SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA V …bezo.weby.uniag.sk/vsg_soubory/vsg02_mol_gen.pdf · slovenskÁ poĽnohospodÁrska univerzita v nitre fakulta agrobiolÓgie a potravinovÝch

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA V NITRE

FAKULTA AGROBIOLÓGIE A POTRAVINOVÝCH ZDROJOV

KATEDRA GENETIKY A ŠĽACHTENIA RASTLÍN

Prednáška zo Všeobecnej genetiky

Informačné molekuly a dedičnosť.

prof. RNDr. Milan BEŽO, CSc.

© Milan Bežo Genova

Význam látok pre živú hmotu

Organizačný a informačný.

Nukleové kyseliny.

Regulačný a kinetický.

Bielkoviny – enzýmy.

Štruktúrny a energetický.

Bielkoviny, sacharidy, lipidy.

Informačné molekuly


2

Nukleové kyseliny

Biopolyméry zložené z jedného alebo dvoch reťazcov.

Základnou jednotkou nukleových kyselín sú nukleotidy,

tvorené bázou, pentózou (cukor)

a zvyškom kyseliny fosforečnej.

Známe sú dve formy nukleových kyselín,

deoxyribonukleová kyselina (DNA)

a ribonukleová kyselina (RNA).



3

Základné zložky DNA a RNA

Bázy,

puríny – adenín (A), guanín (G),

pyrimidíny – cytozín (C), uracil (U).

Cukor, D-ribóza (R).

Fosfát, kyselina fosforečná (P).


RNA

Bázy,

puríny – adenín (A), guanín (G),

pyrimidíny – cytozín (C), tymín (T).

Cukor, 2´deoxy-D-ribóza (D).

Fosfát, kyselina fosforečná (P).

DNA

4


Štruktúra DNA

Zložky nukleotida (I.),

nukleotidy (II.),

polynukleotid DNA (III.)

a dvojreťazcová DNA, dsDNA (IV.).

A

C

G

I. Zložky nukleotida DNA A – adenín, G – guanín, T – tymín, C – cytozín.

Bázy

deoxyribóza

fosfát

III. Polynukleotid

DNA

A

C

G

3´

5´

A

C

G

3´

5´

A

T

C

G

3´

5´

IV. dsDNA

II. Nukleotidy DNA ATP – deoxyadenozín trifosfát, GTP – deoxyguanozín trifosfát, TTP – deoxytymidín trifosfát, CTP – deoxycytidín trifosfát.

5´

G

5´

A

5´

C

5´


5


A

C

G

I. Zložky nukleotida RNA A – adenín, G – guanín, U – uracil, C – cytozín.

Bázy

ribóza

fosfát

II. Nukleotidy RNA ATP – adenozín trifosfát, GTP – guanozín trifosfát, UTP – uridín trifosfát, CTP – cytidín trifosfát.

5´

G

5´

A

5´

C

5´

III. ssRNA

A

C

G

3´

5´

Štruktúra RNA

Zložky nukleotida RNA (I.), nukleotidy (II.)

a jednoreťazcová ssRNA (III.).


6


Triedy ribonukleových kyselín (RNA)

Informačná RNA (mRNA)

DNA RNA bielkovina

AK

Antikodón

Ribozóm

Transferová RNA (tRNA)

Prenos aminokyselín (AK)

na miesto syntézy bielkovín.

Ribozomálna RNA (rRNA)

Súčasť ribozómu, miesta syntézy bielkovín.


7


Polymerizácia doplňovacích nukleotidov

na jednoreťazcovom úseku

rozpletenej dvojreťazcovej molekuly DNA.

Na princípe párovania báz

sa na dusíkatú bázu DNA naviaže nukleotid.

DNA: A–dTTP, T–dATP, G–dCTP, C–dGTP.

RNA: A–UTP, U–ATP, G–CTP, C–GTP.

Nukleotidy sa viažu fosfodiesterovou väzbou.

A – adenín, T – tymín, G – guanín, C – cytozín, U – uracil.

dATP – deoxyadenozíntrifosfát, dTTP – deoxytymidíntrifosfát,

dCTP – deoxycytidíntrifosfát, dGTP – deoxyguanozíntrifosfát.

ATP – adenozíntrifosfát, UTP – uridíntrifosfát, CTP – cytidíntrifosfát,

GTP – guanozíntrifosfát.


8

Syntéza nukleových kyselín

Syntéza (replikácia) DNA Na reťazcoch rozpletenej dsDNA sa podľa párovania báz A –T a G – C viažu

nukleozidtrifosfáty, deoxyadenozín–5´trifosfát (dATP), deoxycytidín–5´trifosfát

(dCTP), deoxyguanozín–5´trifosfát (dGTP), deoxytymidín–5´trifosfát (dTTP).

Nukleotidy sa navzájom viažu fosfodiesterickou väzbou.

Replikáciou DNA vznikajú dve molekuly DNA. (Vpravo).

Čiastočne rozpletená

molekula dsDNA

pri jej replikácii.


