Smetiště

                                                                              Nukleové kyseliny

Molekulární genetika zkoumá nukleové kyseliny.

nukleové kyseliny byly objeveny roku 1868, izolovány koncem 19. století. Jejich složení bylo objasněno roku 1953 Watsonem

 a Crickem (1962 jim za tento objev udělena Nobelova cena)

Charakteristika

- látky, které řídí syntézu bílkovin, ty potom plní životní funkce organismů.

-nukleové kyseliny jsou spolu s bílkovinami základní stavební jednotou živé hmoty

-NK patří mezi biopolymery – přírodní makromolekulární látky, tvoří dlouhé vláknité molekuly

-jsou nositelky genetických informací, slouží k uchování a přenosu dědičných znaků z generace na generaci

-genetická informace je z nich přepisována do struktury bílkovin

-jsou složkou prakticky všech buněk

-2 typy nukleových kyselin

Deoxyribonukleová kyselina (DNA)

Stavba DNA:

Základní stavební jednotkou jsou nukleotidy.

Jeden nukleotid obsahuje:                     1) dusíkatou organickou bázi

                                                                      2) pětiuhlíkatý cukr – 2-deoxy- D-ribózu

                                                                      3) fosfát – zbytek kyseliny fosforečné

Dusíkaté organické báze jsou připojeny v poloze 1´ na sacharid N-glykosidovou vazbou, zbytek kyseliny fosforečné připojen v poloze 5´ na sacharid esterovou vazbou.

Organické báze:                 - adenin – A

                                                - thymin - T

                                                - cytosin – C

                                                - guanin - G

Nukleotid = nukleosid (báze + cukr) +kyselina fosforečná

NK tvořeny nukleotidy, které propojeny 3,´5´- fosfodiesterovými vazbami (mezi 3´ uhlíkem jedné pentosy a uhlíkem 5´ následující).V důsledku jeden konec volná OH skupina na 3´ uhlíku a a druhý konec na 5´ uhlíku.

-dvouvláknová struktura DNA vysvětluje její poměrně velkou chemickou stabilitu (větší než RNA),

 -DNA tvoří genetickou informaci buňky

-v pořadí bází v její molekule je kódována primární struktura bílkovin

-vyskytuje se v jádrech všech eukaryotických buněk vázána na speciální bílkoviny

(histony) jako součást chromozomů. DNA se vyskytuje i v mitochondriích, v chloroplastech, v cytosolu atd.

 U prokaryotických buněk je DNA uložena volně v cytoplasmě

-jednotlivé úseky DNA, které nesou smysluplné informace biologického významu (např. informaci pro syntézu jedné bílkoviny), se nazývají geny

Replikace DNA

DNA se nachází v jádře buňky v chromozomech. Před dělením buňky dochází ke zdvojování DNA = replikace. Vlákna DNA se rozpletou, vazby mezi řetězci se ruší, vlákna se oddálí, ke každému vláknu se syntetizuje podle principu komplementarity nový řetězec. Výsledkem replikace DNA jsou dvě molekuly DNA, které jsou totožné s původní molekulou.

Ribonukleová kyselina (RNA)

zajišťuje přenos dědičných znaků do struktury bílkovin (v procesu zvaném proteosyntéza)

RNA obsahuje tyto dusíkaté báze: A, G, C, U (uracil)

Nukleotidy obsahují cukr – ribózu.

RNA je jednovláknová, tvoří se v jádře a dostává se do cytoplazmy.

-v organismech je přítomna v několika typech:

-               m-RNA =      mediátorová RNA (messenger, informační)

                    –      obsahuje přepis informací z DNA o primární struktuře bílkovinné molekuly, je matricí pro syntézu bílkovin

-               r-RNA    =      ribozómová RNA

                    –      součástí ribozómů, v nichž probíhá syntéza bílkovin.Váže se k nim m-RNA a pomocí informací v ní obsažených      

                         se syntetizují bílkoviny

-               t-RNA     =      transferová RNA

                    –      přenáší amonokyseliny z cytoplasmy na místo syntézy bílkovin (ribozómy), kde jsou spojovány do   

                          polypeptidických řetězců

Struktura NK:

