MOLEKULOVÉ ZÁKLADY DEDIČNOSTI
RNDr. Eva Turoňová Športové gymnázium, Staničná 6, TN
November 2012
Predmet: CHE (základy biochémie - 3. roč. štvorročného štúdia), BIO (genetika - 2. roč. štvorročného štúdia)
OBSAH1. História 2. Nukleové kyseliny – definícia, základné stavebné jednotky NK3. Druhy, štruktúra a funkcie nukleových kyselín4. Genetická informácia 5. Genetický kód 6. Vlastnosti genetického kódu7. Prenos genetickej informácie8. Replikácia 9. Expresia génu10. Transkripcia11. Translácia12. Zopakujte si!13. Zdroj
HISTÓRIA
1869 - Friedrich Miescher - objavil DNA a pomenoval ju nukleín
1896 – 1905 - Phoebus A. T. Levene - študoval vlastnosti nukleových kyselín a nukleotid označil ako ich základnú stavebnú jednotku
HISTÓRIA 1939 - William Astbury a jeho doktorandka Florence Bell uviedli
v dizertácii: „...nedávnym výsledkom molekulárnej biológie je uvedomenie si, že počiatky života sú úzko spojené s interakciami proteínov a nukleových kyselín.“
1953 – J. Watson, F. Crick – štruktúra DNA 1958 – F. Crick – centrálna dogma molekulárnej biológie
J. Watson, F. Crickhttp://www.bioweb.genezis.eu/index.php?cat=0&file=dejinybio
Definujte nukleové kyseliny.
Základné stavebné jednotky NK tvorené 3 základnými časťami
Makromolekulové látky, ktoré prenášajú a uchovávajú genetickú informáciu. Základnými stavebnými jednotkami sú nukleotidy.
Čo sú nukleotidy?
kyslá časť
neutrálna časť
zásaditá časť
DRUHY NUKLEOVÝCH KYSELÍN
m RNAt RNAr RNAv RNAn RNA
DNA RNA
STAVBA NUKLEOVÝCH KYSELÍN ( NUKLEOTID)Sacharidová jednotka Dusíkaté bázy Zvyšok H3PO4
DNA2 – deoxy – D - ribóza A – adenín
G – guanínC – cytozínT – tymín
áno
RNAD - ribóza A
GC
U - uracyl
áno
Primárna štruktúraporadie (sekvencia ) nukleotidov v reťazci
Sekundárna štruktúra
DNA - 2 reťazce spojené do pravotočivej dvoj závitnice „duble helix“
RNA - 1 polynukleotidový reťazec, niektoré časti dvojvláknové
Väzby v NK Vodíkové mostíky – medzi bázami (slabá väzba)N - glykozidová väzba - báza – cukor (pevná väzba)
Fosfodiesterová väzba – cukor- zvyšok H3PO4 (pevná väzba)
Kyselina trihydrogénfosforečná
Sacharid
Dusíkatá báza
DNA
RNA
Typy RNA v závislosti od funkcie, ktorú vykonáva...
m RNA (mediátorová, informačná) - jej štruktúra je prepisom informácie z molekuly DNA o primárnej štruktúre bielkovín t RNA (transferová, prenášačova) - prenáša aminokyseliny na miesto proteosyntézy r RNA (ribozonálna) – je súčasťou štruktúry ribozómov v RNA (vírusová) – u vírusov plnia úlohu DNA aj m RNA n RNA (nukleová) – prekurzorové RNA pre všetky druhy RNA
Rozdiely medzi biologickými druhmi súvisia s rozdielnosťou bielkovín v organizmoch.
Jedince daného druhu sa líšia bielkovinami. V r. 1944 bolo dokázané, že nositeľom genetickej
informácie (GI) sú nukleové kyseliny.