A

C

G

A

T

C

G 3´

5´ 3´

5´

dTTP

dGTP G

DNA

DNA DNA

9


Syntéza RNA Na reťazcoch rozpletenej dsDNA sa podľa párovania báz A –U a G – C viažu

nukleozidtrifosfáty, adenozíntrifosfát (ATP), cytidíntrifosfát (CTP),

guanozíntrifosfát (GTP) a uridíntrifosfát (UTP).

Nukleotidy sa navzájom viažu fosfodiesterickou väzbou. (Vľavo).

Syntézou RNA vzniká molekula RNA. Na molekule sa DNA vodíkovými

väzbami medzi bázami obnoví dvojzávitnica. (Vpravo).

Čiastočne rozpletená

molekula dsDNA

pri syntéze RNA. A

C

G

A

T

C

G 3´

5´ 3´

5´

dGTP G

DNA

RNA DNA

DNA/RNA


10


Polymerizácia lineárneho usporiadania

aminokyselín podľa poradia nukleotidov

v molekule nukleových kyselin.

(a) Prepis genetickej informácie (GI).

Na molekule DNA sa na krátkom úseku,

géne nasyntetizuje mRNA.

b) Preklad GI.

Podľa trojíc nukleotidov mRNA sa na ribozómoch

usporiadavajú a polymerizujú aminokyseliny

do polypeptidového reťazca. Genetická informácia – poradie nukleotidov v molekule nukleovej kyseliny

(gén) kódujúce bielkovinu alebo kontrolujúce aktivitu génov.

Syntéza bielkovín


11

Syntéza bielkovín

Gén je špecifická diskrétna časť

nukleovej kyseliny

(DNA alebo RNA vírusov),

ktorá kóduje molekulu

ribonukleovej kyseliny

(mRNA, rRNA, tRNA)

a prostredníctvom mRNA aj bielkoviny.

Funkčná a štruktúrna jednotka dedičnosti

Gén a jeho štruktúra


12

Syntéza bielkovín

Genetický kód Systém pravidiel podľa, ktorých sa poradie nukleotidov mRNA

prekladá do poradia aminokyselín pri syntéze bielkovín.

Vlastnosti genetického kódu

Tri nukleotidy mRNA, triplet určujú zaradenie

jednej aminokyseliny v bielkovine.

Čítanie nukleotidov je neprerušované a neprekrýva sa.

Je univerzálny, platný pre všetky organizmy.

Je degenerovaný, niektoré aminokyseliny

sú kódované viacerými tripletmi.


13

Syntéza bielkovín

I. II.

III. U C A G

U

UUU Phe

UUC Phe

UUA Leu

UUG Leu

UCU Ser

UCC Ser

UCA Ser

UCG Ser

UAU Tyr

UAC Tyr

UAA Stop

UAG Stop

UGU Cys

UGC Cys

UGA Stop

UGG Trp

U

C

A

G

C

CUU Leu

CUC Leu

CUA Leu

CUG Leu

CCU Pro

CCC Pro

CCA Pro

CCG Pro

CAU His

CAC His

CAA Gln

CAG Gln

CGU Arg

CGC Arg

CGA Arg

CGG Arg

U

C

A

G

A

AUU Ile

AUC Ile

AUA Ile

AUG Met

ACU Thr

ACC Thr

ACA Thr

ACG Thr

AAU Asn

AAC Asn

AAA Lys

AAG Lys

AGU Ser

AGC Ser

AGA Arg

AGG Arg

U

C

A

G

G

GUU Val

GUC Val

GUA Val

GUG Val

GCU Ala

GCC Ala

GCA Ala

GCG Ala

GAU Asp

GAC Asp

GAA Glu

GAG Glu

GGU Gly

GGC Gly

GGA Gly

GGG Gly

U

C

A

G

Kódovací slovník pre mRNA a bielkoviny

Poznámka: I. – prvá, II. – druhá, III. – tretia pozícia bázy v kodóne. A – adenín, C – cytozín, G – guanín, U – uracil sú

jednopísmenkové skratky báz. Ala – alanín, Arg – arginín, Asn –asparagín, Asp – kyselina asparágová, Cys – cysteín, Gln –

glutamín, Glu – kyselina glutamová, Gly – glycín, His – histidín, Ile – izoleucín, Leu – leucín,

Lys – lyzín, Met – metionín, Phe – fenylalanín, Pro – prolín, Ser – serín, Thr – treonín, Trp – tryptofán, Tyr – tyrozín, Val – valín,

trojpísmenkové skratky aminokyselín. Stop kodóny pre ukončenie syntézy molekuly bielkoviny © Milan Bežo Genova

14

Prepis a preklad genetickej informácie (GI)

Prepis GI je syntéza mRNA na predlohe DNA.

Gén je oblasť jedného reťazca nukleotidov dvojreťazcovej DNA (dsDNA).

Preklad GI, je syntéza peptida podľa predlohy mRNA.

