C5720 Biochemie
17-Nukleové kyseliny a proteosyntéza
11/5/2013
1
Petr Zbořil

Obsah
•Syntéza a odbourání bazí.
•Degradace a syntéza NK. Fosfodiesterasy, palindrom, restrikční endonukleasy.  •Replikace DNA,
replikační vidlička, DNA polymerasa.
•Transkripce DNA a její faktory, vznik mRNA.
•Genetický kód, translace, funkce tRNA a ribosomů.
•Posttranslační modifikace, transport.
•
11/5/2013
Petr Zbořil
2

Syntéza bazí NK
•Schematické znázornění syntézy purinových a pyrimidinových bazí
•
11/5/2013
Petr Zbořil
3

Syntéza bazí NK
•Schematické znázornění syntézy purinových a pyrimidinových bazí
•
11/5/2013
Petr Zbořil
4

Syntéza purinových bazí
•1. část
•P-Rib-amin
oz P-Rib-PP
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
5

Syntéza purinových bazí
•2. část
•IMP
•
11/5/2013
Petr Zbořil
6

Syntéza purinových bazí
•3. modifikace IMP
oAdenylsukcinát syntetasa + lyasa – eliminace NH3
oXantylát:glutamin aminotransferasa  (předchází monooxygenace)
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
7

Syntéza pyrimidinových bazí
•1. vznik orotátu
oKarbamoylfosfátsyntetasa II, Gln donorem NH2-skupiny
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
8

Karbamoylfosfátsyntetasa II
11/5/2013
Footer Text
9

Syntéza pyrimidinových bazí
•2. vznik UMP
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
10

Syntéza pyrimidinových bazí
•3. vznik CTP
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
11

Syntéza pyrimidinových bazí
•4. vznik dTMP
oNejprve dUMP
oTymidylátsyntasa – inhibice 5-fluorouracilem (antimetabolity)
oMetylace pomocí metylenTHF – inhibice redukce DHF methotrexatem aj.
o
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
12

Vznik deoxyribonukleotidů
•Redukce NDP nebo NTP
•Ribonukleotid reduktasa – 3 typy
oNADPH
oRadikálové intermediární stavy (-S, oxyfenyl, kov)
•
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
13

14
NADPH – redukce  –S – S –
prostředník thioredoxin

11/5/2013
Footer Text
15
Inhibitory syntézy thyminu

Redukce DHF
•
11/5/2013
Footer Text
16
38.jpg 00035B30 Hard Drive B78AEAA7:

Inhibice FU
•
11/5/2013
Footer Text
17

Regulace syntézy
•Zpětnovazebné inhibice
oPyrimidiny – allosterická inhibice aspartáttranskarbamoylasy produktem
oPuriny – produkty na více místech
•
11/5/2013
Footer Text
18

Odbourání bazí
•Pyrimidinové
oObrat syntézy, produkce b-Ala (ev. metylderivát), CO2 a NH4+
•Purinové
oKys. močová, problémy
•Další přeměny – alantoin, močovina
11/5/2013
Petr Zbořil
19

Štěpení NK
•Hydrolýza fosfodiesterové vazby
•Hydrolázy, podskupina fosfodiesteráz (3.1.4)
•Dělení
oPodle substrátu
•Dnasy
•RNasy
oPodle místa štěpení
•Endonukleasy
•Exonukleasy
oPodle výskytu
•Extracelulární – trávicí trakt(duodenální šťáva) – hydrolýza NK v potravě
•Intracelulární – metabolismus NK uvnitř buňky
•Kombinované aktivity – DNA polymerasy
o3‘ a 5‘-exonukleasové aktivity –  opravné, degradace primerů
•Zvláštní typy u mikroorganizmů
oRestrikční endonukleázy – specificita k palindromům
11/5/2013
Petr Zbořil
20

