OBECNÁ BIOLOGIE A GENETIKA Projekt CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270 „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů ve výuce biologie“ OBECNÁ BIOLOGIE A GENETIKA Multimediální výuková prezentace http://atraktivnibiologie.upol.cz/ 2008

Atraktivní biologie Nukleové kyseliny

Osnova ÚVOD METABOLISMUS CHEMICKÉ SLOŽENÍ RNA a DNA Kde NK najdeme? Atraktivní biologie Osnova ÚVOD RNA a DNA Kde NK najdeme? Jaký je význam NK? Kdo objevil NK? CHEMICKÉ SLOŽENÍ Makromolekuly Stavba nukleotidu Nukleotid DNA Nukleotid RNA Komplementarita bází Vazby v nukleotidu Struktury NK (prim., sek., terc.) Typy RNA a DNA Co je to nukleosid? METABOLISMUS Replikace Průběh Co to znamená 5´→ 3´ ? Transkripce Sestřih (exony a introny) Význam Translace Popis tRNA Popis ribozomu Schéma

RNA a DNA Nukleové kyseliny jsou: přírodní Atraktivní biologie RNA a DNA Nukleové kyseliny jsou: přírodní – vyskytují se a vznikají v přírodě makromolekulární – skládají se z velkého množství molekul látky rozlišujeme dva druhy nukleových kyselin: RNA DNA

NK najdeme prakticky ve všech buňkách, dokonce i ve virech Atraktivní biologie Kde je najdeme? NK najdeme prakticky ve všech buňkách, dokonce i ve virech JADÉRKO CYTOPLAZMA JÁDRO DNA: jádro mitochondrie chloroplasty RNA: jadérko cytoplazma ribozómy RIBOZÓM MITOCHONDRIE CHLOROPLAST

RNA slouží k realizaci genetické informace. Atraktivní biologie Význam NK Význam NK souvisí s genetickou informací DNA slouží k uchovávání genetické informace a jejímu přenosu z generace na generaci. „DNA zajistí, že se člověku narodí člověk a šimpanzovi šimpanz.“ RNA slouží k realizaci genetické informace. RNA se uplatňuje při vzniku různých bílkovin.

Atraktivní biologie Objevy spojené s NK Nukleové kyseliny byly objeveny v roce 1868, načež koncem 19.století se je podařilo úspěšně izolovat Jejich strukturu objevili v roce 1953 James Watson a Francis Crick OBJEV: 1953 FRANCIS CRICK NOBELOVA CENA: 1962 JAMES WATSON

Makromolekuly DNA DNA se v přírodě vyskytuje v podobě dvoušroubovice. Atraktivní biologie Makromolekuly DNA DNA se v přírodě vyskytuje v podobě dvoušroubovice. RNA RNA nejčastěji najdeme jako vláknitou molekulu, která se může místy spojovat. „Kostru“ molekuly tvoří fosfát a pentosy. Obě „kostry“ jsou spojeny bázemi. „Kostru“ molekuly tvoří fosfát a pentosy. Báze ční volně do prostoru.

Atraktivní biologie Nukleotid Nukleotid je základní stavební jednotkou nukleových kyselin NUKLEOTID FOSFÁT DUSÍKATÁ BÁZE URACIL PENTOSA P THYMIN CYTOSIN ZBYTEK OD H3PO4 ADENIN GUANIN

Nukleotid v RNA P RIBOSA RNA = RiboNucleic Acid PURINOVÉ BÁZE ADENIN Atraktivní biologie Nukleotid v RNA PURINOVÉ BÁZE ADENIN GUANIN P PYRIMIDINOVÉ BÁZE RIBOSA URACIL CYTOSIN RNA = RiboNucleic Acid

V DNA je URACIL nahrazený THYMINEM! Atraktivní biologie Nukleotid v DNA PURINOVÉ BÁZE ADENIN GUANIN P PYRIMIDINOVÉ BÁZE DEOXYRIBOSA THYMIN CYTOSIN DNA = DeoxyriboNucleic Acid V DNA je URACIL nahrazený THYMINEM!

Pravidlo komplementarity nám říká, jaké dvě báze se spolu párují. Atraktivní biologie Komplementarita bází Pravidlo komplementarity nám říká, jaké dvě báze se spolu párují. DNA V dvoušroubovici DNA se páruje: ADENIN s THYMINEM (A – T) CYTOSIN s GUANINEM (C – G) RNA Při syntéze RNA se páruje: ADENIN s URACILEM (A – U) CYTOSIN s GUANINEM (C – G)

Vazby v nukleotidu P BÁZE Atraktivní biologie Vazby v nukleotidu MEZI PENTOSOU A FOSFÁTEM SE NACHÁZÍ FOSFODIESTEROVÁ VAZBA MEZI PENTOSOU A N–BÁZÍ SE NACHÁZÍ N–GLYKOSIDICKÁ VAZBA P BÁZE MEZI DVĚMA BÁZEMI SE NACHÁZEJÍ: 2 VODÍKOVÉ MŮSTKY (u A–T; A–U) 3 VODÍKOVÉ MŮSTKY (U G–C)