Kodón je trojica báz DNA a mRNA, ktorá kóduje jednu aminokyselinu peptida.

mRNA

A

C

G

3´

5´

A

C

G

3´

5´

A

T

C

G

3´

5´

dsDNA

Thr

Asp

His

Asp Gén Kodón

Prepis GI Preklad GI

Peptid


15

Syntéza bielkovín

Expresia génu je prepis a preklad

genetickej informácie v bunke.

Prepis genetickej informácie (transkripcia),

je syntéza RNA na predlohe DNA.

Preklad genetickej informácie (translácia),

je syntéza bielkovín na predlohe mRNA

podľa genetického kódu.

Expresia génu


16

Syntéza bielkovín

Prepis a preklad genetickej informácie (GI)

v bunke baktérie 1. Chromozóm v bunke baktérie tvorený kružnicovou

dvojreťazcovou DNA (dsDNA).

2. Prepis GI, syntéza mRNA na predlohe jedného reťazca dsDNA.

3. Preklad GI, syntéza peptida na predlohe mRNA. Polycistrónny preklad, syntéza viacej

rôznych peptidov podľa predlohy jednej mRNA.

5´ 3´ mRNA

5´ 3´

Ribozóm

Peptid

Chromozóm baktérie (dsDNA)

Prepis GI

Preklad GI

Bunka

baktérie


17

Syntéza bielkovín

Prepis a preklad genetickej informácie v bunke eukaryí Gén v bunke eukaryí má intróny a exóny. V jadre bunky je pre-mRNA upravená, vyštiepené

sú intróny, nasyntetizovaná je čiapočka a poly A koniec. Syntéza peptida je monocistrónna,

na jednej mRNA sa syntetizuje jeden peptid.

5´

5´ 3´

3´ 5´

5´ 3´

Jadro bunky

Cytoplazma bunky

Nukleozómy

Rozvinutie nukleozómov DNA

dsDNA

Rozvinutá dsDNA pri syntéze

pre-mRNA pre-mRNA

mRNA

mRNA

Ribozóm

Peptid

Úprava pre-mRNA

na mRNA


18

Syntéza bielkovín

Pred začiatkom syntézy bielkovín je potrebná

(a) syntéza mRNA,

(b) aktivácia aminokyselín vytvorením komplexu aminokyseliny

a špecifickej tRNA (aminoacyl-tRNA).

Preklad genetickej informácie má tri etapy.

1. Začiatok (iniciácia) syntézy

Vytvorenie iniciačného komplexu z mRNA, ribozómu a aminoacyl-tRNA.

2. Predlžovanie (elongácia) reťazca

Na ribozóme sa aminoacyl-tRNA antikodónom viaže na kodón mRNA.

3. Zakončenie (terminácia) syntézy

STOP kodón mRNA signalizuje ukončenie syntézy bielkoviny.

Etapy tvorby bielkovín


19

Syntéza bielkovín


20

Syntéza bielkovín

kodón

antikodón

5´ 3´

A A A A C A U U U U G U

Ribozóm

Phe – Cys

mRNA

tRNA

Všeobecná schéma syntézy bielkovín Molekula mRNA a ribozóm tvoria miesto syntézy bielkovín. Na kodón (triplet) mRNA

sa viaže antikodón tRNA s naviazanou príslušnou aminokyselinou. Väzbou aminokyselín

usporiadaných vedľa seba vzniká polypeptidový reťazec (bielkovina).

Phe – fenyalanín, Cys – cysteín (aminokyseliny)

5´ … A T G G C C T G G A C T T C A … 3´ Kódujúci reťazec DNA

3´ … T A C C G G A C C T G A A G T … 5´ Komplementárny reťazec DNA

Prepis komplementárneho reťazca DNA

5´ … A U G G C C U G G A C U U C A … 3´ mRNA

Preklad mRNA

met – ala – trp –thr – ser – Bielkovina

Prepis (DNARNA) a preklad (RNAbielkovina) genetickej informácie.

Dvojreťazcová DNA (double stranded DNA – dsDNA) má antiparalelné reťazce

(jeden v smere 5´ 3´ a druhý 3´ 5´).

Reťazec 5´3´ je ako gén zmyslový (sens), plus alebo kódujúci pretože je identický k sekvenciám mRNA.

Reťazec nie je prepisovaný.

Reťazec 3´5´ je ako gén protizmyslový (antisens), mínus, alebo nekódujúci. Je predloha (templát, matrica)

pre enzým RNA polymeráza, ktorý katalyzuje syntézu molekuly RNA. Reťazec je komplementárny k

reťazcu 5´3´ a je prepisovaný.

Genetický význam nukleových kyselín a bielkovín Syntéza DNA, prepis a preklad genetickej informácie.

DNA

DNA

Syntéza

DNA

DNA mRNA

Znak

Bielkovina

Prepis

Preklad

Substrát

Gén


Význam informačných molekúl

22

Ďakujem

za pozornosť


Documents

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA V …bezo.weby.uniag.sk/vsg_soubory/vsg02_mol_gen.pdf · slovenskÁ poĽnohospodÁrska univerzita v nitre fakulta agrobiolÓgie a potravinovÝch