Biologie pro psychology a pedagogy
pak musí navazovat posttranskripční modifikace RNA, na translaci posttranslační modifikace proteinů.
4.2.4.1 Transkripce genetických informací Podstatou transkripce všech genetických informací je syntéza RNA všech typů (mRNA, tRNA, rRNA i všech ostatních) podle kódujícího řetězce DNA. Tato syntéza je řízena specifickými enzymy podle principu komplementarity bazí a byla popsána v kapitole 2. Obecná zkušenost, že genetické informace se přenášejí jednosměrně, vždy z DNA do RNA a odtud do proteinů, se označuje jako ústřední dogma molekulární genetiky. RNA-viry čeledi Retroviridae však mají pro svůj životní cyklus k dispozici gen pro enzym, který diriguje transkripci opačným směrem: z RNA do DNA (podle téhož principu komplementarity bazí). Tento enzym se jmenuje RNA-závislá DNA polymeráza, běžně však označovaná krátce jako reverzní transkriptáza.
4.2.4.2 Posttranskripční úprava RNA Aby se mohly řetězce RNA všech typů zařadit jako funkční složky do proteosyntézy, musí být primární transkripty RNA enzymaticky upraveny (modifikovány). Úpravy znamenají jednak odštěpení (vyštěpení) jejich určitých částí, jednak přidání, event. chemickou modifikaci jejich nukleotidů. Posttranskripční úprava mRNA
Již bylo zmíněno, že primární transkript mRNA nese na svém 5ʹkonci netranslatovanou vedoucí sekvenci, která předchází iniciačnímu kodonu (AUG, u eukaryontů někdy i GUG), a na 3ʹkonci netranslatovanou koncovou sekvenci. Tak je v prokaryontech primární transkript mRNA ihned schopen své funkce. V eukaryontech však musí být pro svou funkceschopnost konvertován trojí posttrankripční úpravou.
Ke konci 5ʹ je připojen modifikovaný guanosin v neobvyklé vazbě 5ʹ→5ʹ (místo obvyklé 5ʹ→3ʹ). Tato terminální čepička je pak nezbytná pro připojení mRNA k ribozomu při začátku translace. Konec 3ʹ je obvykle modifikován připojením tzv. polyA-přívěsku, který tvoří řetězec až 200 adeninových nukleotidů; soudí se, že přívěsek polyA pomáhá udržovat stabilitu mRNA. Z primárního transkriptu musí být vystřiženy části, jež jsou transkribovanými introny z genové sekvence, a transkripty jejích exonů musí být vzájemně kovalentně spojeny. To je tzv. sestřih mRNA (obr. 4.4).
Kódující sekvence genů – exony – tvoří někdy jen krátké úseky mezi mnohem delšími, nekódujícími introny (obr. 4.5). V některých případech tvoří kódující sekvence méně než 1 % celkového rozsahu genu. Zatímco eukaryontní mRNA nese zpravidla informaci jednoho genu, je prokaryontní mRNA polycistronická: nese informace celé skupiny sousedících genů 98
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS208098
4 Základy genetiky
Obr. 4.4
Schéma transkripce mRNA podle DNA. „Čepičku“ konce 5´ tvoří modi fikovaný guanosin (7-metylguanosin) + nukleotidy (hvězdičky), jejichž ribózy jsou rovněž metylovány (zkratka Metg++).
DNA
směr transkripce primární transkript
tento řetězec DNA se transkribuje
uvolnění primárního transkriptu
exony
sled poly A připojen na 3´konec
introny
AAAAA introny jsou vyštěpeny
„čepička“ MetG** připojena na 5´konec
AAAAA modifikovaný transkript
a představuje tak transkript funkční jednotky – operonu. V takové mRNA jsou pak transkripty jednotlivých zúčastněných genů vzájemně odděleny tzv. mezerníkovými sekvencemi. V lidském genomu připadá na jeden gen v průměru 8,8 exonu; přitom průměrný rozsah exonu je 145 bp, zatímco průměrný rozsah intronu je 23x větší, 3 356 bp. Některé geny mají podobu drobných kódujících exonů rozptýlených mezi mnohem delšími nekódujícími introny; nejvíce jich má gen pro svalový protein titin, složený ze 178 exonů. Nejčastější délka intronu v lidském genomu je 87 nukleotidů, ale průměr jejich délky 3 356 nukleotidů ukazuje, že mohou dosahovat i délek nesrovnatelně větších. Posttranskripční úprava tRNA
Geny pro jednotlivé typy tRNA jsou ve chromozomech uloženy tandemově, v prokaryontní buňce např. ve 30–40 kopiích. tRNA se transkribuje jednotlivě podle každé kopie a je ihned upravována: na 5ʹ konci je z ní odštěpena tzv. zaváděcí sekvence asi 20 nukleotidů, na 3ʹ konci se místo dvou původních nukleotidů připojí triplet CCA, 99
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS208098
Biologie pro psychology a pedagogy
Exony (E) a introny (I) v lidských genech pro α a β řetězce globinu (s he mem tvoří hemoglobin). Introny tvoří různé podíly v jejich peptidových ře tězcích. Černé koncové sekvence jsou transkribovány, ne však translato vány. Čísla pod diagramy jsou pořadová čísla aminokyselin na příslušném místě globinového peptidu.
Obr. 4.5
E1
I1
E2
I2
E3
α 5'
3'
1
31
E1
32
I1
99
100
E2
141
I2
E3 3'
β 5' 1
30
31
104
105
146
kb 0
0,5
1,0
1,5
a to ve všech funkčních typech tRNA. Uvnitř řetězce jsou některé baze metylovány, případně jsou odtud vystřiženy transkripty intronů. Části molekulárního řetězce, jež mají vzájemně komplementární nukleotidové úseky, se propojí vodíkovými můstky (jako v molekule DNA) a vytvoří tak úseky dvouřetězcové sekundární struktury, která pak upraví terciární strukturu molekuly tRNA do podoby jakéhosi prostorového písmene „L“ (obr. 4.6). Vytvoří se tak v každé funkční tRNA dvě charakteristické oblasti: antikodonová klička na antikodonovém rameni uprostřed řetězce, exponující antikodon, a akceptorové rameno, zajišťující připojení příslušné aminokyseliny na 3ʹ konec s tripletem CCA: tuto funkci plní aminoacyl-tRNA syntetáza příslušné aminokyseliny. Posttranskripční úprava rRNA
Ribozomální RNA (která tvoří 70–80 % veškeré buněčné RNA) se vyskytuje ve třech (v prokaryontních buňkách), resp. čtyřech (v eukaryontních buňkách) molekulárních typech, lišících se molekulárními hmotnostmi, a tudíž i sedimentačními konstantami. Tři hlavní typy eukaryontní rRNA (stejně jako všechny tři typy prokaryontní rRNA) tvoří společnou transkripční jednotku; společná transkripce zajišťuje, že všechny jsou buňce k dispozici vždy v poměru 1 : 1 : 1. Po transkripci celé jednotky jsou mezerníkové sekvence mezi jednotlivými typy vystřiženy. 100
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS208098