                -   primární struktura

                                        -   je určena pořadím jednotlivých nukleotidů spojených esterovou vazbou do

                                            polynukleotidového řetězce (k vytvoření vazby dochází mezi zbytkem kyseliny

                                            fosforečné na 5´uhlíku jednoho nukleotidu a hydroxylovou skupinou vázanou na

                                            3´uhlíkovém atomu pentózy druhého nukleotidu)

                -   sekundární struktura

                                        -   dána prostorovým uspořádáním polynukleotidového řetězce:

                                                            -   molekula DNA je tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci (je

                                                                dvouvláknová) stočenými do dvoušroubovice

                                                            -   molekula RNA je obvykle tvořena jedním polynukleotidovým řetězcem

                                                                (je jednovláknová) a dvoušroubovice vzniká mezi dvěma částmi téhož

                                                                Řetězce. U některých virů existuje také dvouvláknová RNA

                                                            -   spojení mezi vlákny šroubovice je realizováno pomocí vodíkových vazeb

                                                                mezi komplementárními bázemi obou řetězců (cytosin je

                                                                komplementární s guaninem, adenin je u DNA komplementární

                                                                s thyminem a u RNA s uracilem).

                                                                Cytosin s guaninem jsou spojeny třemi vodíkovými vazbami, adenin

                                                                s thyminem (nebo uracilem) pouze dvěma

                -   terciární struktura

                                        -   určena prostorovým uspořádáním šroubovice

GENETICKÝ KÓD

Genetická informace je zapsána ve struktuře molekuly DNA. Informace je zde zašifrována podle určitého klíče, který se nazývá genetický kód.

Tento kód využívá čtyřpísmenové abecedy – adenin, uracil, cytozin, guanin (dusíkaté báze).

Začlenění aminokyseliny do peptidu je určeno vždy trojicí (tripletem) nukleotidů v m-RNA. Tyto kódující trojice nukleotidů se nazývají kodony.

Existuje 4³ = 64 různých kodonů. Bílkoviny jsou tvořeny ze 20 typů aminokyselin.

Genetický kód je univerzální, tj. stejný u všech organismů.

Proteosyntéza = biosyntéza bílkovin

Tento proces se na molekulární úrovni zabezpečuje ve dvou stupních: transkripce a translace.

1. Transkripce

Přepis informace z DNA do m-RNA. Vlákna DNA se od sebe dočasně oddálí, jedno z nich slouží jako matrice, ke které se podle principu komplementarity bází tvoří vlákno m-RNA.

        DNA                      m-RNA

          A                             U

          T                              A

          G                             C

          C                             G

Jednotlivé nukleotidy spojuje (polymerizuje) enzym RNA polymeráza. Hotové vlákno se potom z DNA oddálí. Obsahuje kodony komplementární ke kodonům DNA. Tento proces probíhá v buněčném jádře. Syntetizovaná m-RNA jádro opouští a dostává se do cytoplazmy.

2. Translace

Překlad genetické informace m - RNA do pořadí aminokyselin v peptidovém řetězci.

Mediátorová RNA opustila jádro, dostává se do kontaktu s ribozomem. Na ribozomu se k jednotlivým kodonům m-RNA napojují svými antikodony (komplementárními triplety) molekuly t-RNA nesoucí jednotlivé aminokyseliny.

t-RNA = přenosová (transferová) RNA. Primárně jednořetězcová, ale některé oblasti řetězce se k sobě vzájemně přikládají,mezi komplementárními páry nukleotidů se vytváří vodíkové vazby a sekundárně tak vzniká částečně dvouřetězcová struktura.

                    Existuje 20 různých aminokyselin tvořících bílkoviny. Molekuly t-RNA jsou specifické, existuje nejméně 20 typů t-RNA.

Vzorce

ATP + makroergická vazba:

                -   energie získaná při kataboliských dějích je schována a posléze odevzdávána při dějích

                    anabolických prostřednictvím tzv. makroergických sloučenin. Molekuly makroergických

                    sloučenin obsahují velké množství energie, která je vázána v tzv. makroergických vazbách

                -   univerzální makroergickou sloučeninou tvořící spojovací článek mezi exergonickými a

                    endergonickými reakcemi je ATP (adenositrifosfát). Tvoří se z ADP (adenosindifosfátu)

                    navázáním zbytku kyseliny fosforečné v procesu zvaném fosforylace.

	adenosintrifosfát