GENETICKÁ INFORMÁCIA Správa zapísaná v štruktúre molekuly DNA Umožňuje bunke ( aj organizmu ) utvoriť určitý
znak v jeho konkrétnej forme Uložená a zašifrovaná (zakódovaná ) je podľa
určitého kľúča nazývaného genetický kód
GENETICKÝ KÓD (TRIPLET = KODÓN) Využíva 4 písmena abecedy 42 = 16 Potrebné je kódovať minimálne 20 (21) aminokyselín 43 = 64 kódov Predstavuje kódované slovo – kodón, určujúce
zaradenie jednej AMK do polypeptidového reťazca
INICIAČNÝ KÓD
Iniciuje začiatok proteosyntézy; zároveň kóduje AMK metionin v strede proteosyntézy;
Označenie AUG, výnimočne GUG u prokaryotických organizmov.
TERMINAČNÝ KÓD Stop kodón, „bodka“ – ukončuje proteosyntézu; UAA, UAG, UGA.
OSTATNÉ KÓDY Len dve AMK majú len jeden kód – metionín a tryptofán; Ostané AMK majú viacero kódov – synonymické triplety.
GÉN Časť molekuly DNA (u vírusov aj RNA), ktorá nesie úplnú GI
pre jeden znak; riadi syntézu jedného druhu bielkovinných molekúl
1 GÉN = 1 BIELKOVINA• molekula DNA patrí medzi najväčšie molekuly, u človeka
obsahuje asi 5 . 109 párov nukleotidov = asi 1 milión génov. Baktérie majú asi 2 . 106 párov nukleotidov.
1 MAKROMOLEKULA DNA = VIAC GÉNOV
VLASTNOSTI GENETICKÉHO KÓDU
tripletový – využíva reč troch písmen (trojica nukleotidov)
lineárny – neprekrýva sa, každý nukleotid je súčasťou jediného kodónu
degenerovaný – niektoré AMK kóduje viacero kodónov, znižuje sa riziko chýb, ktoré by mohli zmeniť GI a jej realizáciu
univerzálny – všetky organizmy majú rovnaký spôsob kódovania GI.
PRENOS GENETICKEJ INFORMÁCIE
Základom ukladania a prenosu GI sú 3 procesy1. Replikácia – „kopírovanie“ molekúl DNA pre novo
vznikajúce bunky v priebehu reprodukčného cyklu
EXPRESIA GÉNU2. Transkripcia – „prepis“ informácie uloženej v DNA na
určitú formu RNA – m RNA (i RNA)3. Translácia – „preklad“ z „ reči báz „ do reči AK“;
proces syntézy bielkovín riadený m RNA.
REPLIKÁCIA = SYNTÉZA DNA Kopírovanie = zdvojovanie molekuly DNA Pôvodná molekula DNA je zložená z 2
polynukleotidových antiparalelných reťazcov – pravotočivá dvojzávitnica; štruktúru stabilizujú vodíkové mostíky medzi bázami ; platí tzv. zákon párovania = komplementarity (doplnkovosti ) A...T, G...C.
• Prebieha v jadre , v S - fáze bunkového cyklu• Vyžaduje - DNA, voľné nukleotidy, ATP,
enzýmy (DNA – polymeráza)• Pôvodná dvojzávitnica sa rozpletie - zánik
vodíkových mostíkov medzi bázami • Každý z reťazcov slúži ako matrica = vzor,
predloha pre syntézu nového komplementárneho reťazca
• Základom pre kopírovanie je pravidlo o párovaní báz
• Sekvencia báz je rovnaká a preto je rovnaký aj obsah informácií
http://www.youtube.com/watch?v=z685FFqmrpo&feature=related
EXPRESIA GÉNU
Vlastná realizácia genetickej informácie Dvojstupňový proces
Zahŕňa procesy Transkripcia = syntéza m RNA Translácia = proteosyntéza = syntéza bielkovín
TRANSKRIPCIA
• Predstavuje „ prepis“ GI uloženej v DNA na m RNA (messenger RNA, informačná RNA ) = syntéza m RNA
• Prekurzor vzniká v jadre; sprostredkováva prenos GI z DNA na bielkoviny
• Prebieha v jadre• Vyžaduje – DNA, voľné nukleotidy, ATP,
enzýmy(RNA – polymeráza)
Mechanizmus podobný replikácii Pôvodná molekula DNA sa čiastočne rozdelí
narušením vodíkových väzieb medzi bázami Matrica - len 1 reťazec DNA Enzým - RNA – polymeráza, ktorý reakciu
katalyzuje pripája základné stavebné jednotky podľa zákona komplementarity(A-U, C-G)
Energeticky náročný dej - spotreba ATP Reťazec m RNA sa vytvára pozdĺž reťazca DNA
v jadre Novovytvorený reťazec prechádza z jadra do
cytoplazmy.
