🧬 Nukleové kyseliny

Kuchařka buňky

O čem to je

Proč máš oči po mámě a nos po tátovi? Protože v každé tvé buňce je uložený „návod“ na stavbu celého těla. Ten návod je zapsaný v molekule DNA – a RNA podle něj v buňce vaří bílkoviny.

Představ si knihovnu s kuchařkou (DNA), ze které se do kuchyně nosí jen okopírované recepty (mRNA). Kuchař (ribozom) podle nich vaří jídla (bílkoviny).

Nové pojmy

Nukleová kyselinaDlouhý řetězec (polymer) z nukleotidů. Dva druhy: DNA (deoxyribonukleová) a RNA (ribonukleová).
NukleotidDílek řetězce ze tří částí: dusíkatá báze + pentóza (cukr s 5 uhlíky) + fosfát (zbytek kyseliny fosforečné).
BázeČást nukleotidu, která nese „písmeno“ informace: A adenin, G guanin, C cytosin, T thymin (jen DNA), U uracil (jen RNA).
KomplementaritaBáze se párují vždy stejně: A s T (v RNA A s U) a G s C. Drží je vodíkové můstky.

DNA – dvoušroubovice

DNA tvoří dvě vlákna stočená do dvoušroubovice jako točité schodiště. Zábradlí je z cukru a fosfátu, schody tvoří spárované báze. Strukturu popsali v roce 1953 James Watson a Francis Crick (s využitím snímků Rosalind Franklinové).

Doplň druhé vlákno DNA k úseku ATTGC.
A ↔ T, T ↔ A, T ↔ A, G ↔ C, C ↔ G. Druhé vlákno: TAACG.
V DNA je 20 % adeninu. Kolik je guaninu?
A se páruje s T → T je také 20 %. A + T = 40 %, na G + C zbývá 60 %. G = C → G = 30 %.

DNA a RNA – rozdíly

DNARNA
cukrdeoxyribózaribóza
bázeA, G, C, TA, G, C, U
vláknadvě (dvoušroubovice)obvykle jedno
úkoluchovává informacipřenáší a realizuje informaci

Od genu k bílkovině

Sleduj kolečko krok po kroku.

  1. replikace: DNA se zdvojí
  2. transkripce: úsek DNA se v jádře přepíše do mRNA
  3. mRNA putuje k ribozomu
  4. translace: tRNA přináší aminokyseliny podle kodonů
  5. vznikne bílkovina
KodonTrojice nukleotidů (bází) v mRNA, která určuje jednu aminokyselinu.AUG = methionin (a start)
  • mRNA (mediátorová) – kopie receptu
  • tRNA (transferová) – přináší aminokyseliny na ribozom
  • rRNA (ribozomální) – součást ribozomu

Bonus: ATP

ATP (adenosintrifosfát) je také nukleotid – s adeninem, ribózou a třemi fosfáty. Je to univerzální „baterka“ buňky: odštěpením fosfátu uvolní energii.

✗Translace (výroba bílkoviny) probíhá v jádře.
✓V jádře probíhá transkripce. Translace probíhá na ribozomech v cytoplazmě.

DNA z jádra neodchází – ven jde jen její kopie mRNA, ke kuchaři-ribozomu.

Nukleotid = báze + pentóza + fosfát. DNA: deoxyribóza, A–T, G–C, dvoušroubovice. RNA: ribóza, U místo T. Replikace (DNA → DNA), transkripce (DNA → mRNA, jádro), translace (mRNA → bílkovina, ribozom).

Molekulárně

O čem to je

Testy otcovství, PCR test na viry, mRNA vakcíny, genetické choroby – to vše stojí na chemii nukleových kyselin. Tady je projdeme od stavby jednoho nukleotidu po syntézu bílkoviny.

Nové pojmy

PentózaCukr s 5 uhlíky. V RNA ribóza, v DNA deoxyribóza (na uhlíku 2′ chybí kyslík).
Nukleosid a nukleotidNukleosid = báze + pentóza. Nukleotid = nukleosid + fosfát.adenosin (nukleosid), ATP (nukleotid se třemi fosfáty)
Purinové a pyrimidinové bázePuriny (dva kruhy): adenin A, guanin G. Pyrimidiny (jeden kruh): cytosin C, thymin T, uracil U.
Fosfodiesterová vazbaSpojení nukleotidů v řetězci: fosfát spojuje cukr jednoho nukleotidu s cukrem dalšího. Vytváří „páteř“ vlákna.

Párování bází

PárVodíkové můstkyKde
A–T2DNA
G–C3DNA i RNA
A–U2RNA (a při transkripci)

Z párování plyne Chargaffovo pravidlo: v DNA je A = T a G = C (v procentech).

Úsek vlákna DNA je ATTGC. Jaké je komplementární vlákno a jaká mRNA by vznikla, kdyby předlohou pro přepis byl tento úsek?
Komplementární DNA: TAACG (A–T, G–C). mRNA se k předloze páruje stejně, jen místo T obsahuje uracil: UAACG.

Tři procesy

Replikace (jádro): dvoušroubovice se rozplete, ke každému vláknu se podle komplementarity doplní nové. Každá nová DNA má jedno staré a jedno nové vlákno → semikonzervativní replikace.
Transkripce (jádro): podle úseku DNA (genu) se syntetizuje mRNA.
Translace (ribozomy v cytoplazmě): ribozom čte mRNA po kodonech (trojicích bází). tRNA s odpovídajícím antikodonem přináší aminokyselinu. Aminokyseliny se spojují peptidovou vazbou.
Kolik nukleotidů mRNA je potřeba na zakódování bílkoviny ze 100 aminokyselin (bez stop kodonu)?
Jedna aminokyselina = jeden kodon = 3 nukleotidy. 100 · 3 = 300 nukleotidů.

Spoj děj s jeho popisem – otoč kartu.

  • replikace – zdvojení DNA (semikonzervativní)
  • transkripce – přepis DNA do mRNA, v jádře
  • translace – překlad mRNA do bílkoviny, na ribozomu
  • tRNA – přináší aminokyseliny, má antikodon
  • ATP – adenosintrifosfát – přenašeč energie

Další nukleotidy

ATP – univerzální přenašeč energie: ATP → ADP + fosfát + energie. Nukleotidy jsou i součástí koenzymů (NAD⁺, FAD).

✗Replikace je konzervativní – vznikne jedna úplně stará a jedna úplně nová DNA.
✓Replikace je semikonzervativní – každá nová molekula má jedno původní a jedno nové vlákno.

Každé ze dvou rozpletených vláken slouží jako předloha, ke které se dostaví nové. Původní vlákna se tak rozdělí mezi obě kopie.

Nukleotid = báze + pentóza + fosfát. A–T (2 můstky), G–C (3), v RNA U. Replikace semikonzervativní, transkripce DNA → mRNA (jádro), translace mRNA → bílkovina (ribozom, kodon = 3 nukleotidy, tRNA).
🥩Bílkoviny a enzymy