NUKLEOVÉ KYSELINY ZÁKLAD ŽIVOTA Sestavila: Jana Svobodová

Já jsem chytrý panáček. Řeknu vám spoustu zajímavých a neuvěřitelných informací. Já jsem panáček zvědavý. O nukleových kyselinách zatím nic nevím a tak se na ně moc těším, mé všetečné otázky snad pomohou i vám se lépe zorientovat a vše pochopit.

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky Co znamená biomakromolekulární ? bio – vyskytují se v živých organizmech makromolekulární - složeny z velkého počtu atomů spojených vazbou

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky VÍTE , že struktura nukleových kyselin byla objevena až v roce 1953 pány Watsonem a Crickem ?

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky Znáte nějaký typ nukleové kyseliny ? 2 typy : DNA - deoxyribonukleová kyselina RNA - ribonukleová kyselina

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky 2 typy : DNA - deoxyribonukleová kyselina RNA - ribonukleová kyselina A co znamená A ve zkratkách DNA, RNA ? acid – z angličtiny, mezinárodní označení pro kyselinu Výskyt : v každé živé buňce V kterých částech buňky bych je našel ? DNA - lokalizovaná v buněčných organelách – JÁDRO, MITOCHONDRIE, CHLOROPLASTY ( pouze u rostlin  ) RNA – pohyblivá, nalezneme ji v jádře, cytoplazmě, součást ribozómů, ...

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky 2 typy : DNA - deoxyribonukleová kyselina RNA - ribonukleová kyselina Výskyt : v každé živé buňce DNA - lokalizovaná v buněčných organelách – JÁDRO, MITOCHONDRIE, CHLOROPLASTY ( pouze u rostlin  ) RNA – pohyblivá, nalezneme ji v jádře, cytoplazmě, součást ribozómů, .. Jakou funkci nukleové kyseliny plní ? Funkce : uchování (DNA) a přenos (RNA) genetické informace obsahují informace pro průběh všech životních procesů

Patří mezi BIOMAKROMOLEKULÁRNÍ látky 2 typy : DNA - deoxyribonukleová kyselina RNA - ribonukleová kyselina Výskyt : v každé živé buňce DNA - lokalizovaná v buněčných organelách – JÁDRO, MITOCHONDRIE, CHLOROPLASTY ( pouze u rostlin  ) RNA – pohyblivá, nalezneme ji v jádře, cytoplazmě, součást ribozómů, .. Funkce : uchování (DNA) a přenos (RNA) genetické informace obsahují informace pro průběh všech životních procesů

Stavba : sekundární – uspořádání řetězce v prostoru primární – stavba řetězce sekundární – uspořádání řetězce v prostoru RNA DNA

Primární stavba : stavební jednotka : NUKLEOTID složena ze 3 částí: DEOXYRIBONUKLEOTID v DNA RIBONUKLEOTID v RNA složena ze 3 částí: BAZICKÁ SACHARIDOVÁ KYSELÁ

Primární stavba : stavební jednotka : NUKLEOTID DEOXYRIBONUKLEOTID v DNA RIBONUKLEOTID v RNA NEUVĚŘITELNÉ, v jedné živočišné buňce je asi 1 metr DNA, tedy asi 3.109 nukleotidů

zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné H2PO4- - fosfát KYSELÁ část: váže se na 5’ uhlík sacharidové části esterovou vazbou Co je to ta esterová vazba?

zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné H2PO4- - fosfát KYSELÁ část: zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné H2PO4- - fosfát váže se na 5’ uhlík sacharidové části esterovou vazbou SACHARIDOVÁ část: pětiuhlíkatý cukr (pentosa) v DNA: 2-deoxy -D-ribosa v RNA: D- ribosa Naleznete rozdíl ve struktuře těchto dvou vzorců ?

zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné H2PO4- - fosfát KYSELÁ část: zbytek kyseliny trihydrogenfosforečné H2PO4- - fosfát váže se na 5’ uhlík sacharidové části esterovou vazbou SACHARIDOVÁ část: pětiuhlíkatý cukr (pentosa) v DNA: 2-deoxy -D-ribosa v RNA: D- ribosa 5 5 4 1 4 1 3 2 3 2 Jak bychom očíslovali uhlíkové řetězce?