Primární struktura je udána pořadím nukleotidů v řetězci. Atraktivní biologie Primární struktura NK Primární struktura je udána pořadím nukleotidů v řetězci. Protože nukleotidy se od sebe liší vždy jen přítomností rozdílné báze, je možné zapsat primární strukturu takto: ATCGTCG nebo 5´ – ATCGTCG – 3´ Zápis lze provést i pomocí vzorečků:

Sekundární struktura NK Atraktivní biologie Sekundární struktura NK Sekundární struktura je určena prostorovým uspořádáním řetězce Molekula DNA je tvořena DVĚMA polynukleotidovými řetězci . Řetězce nabírají v prostoru tvar dvoušroubovice. Molekula RNA je tvořena JEDNÍM polynukleotidovým řetězcem. Je možné, že když se „potkají“ komplementární báze, že dojde k jejich spojení.

Terciární struktura NK Atraktivní biologie Terciární struktura NK Terciární struktura je určena prostorovým uspořádáním šroubovice Terciární strukturou DNA jsou chromozomy: Eukaryotický chromozom. Schéma bakteriálního chromozomu.

Atraktivní biologie Typy RNA (m, r, t) RNA se v organismech vyskytuje v několika různých typech. MEDIÁTOROVÁ (m) též INFORMAČNÍ (i) Obsahuje informace „přepsané“ z DNA o primární struktuře bílkovinného řetězce. Při syntéze bílkovin slouží jako matrice. RIBOZOMÁLNÍ (r) Kódují ji speciální geny pro RNA. Je součástí ribozomů. TRANSFEROVÁ (t) Existuje jí asi 20 druhů – každý druh přenáší jednu určitou aminokyselinu na místo syntézy bílkovin (ribozomy). Charakteristický tvar trojlístku.

a Crick, se nazývá B-DNA. Jí podobná je A-DNA, která je méně častá, Atraktivní biologie Typy DNA (A, B, Z) Existují tři konformace DNA. Ta, která je nejčastější, a jež popsali Watson a Crick, se nazývá B-DNA. Jí podobná je A-DNA, která je méně častá, ale je rovněž pravotočivá. Extrémní konformací je Z-DNA (mj. levotočivá). A-DNA B-DNA Z-DNA A-DNA B-DNA Z-DNA

Atraktivní biologie Co je to nukleosid? Nukleosid získáme z nukleotidu odtržením fosfátu. Jedná se o složku mnohých významných sloučenin – například ATP (adenosintrifosfát) NUKLEOSID 3x fosfát adenosin ATP = adenosintrifosfát

Replikace DNA Replikace DNA je semikonzervativní Atraktivní biologie Replikace DNA Replikace DNA je semikonzervativní proces, při němž z dvoušroubovice DNA vznikají dvě nové. V nových dvoušroubovicích je vždy jedno vlákno zcela nové a jedno vlákno staré. K replikaci DNA dochází v jádře. Stručný postup: rozpletení řetězce DNA připojení nových nukleotidů (podle pravidla komplementarity) spojení nukleotidů za účasti enzymu DNA - polymerázy

Co to znamená 5´→3´? P P P P K replikaci DNA dochází ve směru 5´ → 3´. Atraktivní biologie Co to znamená 5´→3´? K replikaci DNA dochází ve směru 5´ → 3´. 5 P Co znamená 5´→3´? Uhlíky pentosy se číslují podle určitých pravidel. Na uhlíku číslo 1, je vždy navázána dusíkatá báze (A, T, C, G). Uhlíkem 3 a 5 jsou k sobě spojeny jednotlivé nukleotidy. Nové vlákno DNA vzniká vždy ve směru 5´→3´. Staré vlákno DNA je „čteno“ vždy ve směru 3´→5´. 3 5 5 P 4 1 2 3 5 P Na podrobnější animaci replikace DNA je možné se podívat na této adrese: http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dna_replication/index.html 3 3 P

Transkripce Při transkripci se podle řetězce DNA Atraktivní biologie Transkripce Při transkripci se podle řetězce DNA tvoří komplementární RNA řetězec. Rozpletené vlákno DNA: T T C C T T T C T T C G G G G C T A A A A A A A A A U A A G G A A U U U A U U G U U A A G G A U C C C C Vzniklé vlákno pre-mRNA. Transkripce je též nazývána syntézou RNA. Vzniká při ní mediátorová RNA, podle které se v dalším procesu, zvaném translace, tvoří řetězce bílkovin. Avšak mRNA, která vzniká při transkripci nemůže (u eukaryotických buněk) sloužit přímo jako matrice pro tvorbu bílkovin! Označujeme ji jako pre-mRNA. Obsahuje mnoho balastních úseků, které nenesou informace o stavbě bílkovin. Tyto části je potřeba odstranit. Další animace pro transkripci: http://www.johnkyrk.com/DNAtranscription.html http://vcell.ndsu.edu/animations/transcription/movie.htm

Sestřih Sestřih slouží k odstranění „nepotřebných“ úseků z pre-mRNA. U Atraktivní biologie Sestřih Sestřih slouží k odstranění „nepotřebných“ úseků z pre-mRNA. pre-mRNA U A A G G A A U U U A U U G U U A A G G A U C C C C EXON INTRON EXON Balastní části označujeme jako INTRONY, protože zůstávají v jádře (v = in ) Plnohodnotné úseky označujeme jako EXONY, protože opouštějí (ex) jádro. mRNA U A A G G A A U U U A U U G U U A A G G A U C C C C Proces, který právě proběhl nazýváme sestřih.