Obecná role NK
•Přenos a realizace
•genetické informace
•Chemické procesy
•v transformaci genetické
•informace
•– uchovávání a přenos
oreplikace
•– realizace
oSyntéza proteinů
oJejich funkce, aktivita atd.
•Centrální dogma
11/5/2013
Petr Zbořil
21

Replikace DNA
•Uchování informace
•Přenos na potomstvo
•Semikonzervativní
•způsob
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
22

Replikace DNA
•Syntéza nového řetězce
oMateriál a energie – dNTP
oInformace – templát
oVýkonný aparát – DNA polymerasa (III)
•Komplementarita bazí
oKontrola enzymem, ev. hydrolýza
•
•
11/5/2013
Petr Zbořil
23

Replikace DNA
•Tvorba fosfodiesterové vazby
oFunkce primeru
11/5/2013
Footer Text
24

Eukaryontní proces
•Replikační vidlička
•
•
•
•Směr syntézy
oproblém
11/5/2013
Footer Text
25

Eukaryontní proces
•Nutnost RNA-primeru
11/5/2013
Footer Text
26

Eukaryontní proces
•Směr syntézy
oVedoucí a opožděné vlákno
oOkazakiho fragmenty
11/5/2013
Footer Text
27

Eukaryontní proces
•Replikační vidlička
oSchema kroků replikace
•
•
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
28

Prokaryontní proces
•Problém rozvíjení
oNěkolik mechanizmů
oRozštěpení 1 vlákna
•
•
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
29

Transkripce
•
•Přepis příslušného úseku DNA
oVýběr informace
oZpůsob záznamu informace stejný jako v DNA
•
•Syntéza RNA
oZejména mRNA – využití informace v dalších krocích – translace
oDalší typy RNA – zde končí
o
•Chemický popis
oAnalogické replikaci – fosfodiester
oNetřeba primeru
•
•
11/5/2013
Footer Text
30

Transkripce
•Schéma tvorby RNA
oPrimer zde značí předchozí úsek
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
31

Transkripce
•RNA-polymerasa - transkriptasa
oPodjednotky různých funkcí
oRozpoznání počátku – startovní nukleotid
oRozvinutí DNA na potřebnou dobu
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
32

Transkripce
•Informační úseky – startovní báze +1
oTypické sekvence pro- a eukaryontů
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
33

Transkripce
•Začátek
oRozpoznání
oSestavení RNA polymerasy
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
34

Transkripce
•Úprava vytvořené RNA
oEukaryontní DNA – exony, introny
•všeobecně – ca 3% kódujících sekvencí (tj. i mimo geny)
oDůvod a význam intronů
•relikt
•využití pro jiné bílkoviny (modifikace – Ig volné a membránové)
•více bílkovin než genů
oPříklad - gen kódující sekvenci β-podjednotky Hb
o
o
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
35

Transkripce
•Sestřih mRNA – β-podjednotka Hb
oPrimární transkript
oSestřih
oDalší úpravy
•Čepička
•Ocas
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
36

Transkripce
•Sestřih mRNA
oPrimární transkript , sestřih – spliceasom, úloha snRNA – rozpoznání + excise
oDalší úpravy
•Čepička
•Ocas
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
37

Translace
•Překlad informačního kódu
oSekvence bazí – sekvence aminoacylů
oUrčující vztahy – genetický kód
•Syntéza polypeptidového řetězce
oNascentní bílkovina – další úpravy
•Požadavky
oMateriál – AK
oEnergie – ATP (GTP)
oInformace – mRNA
•Realizace překladu – tRNA
oVýkonný aparát
•Ribozomy (výjimky)
•Pomocné faktory
•Etapy
oIniciace
oElongace
oTerminace
•
11/5/2013
Footer Text
38

Translace
•
•
•Genetický kód
oTabulka platí pro m-RNA
11/5/2013
Footer Text
39

Translace
•Přípravná fáze – syntéza aminoacyl-tRNA
•
• AK + ATP = AK-AMP + PP
• AK-AMP + tRNA = AK-tRNA + AMP
•
•Aminoacyl-tRNA syntetáza
• vysoká specificita
• pro každou AK a tRNA – 60 různých
• rozpoznání reaktantů
• výstupní kontrola – ev. hydrolýza
•
11/5/2013
Footer Text
40

