Realizácia genetickej informácie Realizácia genetickej informácie sa uskutočňuje v procesoch transkripcietranskripcie (prepisu) a translácietranslácie (prekladu).

Molekula DNA obsahujeMolekula DNA obsahuje nielen samotnú kódujúcu informáciu a regulačné oblasti, ktoré riadia jej priebeh, ale aj gény, kódujúce proteíny, ktoré celý proces zabezpečujú a riadia.

Schéma transkripcie:Schéma transkripcie:

Transkripcia začínaTranskripcia začína tým, že sa do veľkého závitu DNA pred génom naviaže doména (regulačný proteín). Nasleduje rozpad nukleozómov a linearizácia DNA. Enzým helikáza oddelí od seba reťazce DNA a pomocné proteíny ich stabilizujú. Proces (tzv. inicializácie) pokračuje tým, že sa na hlavné regulačné „boxy“ (TATA, CAAT, GC) postupne naviažu v správnom poradí regulačné bielkoviny – transkripčné faktory (IID + IIB + RNA polymeráza II + IIF +IIE +IIH). Hlavným transkripčným faktorom je RNA polymeráza II. Proces sa ale ešte nemôže začať, pretože sa k tomuto „sendviču“ musí (zmenou konformácie DNA) cez molekuly adaptora a aktivátora pripojiť hlavná regulačná oblasť – enhancer (urýchľovač) alebo silencer (spomaľovač), ktorý rozhoduje o rýchlosti procesu:

TranskripciaTranskripcia (syntéza pre-mRNA) začínazačína na UTR, 10 báz pred štart tripletom a

prebieha až do konca UTR za posledným exónom. Za ním nasleduje sekvencia AATAAA, ktorá je miestom pre väzbu a aktiváciu enzýmu poly(A) polymeráza, ktorý vytvorí na konci molekuly reťazec z niekoľkých desiatok až stoviek adenínov. Tento polyA „chvostík“ nielen chráni molekulu budúcej mRNA z tohto (3´) konca, ale má aj zásadný význam pri riadení toho, koľko krát sa môže použiť tá istá mRNA na transláciu.

Transkripciou vzniká tzv. primárny transkript (pre-mRNA), ktorá sa musí ešte upraviť (tzv. maturácia mRNA).

Maturácia mRNAMaturácia mRNA spočíva v dvoch procesoch:

1) Na 5´začiatok pre-mRNA sa väzbou 5´ 5´ pripojí metylguanozín, čím vznikne tzv. čiapočka (cap). Jej úlohou je nielen chrániť mRNA na jej dlhej ceste z jadra k ribozómom v cytoplazme, ale má zásadný význam pri tzv. iniciácii (začatí) translácie tým, že sa podieľa na aktivácii ribozómu.

2) Nepotrebné kópie intrónov sa musia odstrániť – enzymaticky vystrihnúť (tzv. splicing). Na začiatku a na konci každého intrónu sú typické sekvencie dusíkových báz (GU a AG), ktoré sú rozpoznávané tzv. malými jadrovými RNA (tzv. snRNA), ktoré sa na ne naviažu. snRNA rozpoznajú príslušné enzýmy, úsek nimi ohraničený vystrihnú a spoja kópie exónov.

Na zrelú mRNA sa naviažu stabilizačné proteíny a „vyvedú“ ju z jadra do cytoplazmy.

Pre samotnú proteosyntézu – transláciutransláciu, sú okrem mRNA, ktorá v svojej štruktúre nesie informáciu, potrebné ešte aj transferové ribonukleové kyseliny (tRNA) a ribozómy (v ktorých sa proces uskutočňuje).

Transferové RNATransferové RNA sú molekuly, ktorémajú v plošnej schéme tvar trojlístka (A) a v priestore (B) tvar písmena „L“, ramená ktorého majú iný uhol, u každej z tRNA. Z funkčného hľadiska má tRNAdva dôležité sekvencie – antikodón (komplementárny k niektorému z kodónov v mRNA a tzv. akceptorové rameno – na ktoré sa pripájapríslušná aminokyselina.

Ribozóm Ribozóm cicavov sa skladá z dvoch podjednotiek, ktoré sú komplexom štyroch typov rRNA a 82 proteínov:

Veľká podjednotka sa skladá z 3 typov rRNA (28S, 5,8S a 5S) a 49 proteínov.

Malá podjednotka má 1 typ rRNA (18S) a 33 proteínov.

Kompletný ribozóm sa v bunke vyskytuje len vtedy, keď vykonáva svoju funkciu – syntézu bielkoviny. Inak sú podjednotky disociované.

Proces translácie má 3 etapyProces translácie má 3 etapy – iniciáciu, elongáciu a termináciu.

Iniciácia Iniciácia translácie má 6 etáp:1) Po disociácii ribozómu sú na malú podjednotku naviazané eukaryotické iniciačné faktory eIF-1A a eIF-3.2) Ak má proces začať, vznikne tetramér zložený z GTP, eIF_2 a tRNA+metionín.3) Tetramér sa spojí s malou podjednotkou ribozómu – vznikne - tzv. prediniciačný komplex.4) Prediniciačný komplex rozpozná čiapočku mRNA a pripojí sa na ňu a na 5´UTR.5) Celý komplex sa pohybuje po mRNA, kým nenájde štart-kodón, na ktorý sa svojim antikodónom pripojí tRNA. Regulačné proteíny sa odpoja.6) Pripojí sa veľká podjednotka ribozómu a aktivujú sa v nej funkčné miesta: A – aminokyselinové, kde sa aminokyselina naviaže na príslušnú tRNA, P – peptidové, kde sa aminokyseliny navzájom spájajú peptidovými väzbami, E - pre odchod syntetizovanej bielkoviny z ribozómu, R - pre odchod tRNA, ktorá odovzdala aminokyselinu.