BAZICKÁ část: deriváty dusíkatých bází heterocyklických sloučenin purinu a pyrimidinu Vskutku komplikovaná věta. Co znamená heterocyklická sloučenina a co je ta dusíkatá báze? heterocyklická sloučenina - má v cyklu zabudován nejméně 1 heteroatom (P,S,O,N... ) místo atomu C dusíkatá báze - v cyklu je alespoň 1 atom N sloučenina má bazické vlastnosti

BAZICKÁ část: deriváty dusíkatých bází heterocyklických sloučenin purinu a pyrimidinu váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou Esterovou vazbu už znám a vysvětlíte mi N-glykosidovou? Vytvoření vazby mezi glykosidem a atomem N druhé sloučeniny (dusíkatou bází, aminokyselinou... ) provázené odštěpením vody.

váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou BAZICKÁ část: deriváty dusíkatých bází heterocyklických sloučenin purinu a pyrimidinu váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou Purinové báze : ADENIN- Ade - A GUANIN- Gua- G Pyrimidinové báze : URACIL- Ura - U CYTOSIN- Cyt -C THYMIN- Thy -T

váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou BAZICKÁ část: deriváty dusíkatých bází heterocyklických sloučenin purinu a pyrimidinu váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou GUANIN URACIL CYTOSIN THYMIN ADENIN V DNA: A, G, C, T V RNA: A, G, C, U Kterými PYRIMIDINOVÝMI bázemi se od sebe DNA a RNA liší ?

váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou BAZICKÁ část: deriváty dusíkatých bází heterocyklických sloučenin purinu a pyrimidinu váže se na 1’ uhlík sacharidové části N-glykosidovou vazbou GUANIN URACIL CYTOSIN THYMIN ADENIN A, G, C, T V DNA: A, G, C, U V RNA: Kterými PYRIMIDINOVÝMI bázemi se od sebe DNA a RNA liší ?

báze + sacharid + fosfát NUKLEOSID: sacharidová část s bází DEOXYRIBONUKLEOSID v DNA RIBONUKLEOSID v RNA Jaký je tedy rozdíl mezi NUKLEOSIDEM a NUKLEOTIDEM ? NUKLEOSID NUKLEOTID báze + sacharid báze + sacharid + fosfát

5’konec 3‘ (-OH skupina na 3’C) 3’konec spojováním NUKLEOTIDŮ  polynukleotidový řetězec 5’konec Fosfodiesterové vazby vznikají mezi fosfátem na 5’C jednoho sacharidu a -OH skupinou na 3’C sacharidu následujícího, provázené odštěpením vody. Každý řetězec má tedy 2 konce : 3‘ 3‘ (-OH skupina na 3’C) 5’( fosfátová skupina na 5’C ) 5‘ 3’konec

DNA : Sekundární stavba : pravotočivá dvoušroubovice Čím je způsobeno, že ty dva řetězce drží pohromadě? Báze nukleotidů směřují dovnitř struktury, tvorba vodíkových můstků - párování bází  stabilizace dvoušroubovice

DNA : Sekundární stavba : pravotočivá dvoušroubovice je stabilizovaná vodíkovými můstky mezi bázemi Párovat se mohou libovolné dvě báze? Ne, vodíkové můstky se vždy vytváří mezi

DNA : Sekundární stavba : tzv. KOMPLEMENTARITA bází pravotočivá dvoušroubovice je stabilizovaná vodíkovými můstky mezi bázemi Párovat se mohou libovolné dvě báze? Ne, vodíkové můstky se vždy vytváří mezi ADENINEM THYMINEM 2 můstky CYTOSINEM GUANINEM 3 můstky tzv. KOMPLEMENTARITA bází

DNA : Sekundární stavba : 3‘ 5‘ pravotočivá dvoušroubovice je stabilizovaná vodíkovými můstky mezi bázemi párování bází  komplementarita ADENIN THYMIN 2 můstky CYTOSIN GUANIN 3 můstky řetězce dvoušroubovice jsou komplementární a antiparalelní Vysvětlíte mi, co znamená antiparalelní ? Tam, kde je 5‘ konec jednoho řetězce, je 3‘ konec druhého. 5‘ 3‘

DNA : Sekundární stavba : Pokud je pořadí bází v polynukleotidovém řetězci G T A A C G G T C A jaké bude pořadí v řetězci komplementárním? C A T T G C C A G T

RNA : Sekundární stavba : jednořetězcová, různě smotaná Párují se báze i v RNA ? Ano, pokud se setkají dva komplementární úseky, vytváří se mezi nimi vodíkové můstky.

RNA : Sekundární stavba : jednořetězcová, různě smotaná Párují se báze i v RNA ? Ano, pokud se setkají dva komplementární úseky, vytváří se mezi nimi vodíkové můstky.