http://www.youtube.com/watch?v=Jqx4Y0OjWW4
TRANSLÁCIA Proces syntézy bielkovín = proteosyntéza Informácia obsiahnutá v molekule m RNA sa
„prekladá“ do molekuly bielkoviny - preklad z reči báz do reči AK (mechanizmus vysvetlil roku 1964 Watson)
Prebieha v cytoplazme Vyžaduje – m RNA, ribozómy (ich súčasťou je r
RNA – ribozonálna, prokaryota – 3 rRNA , eukaryota - 4 rRNA), enzýmy, ATP, voľné a aktivované t RNA
t RNA prenáša len jeden druh AK; štruktúra – tvar ďatelinového listu; akceptorové miesto – miesto, kde sa viaže AK; antikodónová slučka – antikodón
m RNA sa viaže na ribozóm, následne sa pripoja 2 aktivované t RNA, nesúce prvé 2 AK budúcej bielkoviny
t RNA (transferová – prenašačová) - prenáša aktivovanú AK pri proteosyntéze z cytoplazmy na miesto proteosyntézy
Správne radenie AK a následné spojenie peptidovou väzbou zabezpečuje interakcia kodónu ( m RNA) s antikodónom (t RNA)
Vzniknutý dipeptid je viazaný na druhej t RNA a prvá t RNA sa uvoľní
Analogicky sa viaže ďalšia a ďalšia AK Proteosyntéza prebieha neprestajne Regulovaná je na viacerých úrovniach (napr.
syntéza m RNA, množstvo ribozómov, tvorba polypeptidových reťazcov na ribozómoch, množstvo voľných AK v cytoplazme apod. .)
Rýchlosť s akou sa „čítajú“ kodóny m RNA, zodpovedá rýchlosti pohybu filmu v kamere; za 1min sa do bielkovinného reťazca zapojí asi 1000 AMK.
http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related
Bielkoviny sa ďalej rozmiesťujú, časť ich zostáva v cytoplazme.
Ďalšie sa transportujú do bunkových organel. Iné sa zabudujú do bunkových membrán.
Niektoré napr. tráviace enzýmy a hormóny sa z buniek vylučujú.
ZOPAKUJME SI!
1. Vysvetlite podľa obrázku fázu replikácie.2. Vysvetlite podľa obrázku prenos genetickej in
formácie v organizme.3. Vytvorte schému prenosu genetickej informá
cie.
1.
2.
SCHÉMA PRENOSU GENETICKEJ INFORMÁCIE
bielkovinaGI - DNA DNA m RNA
1 2 3
1 – replikácia2 - transkripcia3 - translácia
3.
ZDROJ• Kol. autorov: Učebnica - Biológia pre gymnázia 5. Expol oedagogika
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26821/• http://dna-rna.net/2011/08/08/the-structure-and-function-of-dna/• http://www.dnaftb.org/15/bio.html• http://www.bioweb.genezis.eu/index.php?cat=0&file=dejinybio• http://www.odec.ca/projects/2007/knig7d2/Scientists.html• http://genetika.wz.cz/dnarna.htm• http://www.ddm.fmph.uniba.sk/files/iktZSaSS/internet/infovek/www.infovek.sk/predmety/c
hemia/temuc/chbz/mirec/064.htm• http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/molecular%20biology/dna-structure
.html• http://www.indiana.edu/~geol105b/1425chap10.htm• http://finleysciencep8.blogspot.com/2011/02/dna-and-rna.html• http://www.oskole.sk/?id_cat=7&clanok=2807• http://www.youtube.com/watch?v=z685FFqmrpo&feature=related• http://www.oskole.sk/?id_cat=7&clanok=1570• http://www.youtube.com/watch?v=Jqx4Y0OjWW4• http://www.oskole.sk/?id_cat=7&clanok=1570• http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related
Ďakujem za pozornosť