Atraktivní biologie Význam transkripce Transkripce je spolu se sestřihem velice významným dějem. Díky němu se informace, která je uložená v jaderné DNA, dostane VEN z jádra, kde se může realizovat!!! DNA jako taková by jádro opustit nemohla. JÁDRO DNA pre-mRNA mRNA

Co je potřebné o translaci vědět? Atraktivní biologie Translace Translace, neboli proteosyntéza je děj, při kterém se „překládá“ genetická informace zapsaná v mRNA do primární struktury bílkovin. Co je potřebné o translaci vědět? Potřebujeme k ní: mRNA jako matrici, podle které vzniká bílkovinný řetězec ribozomy vzniklé spojením dvou bílkovinných podjednotek s rRNA tRNA, která přináší do ribozomů volné aminokyseliny enzym polypeptidázu, který zajistí spojení aminokyselin energii Výsledek: výsledkem je bílkovina, která projde posttranslačními úpravami a začíná v organismu plnit své funkce Význam translace: díky translaci vznikají bílkoviny, které v našem těle plní řadu důležitých funkcí (jsou součástí svalů, fungují jako enzymy…)

Atraktivní biologie Translace – popis tRNA Molekula tRNA má tvar trojlístku. Je syntetizována (jako rRNA) v jadérku. Rozlišujeme na ní dvě pro translaci důležitá místa. AMINOACYLOVÉ MÍSTO Na aminoacylové místo se navazují volné aminokyseliny. Antikodón je tvořený trojicí bází, které jsou komplementární ke kodonu na mRNA. ANTIKODÓN

Atraktivní biologie Translace - ribozom Ribozomy jsou malá tělíska nacházející se v cytoplazmě buď volně, nebo vázané na drsném endoplazmatickém retikulu, či vnější jaderné membráně. Co je dobré o nich vědět? jsou složeny z velké a malé podjednotky jsou složeny z bílkovin a rRNA v poměru 1:1 probíhá v nich syntéza bílkovin v jedné buňce se jich nachází 104 – 105 Co je to polysom? „řetízek“ ribozomů, na kterých probíhá translace proteinů AMINOKYSELINY tRNA VELKÁ PODJEDNOTKA MALÁ PODJEDNOTKA mRNA

Translace - schéma VZNIK TRIPEPTIDU: T C G G G A A A A G G A A U U U C Atraktivní biologie Translace - schéma VZNIK TRIPEPTIDU: T C G G G A A A A G G A A U U U C A U U G U U C A A G G A U C C mRNA RIBOZOM Další schéma translace: http://student.ccbcmd.edu/~gkaiser/biotutorials/protsyn/translat.html

Atraktivní biologie Zdroje S3: DNA: http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/DNA_helix.jpg S3: RNA: http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/RNA_sstrand.jpg Šimpanz: http://www.mongabay.com/images/uganda/600/ug3-3739.JPG Prim str: http://oregonstate.edu/instruction/bb492/fignumbers/Fig4-1.html Chrom: http://www1.istockphoto.com/file_thumbview_approve/1600806/2/istockphoto_1600806_chromosome.jpg Bakt chromozm: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/bactchromo.gif rRNA: http://www.nd.edu/~aseriann/rrna.gif tRNA: http://molbioandbiotech.files.wordpress.com/2007/09/trna1.gif ABZ koule http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/A_B_Z_DNA_balls.jpg ABZ tRNA: http://www.lebs.cnrs-gif.fr/golinelli/images/trna4.jpg Ribozom: http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/images/ch2_ribosome_proteinbig.jpg

BIOLOGIE ŽIVOČICHŮ A ČLOVĚKA Projekt CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270 „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů ve výuce biologie“ BIOLOGIE ŽIVOČICHŮ A ČLOVĚKA Multimediální výuková prezentace http://atraktivnibiologie.upol.cz/

BIOLOGIE ROSTLIN A HUB http://atraktivnibiologie.upol.cz/ Projekt CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270 „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů ve výuce biologie“ BIOLOGIE ROSTLIN A HUB Multimediální výuková prezentace http://atraktivnibiologie.upol.cz/

EKOLOGIE A OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ Projekt CZ.04.1.03/3.2.15.2/0270 „Aktivní začlenění SŠ pedagogů do tvorby a využití multimediálních výukových programů ve výuce biologie“ Multimediální výuková prezentace http://atraktivnibiologie.upol.cz/ EKOLOGIE A OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