RNA : Sekundární stavba : jednořetězcová, různě smotaná V RNA se místo THYMINU vyskytuje URACIL, s jakou bází se páruje ? ADENIN URACIL 2 můstky CYTOSIN GUANIN 3 můstky

REPLIKACE DNA : dATP - deoxyadenosintrifosfát = reduplikace, zdvojení oba řetězce slouží jako předloha  templát Jaké “SUROVINY“ jsou k replikaci DNA potřeba? 1) původní DNA - templát 2) deoxyribonukleotidy ve formě trifosfátů : dATP - deoxyadenosintrifosfát dGTP - deoxyguanosintrifosfát dCTP - deoxycytidintrifosfát dTTP - deoxythymidintrifosfát 3) soubor enzymů katalyzujících replikaci

REPLIKACE DNA : PRŮBĚH: 1) rozvolnění krátkého úseku DNA přerušení vodíkových můstků mezi bázemi pomocí enzymů

REPLIKACE DNA : PRŮBĚH: 1) rozvolnění krátkého úseku DNA přerušení vodíkových můstků mezi bázemi pomocí enzymů 2) postupné připojování deoxyribonukleotidtrifosfátů na základě komplementarity bází katalyzováno enzymy

REPLIKACE DNA : A to nikdy nedojde k připojení špatného deoxyribonukleotidu? Ano, ale většina chyb je enzymy opravena.

REPLIKACE DNA : Neuvěřitelné, taková přesnost ! POROVNEJTE ! letištní odbavovací systém - 1 ztracené zavazadlo z 200 profesionální písařka - 1 chybný úder z 250 replikace DNA- 1 chybně zařazený nukleotid z 10 milionů zkopírovaných

REPLIKACE DNA : A ta rychlost ! Celá DNA v živočišné buňce, což je asi 3 . 109 nukleotidů, se zkopíruje cca za 8 hodin. Tedy za 1 sekundu se přiřadí 104 167 nukleotidů.

REPLIKACE DNA : růst řetězce ve směru 5´ 3´ 1) rozvolnění krátkého úseku DNA přerušením vodíkových můstků mezi bázemi 2) postupné připojování deoxyribonukleotidtrifosfátů - komplementarita bází růst řetězce ve směru 5´ 3´

REPLIKACE DNA : vlákno původní vlákno nové 1) rozvolnění krátkého úseku DNA přerušením vodíkových můstků mezi bázemi 2) postupné připojování deoxyribonukleotidtrifosfátů - komplementarita bází růst řetězce ve směru 5´ 3´ 3) výsledkem replikace DNA jsou 2 dvoušroubovice DNA každá obsahuje: vlákno původní vlákno nové

REPLIKACE DNA : A k čemu vlastně slouží kopie DNA? Replikace je většinou následovaná dělením buňky.

REPLIKACE DNA : NOVÁ DNA : DVOUŠROUBOVICE STABILIZOVANÁ VODÍKOVÝMI VAZBAMI VLÁKNA KOMPLEMENTÁRNÍ ANTIPARALELNÍ

OD DNA K PROTEINU : DNA RNA PROTEIN TRANSKRIPCE TRANSLACE

DNA RNA PROTEIN OD DNA K PROTEINU : TRANSKRIPCE TRANSLACE 1) buňka potřebuje protein 2) rozvolní se část DNA obsahující gen pro tento protein 3) dojde k přepisu odpovídající části DNA do struktury RNA 4) tato RNA slouží jako předloha pro syntézu proteinu z aminokyselin

TRANSKRIPCE :  přepis = převedení informace z DNA do RNA Dala by se transkripce přirovnat například k ručně psanému receptu, který si přepíši na psacím stroji ? Ano, dala. Přepisem zůstane zachována informace i jazyk zůstane stejný  sekvence nulkeotidů

TRANSKRIPCE : ATP - adenosintrifosfát GTP - guanosintrifosfát  přepis = převedení informace z DNA do RNA Jaké “SUROVINY“ jsou k transkripci DNA potřeba? 1) jeden řetězec DNA - templát 2) ribonukleotidy ve formě trifosfátů : ATP - adenosintrifosfát GTP - guanosintrifosfát CTP - cytidintrifosfát UTP - uridintrifosfát

TRANSKRIPCE : ATP - adenosintrifosfát GTP - guanosintrifosfát  přepis = převedení informace z DNA do RNA Jaké “SUROVINY“ jsou k transkripci DNA potřeba? 1) jeden řetězec DNA - templát 2) ribonukleotidy ve formě trifosfátů : ATP - adenosintrifosfát GTP - guanosintrifosfát CTP - cytidintrifosfát UTP - uridintrifosfát 3) soubor enzymů katalyzujících transkripci

