor: Simple_transcription_initiation1.svg&page=1 Transkripční faktory se následně uvolňují

Transkripce - elongace Elongace – prodlužování řetězce. Nově vznikající RNA tvořena z pracovního vlákna DNA (pracovní, negativní, antikódující) Druhé vlákno DNA se nezúčastní (paměťové, kódující, pozitivní). Komplementarita bází – nukleotidy vznikajícího vlákna RNA přiřazovány podle schématu A – U, C – G, G – C, T – A http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Soubor:Simple_transcription_ elongation1.svg&page=1

Transkripce - terminace Terminace – ukončení transkripce, vzniklá molekula RNA uvolněna a následně podstupuje posttranskripční úpravy. Signál k ukončení – opakující se adeninové báze na DNA http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Soubor:Simple_transcription_ termination1.svg&page=1 Zvlášť při transkripci rRNA je na jednom vlákně DNA funkčních najednou několik desítek enzymatických komplexů. Centrální dogma „DNA kóduje RNA, RNA kóduje protein“, které se stalo úhelným kamenem molekulární biologie. Podle jeho součásti, tzv. pravidla kolinearity, jsou aminokyseliny v bílkovině uspořádány přesně v takovém pořadí, jaké lze předpovědět z pořadí nukleotidových bází v příslušném úseku DNA. Během posledních zhruba 15 let však byla objevena řada nejrůznějších mechanizmů, umožňujících některým organizmům tu nebo onde striktní linii centrálního dogmatu obejít nebo se i vrátit. Jedná se o editaci mRNA. Ve vznikající mRNA se objevují báze, které nebyly kódovány v DNA. Byly vloženy až při posttranskripčních úpravách. Předlohou jsou nově objevené typy molekul RNA, tzv. guide (vedoucích, řídících) RNA (gRNA).

Posttranskripční úpravy Posttranskripční úpravy – týkají se především mRNA a tRNA. RNA, vzniklou transkripcí, označujeme jako hnRNA (heterogenní nukleární, prekurzorová RNA, primární transkript). 1.Přidání guanosinové čepičky na 5´konec RNA – chrání mRNA před enzymatickým rozštěpením v cytoplazmě. 2.Polyadenylace – přidání sekvence několika desítek až stovek adeninových nukleotidů na mRNA– signál pro ukončení translace (následná tvorba bílkovin).

Posttranskripční úpravy 3. Sestřih (splicing) – konečná úprava hnRNA na mRNA. původní hnRNA obsahuje informace, které souvisí s tvorbou proteinů – exony (přechází z jádra do cytoplasmy) a informace, které pro proteosyntézu nemají význam – introny ( jejich přesun do cytoplazmy je zbytečný) 4. Připojení minoritních bází – tRNA – nezbytné pro vazbu tRNA na ribozomy a správné funkce enzymů

Sestřih rRNA exony introny hnRNA mRNA http://www.youtube.com/watch?v=DISBuAsg0uE&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=_HVmPwnKGvU&feature=related

tRNA 3´ C-C-A – vazebné místo aminokyseliny 5´ Smyčka D – nezbytná pro vazbu na další tRNA Smyčka T – nezbytná pro vazbu na ribozom Smyčka A – antikodon – trojice bází, specifické pro každou aminokyselinu, komplementární k tripletu (kodónu) na mRNA.

rRNA Vzniká jako preribozomální RNA (primární transkript), následuje methylace bází a přeměna uridinu na pseudouridin. Poté sestřihem vznikají 4 typy RNA Vznikající rRNA tvoří až 80% syntetizované RNA v buňce. rRNA vykazuje enzymatickou aktivitu (ribozym), spolu s proteiny tvoří ribozomy. Ribozomální RNA pravděpodobně katalyzuje vznik peptidické vazby

Urči sekvenci nukleotidů Procvičení TAGGCAACG Sekvence nukleotidových bází na pracovním vláknu DNA je ATCCGTTGC. Urči sekvenci nukleotidů na vznikající mRNA. AUGGCUUCG ATCCGTTGC UAGGCAACG

Procvičení Která z odpovědí vystihuje definici promotoru Oblast RNA, odkud je zahájena transkripce Oblast DNA, odkud je zahájena transkripce Oblast RNA, která umožňuje vazbu ribozomů při proteosyntéze Smyčka A na tRNA, která nese antikodon

Zdroje a použitá literatura 1. Genetický kód. [online]. s. 588-590 [cit. 2012-11-10]. Dostupné z: http://www.vesmir.cz/clanek/geneticky-kod 2. Transkripce. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-, 31. 5. 2012 v 17:55 [cit. 2012-11-11]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Transkripce_(DNA) 3. LUKEŠ, Julius. Editování RNA: Platí ještě centrální dogma molekulární biologie?. [online]. [cit. 2012-11-11]. Dostupné z: http://www.vesmir.cz/clanek/editovani-rna 4. JAN MUSIL. Biochemie v obrazech a schématech. II., zcela přepracované vydání. Praha: Avicenum, 1990. 5. MURRAY, Robert K. <i>Harperova biochemie</i>. 23. vyd. Jinočany: H H, 2002, ix, [3], 872 s. ISBN 80-731-9013-3.