Transkripce (první krok genové exprese) Od DNA k RNA Prezentace se zabývá procesem transkripce (tj. přepisem genové informace z DNA do RNA).

Obsah Transkripce a translace Úsek DNA je přepisován do RNA Transkripcí vzniká RNA komplementární k jednomu řetězci DNA RNA-polymerasa a směr transkripce Kliknutím na příslušný nadpis přejdete na příslušný snímek. Na obsah se vždy vrátíte kliknutím na animační tlačítko Obsah. Posttranskripční úpravy RNA u eukaryot Použitá literatura

Transkripce a translace Jestliže buňka potřebuje nějaký konkrétní protein, je nukleotidová sekvence v patřičné oblasti dlouhé molekuly DNA v chromosomu nejprve zkopírována do mRNA. Tato RNA je přímo využívána jako templát (předloha, matrice) pro tvorbu proteinů. Genetická informace je předávána z DNA do RNA procesem zvaným transkripce a následně z RNA do proteinu procesem zvaným translace. transkripce translace DNA mRNA Protein Obsah Obr. 1. Průběh proteosyntézy

Úsek DNA je přepisován do RNA Prvním krokem pro uplatnění genetické informace v buňce je přepsání části nukleotidové sekvence DNA – genu – do nukleotidové sekvence RNA. Tento proces se nazývá transkripce. DNA transkripce mRNA Transkripce začíná rozvolňováním krátkého úseku dvoušroubovice DNA, jeden z řetězců pak slouží jako templát pro syntézu RNA. Dvoušroubovice DNA Obsah

Úsek DNA je přepisován do RNA Ribonukleotidová sekvence RNA je určena komplementárním párováním bází. Obsah Obr. 2. Párování bází

Úsek DNA je přepisován do RNA Jestliže se volný ribonukleotid páruje s deoxyribonukleotidem v templátové DNA, je tento ribonukleotid kovalentně připojen fosfodiesterovou vazbou k rostoucímu řetězci RNA v enzymově katalyzované reakci. Obr. 3. Průběh transkripce Ribonukleosidtrifosfáty Nově syntetizovaná mRNA Templát pro syntézu RNA Dvoušroubovice DNA Obsah Směr transkripce

Úsek DNA je přepisován do RNA Spustit animaci Nově syntetizovaná mRNA Ribonukleosidtrifosfát Animace zobrazující transkripci. Tento děj je katalyzován enzymem nazývaným RNA-polymerasou, která přiipojuje k templátu správné ribonukleosidtrifosfáty (ATP, CTP, GTP a UTP). Ribonukleosidtrifosfáty jsou znázorněny modře. Templát pro syntézu RNA Obsah Obr. 4. Přepis úseku DNA do RNA

Transkripcí vzniká RNA komplementární k jednomu řetězci DNA Řetězec RNA vznikají transkripcí se nazývá transkript. Transkript je prodlužován a je komplementární k templátovému řetězci DNA. Hned za místem, kde byl přidán ribonukleotid, dochází k obnovení dvoušroubovicové struktury DNA a vytěsnění vlákna RNA. Proto jsou molekuly RNA jednovláknové. Transkript Vzhledem k tomu, že dochází k přepisu pouze malé části DNA, jsou molekuly RNA mnohem kratší (cca několik 1000 ribonukleotidů). Obr. 5. Transkript Obsah Směr transkripce

RNA-polymerasa a směr transkripce Tento enzym katalyzuje připojování nukleotidů na 3'-konec rostoucího řetězce RNA za vzniku fosfodiesterové vazby mezi 3'-OH skupinou řetězce a 5'-fosfátovou skupinou přidávaného nukleotidu. RNA je syntetizována ve směru 5' → 3'. Pro syntézu RNA je využívána energie vznikající hydrolýzou ribonukleosidtrifosfátu (ATP, UTP, GTP a CTP). RNA-polymerasa se pohybuje krok po kroku po DNA, rozvíjí její dvoušroubovicovou strukturu a uvolňuje tak vlákno pro komplementární párování s volnými ribonukleotidy. Vznik fosfodiesterové vazby 5' Obr. 6. Vznik fosfodiesterové vazby 3' Obsah

Obr. 7. Vznik fosfodiesterové vazby 3' A G C U 5' 3' Templátový Řetězec (DNA) Nově syntetizovaný (RNA) 5' Templátový Řetězec (DNA) U A A T Nově syntetizovaný Řetězec (RNA) 3'-konec 5'-konec G C Obsah 5' Fosfodiesterová vazba

RNA-polymerasa Obsah Templát pro syntézu RNA Nově syntetizovaná mRNA 5' Rozvíjecí místo Dvoušroubovice DNA Templát pro syntézu RNA Nově syntetizovaná mRNA Ribonukleosidtrifosfáty RNA-polymerasa Směr transkripce 3' Obsah Obr. 8. RNA-polymerasa

Posttranskripční úpravy RNA u eukaryot DNA je uzavřena v jádře, ale ribosomy se nacházejí v cytoplasmě. mRNA musí být transportována z jádra do cytoplasmy malými jadernými póry. Před opuštěním z jádra však mRNA podléhá posttranskripčním úpravám. Transkripcí vzniká nejprve primární transkript (Pre-mRNA) neboli heterogenní jaderná RNA (hnRNA), která se dále upravuje. Upravená mRNA je transportována do cytoplasmy a tam překládána na proteiny (translace). Posttranskripční úpravy RNA je možné z učiva středoškolské biochemie vynechat. DNA (v jádře) Posttranskripční úpravy transkripce translace Pre-mRNA (v jádře) mRNA (vznik v jádře, transport do cytoplasmy) Protein Obsah Obr. 9. Průběh proteosyntézy

Exony a introny Eukaryotní DNA obsahuje kromě kódujících sekvencí (tzv. exony) i nekódující sekvence (tzv. introny). Introny nejsou překládány do proteinů. Celá DNA včetně exonů i intronů je transkribována do mRNA (přesněji do Pre-mRNA). Introny jsou odstraňovány enzymy (tzv. sestřihové enzymy) a exony jsou spojeny dohromady. Tento krok se nazývá sestřih (anglicky RNA splicing). Obr. 10. Exony a introny Rozdělení DNA na exony a introny je možné z učiva středoškolské biochemie vynechat. mRNA Exony Introny Obsah 2. Odštěpení intronů a spojení exonů 1. Přiblížení obou konců intronů

Použitá literatura Obsah [1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997. [2] NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000. [3] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998. Obsah