TRANSKRIPCE : PRŮBĚH: 1) rozvolnění krátkého úseku DNA přerušení vodíkových můstků mezi bázemi pomocí enzymů postupné rozvíjení dvoušroubovice DNA ve směru přepisu

TRANSKRIPCE : PRŮBĚH: 1) rozvolnění a rozvíjení DNA 2) postupné připojování ribonukleotidtrifosfátů k jednomu vláknu DNA, na základě komplementarity bází katalyzováno enzymy

TRANSKRIPCE : PRŮBĚH: 1) rozvolnění a rozvíjení DNA 2) postupné připojování ribonukleotidtrifosfátů k jednomu vláknu DNA, na základě komplementarity bází katalyzováno enzymy dočasná krátká dvoušroubovice DNA/RNA

TRANSKRIPCE : PRŮBĚH: 3) obnovení dvoušroubovicové struktury DNA 1) rozvolnění a rozvíjení DNA 2) připojování ribonukleotidtrifosfátů na základě komplementarity bází 3) obnovení dvoušroubovicové struktury DNA  vytěsní vlákno RNA ze struktury DNA/RNA

TRANSKRIPCE : TYPY RNA : mRNA rRNA tRNA = messenger RNA, informační RNA zprostředkování přenosu genetické informace z DNA na bílkoviny rRNA = ribozomální RNA stavební složka ribozómů tRNA = transferová RNA, přenosová RNA přenos aminokyselin z cytoplazmy na ribozóm

RNA PROTEIN TRANSLACE : = převedení informace obsažené mRNA do proteinu  překlad RNA PROTEIN TRANSLACE Když translaci přirovnám k tomu přepsanému receptu, je to jako když podle něj uvařím jídlo? V podstatě, ano. Informace v mRNA se převádí do úplně jiného jazyka  do pořadí aminokyselin v nově vznikajícím proteinu.

TRANSLACE : = převedení informace obsažené mRNA do proteinu  překlad syntéza proteinu = PROTEOSYNTÉZA Jaké “SUROVINY“ jsou k translaci potřeba? 1) mRNA, rRNA, tRNA 2) volné aminokyseliny - 20 druhů 3) soubor enzymů katalyzujících translaci 4) ribozóm 5) energie ve formě ATP

TRANSLACE : PRŮBĚH: 1) AKTIVACE AMINOKYSELIN navázáni aminokyseliny na 3´ konec své tRNA katalyzováno enzymy tRNA - obsahuje antikodon

TRANSLACE : PRŮBĚH: 1) AKTIVACE AMINOKYSELIN 2) VAZBA mRNA na RIBOZOM 3) PÁROVÁNÍ ANTIKODONŮ tRNA S KODONY na mRNA

TRANSLACE : KODON - trojice bazí v mRNA kóduje vstup určité aminokyseliny na zakladě komplementarity bází s antikodonem tRNA AK. TRYPTOFAN ANTIKODON KODON

TRANSLACE : iniciace - propagace - terminace - PRŮBĚH: start, začátek 1) AKTIVACE AMINOKYSELIN 2) VAZBA mRNA na RIBOZOM 3) PÁROVÁNÍ ANTIKODONŮ tRNA S KODONY na mRNA iniciace - start, začátek vazba první tRNA k iniciačnímu kodonu AUG propagace - prodlužování proteinového řetězce čtení mRNA kodon po kodonu mezi přiřazovanými AK se tvoří peptidová vazba terminace - ukončení translace přítomnost STOP kodonu v mRNA - UAA, UAG, UGA nekóduje žádnou aminokyselinu

TRANSLACE : iniciace - propagace - terminace - PRŮBĚH: start, začátek 1) AKTIVACE AMINOKYSELIN 2) VAZBA mRNA na RIBOZOM 3) PÁROVÁNÍ ANTIKODONŮ tRNA S KODONY na mRNA iniciace - start, začátek vazba první tRNA k iniciačnímu kodonu AUG propagace - prodlužování proteinového řetězce čtení mRNA kodon po kodonu mezi přiřazovanými AK se tvoří peptidová vazba terminace - ukončení translace přítomnost STOP kodonu v mRNA - UAA, UAG, UGA nekóduje žádnou aminokyselinu 4) ODPOJENÍ NOVĚ VZNIKLÉHO PROTEINU 5) ROZPAD TRANSLAČNÍHO KOMPLEXU

A TO JE KONEC !

POUŽITÁ LITERATURA : CHEMIE PRO 3. ROČNÍK GYMNÁZIÍ - Doc.RNDr. Čársky a kol. BIOCHEMIE - ZAKLADNÍ KURZ - Tichá,Hudeček,Sofrová a kol. ÚVOD DO MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE - Rosypal