Translace
•Přípravná fáze – syntéza aminoacyl-tRNA
•
11/5/2013
Footer Text
41

Translace
•Počátek syntézy polypeptidového řetězce určuje triplet AUG kódující methionin (odlišně
modifikovaný u prokaryontů a eukaryontů).
•
•
11/5/2013
Footer Text
42

Translace
•
•Iniciace
oÚčast faktorů a GTP
oMet-tRNA
oRibozom
otRNA vybírá kodon
•
11/5/2013
Footer Text
43

Translace
•Elongace
oKodon vybírá AA-tRNA
•
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
44

Translace
•Elongace
oKodon vybírá AA-tRNA
oKatalytická funkce rRNA
oTranspeptidace
oPosun ribozomu
oEfektivní využití mRNA – polyzom
oRER
o
•Terminace
oStopkodon
oUvolňující faktor místo AA-tRNA
o
•
•
•
•
11/5/2013
Footer Text
45

Proteosyntéza
•Srovnání proteosyntézy pro- a eukaryontů
•
•
11/5/2013
Footer Text
46

Posttranslační modifikace
•Soubor pochodů
o upravujících nascentní bílkovinu do funkční formy
omaturace bílkovin
oDodává potřebné vlastnosti.
•Zahrnuje
oModifikace řetězce – chemické úpravy
oSkládání řetězce – konformace
oTransport – vedoucí sekvence, endoplasmatické retikulum, Golgiho systém
•Typické reakce chemických modifikací
oOxidace
oVazba prostetických skupin
oParciální hydrolýza
o
11/5/2013
Footer Text
47

Posttranslační modifikace
•Oxidace
o Tvorba disulfidových můstků - cystin
oTakřka obecný pochod
11/5/2013
Footer Text
48

Posttranslační modifikace
•Oxidace
oModifikace lysinu a prolinu v kolagenu
oVnik nekódovaných AK
11/5/2013
Footer Text
49

Posttranslační modifikace
•Oxidace
oModifikace lysinu a prolinu v kolagenu
oFunkce askorbátu
11/5/2013
Footer Text
50

Posttranslační modifikace
•Vazba prostetických skupin
•Glykosylace – glykoproteiny
oPoměrně obecná modifikace
oVazba N- (Asn) nebo O-glykosidická (Ser, Thr)
•Hem
ovázán koordinační vazbou pomocí Fe2+ na His (hemoglobin)
onebo kovalentně pomocí vinylových skupin na zbytky Cys (cytochrom c).
•
11/5/2013
Footer Text
51

Posttranslační modifikace
•Vazba prostetických
•skupin
•Fosforylace
oVratné modifikace
•Kinasy a fosfatasy
oRegulační efekt
oSpecificita
•
11/5/2013
Footer Text
52

Posttranslační modifikace
•Vazba prostetických skupin
•Fosforylace
•
•
•
•Fosforylasa glykogenu
•je regulována fosforylací
•(fosforylasa kinasou)
•a defosforylací (fosfatasou).
•Vazba fosfátu na Ser14 mění
•neaktivní fosforylasu b (dimer)
•na aktivní fosforylasu a (tetramer).
11/5/2013
Footer Text
53

Posttranslační modifikace
•Parciální hydrolýza
oOdštěpení vedoucí sekvence
oProenzymy - zymogeny
•
•
•
•Úprava preproinsulinu
•Na insulin
11/5/2013
Footer Text
54

Posttranslační modifikace
•Transport a úprava bílkovin
oVedoucí sekvence - typy
•
•
11/5/2013
Footer Text
55

Posttranslační modifikace
•Skládání proteinů
•Správná konformace
•Náhodný (RNasa – Anfinsen) x řízený proces
•Chaperony
11/5/2013
Footer Text
56