Začína sa elongáciaelongácia – samotná syntéza proteínu. Následne sa antikodónom na nasledujúci triplet v mRNA pripojí (za pomoci elongačného faktora EF-Tu) ďalšia tRNA, nesúca svoju aminokyselinu, ktorá sa dostáva najprv do A miesta. Prvá a druhá aminokyselina sa spoja peptidovou väzbou (v P mieste) a mRNA v ribozóme sa posunie (pôsobením elongačného faktora EF-G) o jeden triplet ďalej k 3´ koncu. tRNA, ktorá priniesla prvú aminokyselinu vypadne (cez R miesto na ribozóme). Zároveň príde tretia tRNA nesúca svoju aminokyselinu. Vo veľkej podjednotke sa spojí druhá a tretia aminokyselina. Ribozóm sa posunie o jeden triplet. Druhá tRNA vypadne a príde štvrtá tRNA nesúca svoju aminokyselinu, atď.. Vznikajúci proteín sa cez E miesto vysúva z ribozómu.Proces pokračuje až kým sa v mRNA nevyskytne stop triplet. Na stop-triplet je naviazaný zvláštny proteín, ktorý spôsobí, že sa ribozóm rozpadne a translácia sa ukončí – termináciaterminácia translácie.

Ako bolo už uvedené, v rámci diferenciácie buniek sa alternatívnym využitím alternatívnym využitím genetickej informáciegenetickej informácie dosahuje stav, že výsledkom expresie toho istého génu sú rôzne proteíny. Keďže vlastnosti bielkovín závisia len od poradia aminokyselín, z ktorých sa skladajú, 1) Alternatívny štart transkripcie (napr. génu pre dystrofín) vznikajú proteíny, ktoré majú rôznu dĺžku a rovnaký majú len koniec. V bunkách svalov má dystrofínový proteín 427 aminokyselín, ale v bunkách neuroglie má len 71. 2) Alternatívny zostrih (RNA processing) je proces, pri ktorom sa z pre-mRNA vystrihnú nielen intróny, ale aj niektorý(é) z exónov. Príkladom je gén pre kalcitonín, ktorý má 5 exónov. V štítnej žľaze využívajú prvé 4 z nich a v nervovej sústave chýba štvrtý exón, ale je tam piaty.3) Editovanie RNA je proces, pri ktorom sa cielene a zámerne, enzymatickým zásahom zmení niektorý z kodónov na signál pre poly(A)polymerázu alebo na

stop-triplet, napríklad v géne pre apolipoproteín B. V pečeni má apoB100 4536 aminokyselín, kým v čreve má apoB45 len 2152.

Procesy realizácie genetickej informácieProcesy realizácie genetickej informácie

MEDZI ZÁZRAKY PRÍRODY PATRÍ AJ TO, ŽE VLASTNOSTI BIELKOVÍN ZÁVISIA PREDOVŠETKÝM OD ICH PRIMÁRNEJ ŠTRUKTÚRY, ČIŽE PORADIA (SEKVENCIE) AMINOKYSELÍN, Z KTORÝCH SA SKLADAJÚ. TOTO PORADIE JE ZAKÓDOVANÉ V ŠTRUKTÚRNYCH GÉNOCH V DNA. V PROCESE TRANSKRIPCIE (PREPISU) SA PODĽA GÉNU ZHOTOVÍ JEHO KÓPIA – MOLEKULA MEDIÁTOROVEJ RIBONUKLEOVEJ KYSELINY (mRNA), KTORÁ PREJDE Z JADRA DO CYTOPLAZMY, AŽ K RIBOZÓMOM. REALIZÁCIA GENETICKEJ INFORMÁCIE NASTANE V PROCESE TRANSLÁCIE (PREKLADU), KEĎ SA, POMOCOU GENETICKÉHO KÓDU, PREVEDIE PORADIE DUSÍKOVÝCH BÁZ DO PORADIA AMINOKYSELÍN PROTEÍNU (BIELKOVINY). PROTEÍNY SÚ NÁSLEDNE CHEMICKY UPRAVOVANÉ A SPÁJANÉ DO VYŠŠÍCH KOMPLEXOV V ENDOPLAZMATICKOM RETIKULE A V GOLGIHO APARÁTE. V NIEKTORÝCH BUNKÁCH, AKO DÔSLEDOK DIFERENCIÁCIE, DOCHÁDZA K ALTERNATÍVNEMU POUŽITIU GENETICKEJ INFORMÁCIE –ZMENOU ZAČIATKU TRANSKRIPCIE ALEBO ÚPRAVOU mRNA SA DOSAHUJE STAV, ŽE SA PO TRANSKRIPCII TOHO ISTÉHO GÉNU V RÔZNYCH BUNKÁCH SYNTETIZUJÚ RÔZNE PROTEÍNY.

ATG GT AG GT AG TAA AATAAA TAG

TGA

exón1

- promótorregulačná oblasť kódujúca oblasť

miesto naviazania transkripčných faktorov

(napr. TF II D)

5´...

translácia

TATACAAT ..3´exón2 exón3intrón intrón

syntéza pre-mRNA

mRNA

posttranskripčná úprava pre-mRNA

UTRGC UTR

- 90 -80 -35 -10

enhancerenhancer

TATA box

RNA polymeráza II molekula adaptora

aktivátor

smer transkripciesmer transkripcie

Akceptorové rameno (pre AMK)

slučka slučka

antikodón

Priestorováštruktúra

tRNA