Kwasy nukleinowe i białka

Podobne dokumenty
Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu

etyloamina Aminy mają właściwości zasadowe i w roztworach kwaśnych tworzą jon alkinowy

Przegląd budowy i funkcji białek

protos (gr.) pierwszy protein/proteins (ang.)

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Informacje. W sprawach organizacyjnych Slajdy z wykładów

Scenariusz lekcji przyrody/biologii (2 jednostki lekcyjne)

Substancje o Znaczeniu Biologicznym

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

WYKŁAD 4: MOLEKULARNE MECHANIZMY BIOSYNTEZY BIAŁEK. Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Budowa i funkcje białek

Wykład 14 Biosynteza białek

Slajd 1. Slajd 2. Proteiny. Peptydy i białka są polimerami aminokwasów połączonych wiązaniem amidowym (peptydowym) Kwas α-aminokarboksylowy aminokwas

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

Aminokwasy, peptydy i białka. Związki wielofunkcyjne

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

CORAZ BLIŻEJ ISTOTY ŻYCIA WERSJA A. imię i nazwisko :. klasa :.. ilość punktów :.

Chemiczne składniki komórek

Aminokwasy, peptydy, białka

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

Geny i działania na nich

2. Produkty żywnościowe zawierające białka Mięso, nabiał (mleko, twarogi, sery), jaja, fasola, bób (rośliny strączkowe)

21. Wstęp do chemii a-aminokwasów

46 i 47. Wstęp do chemii -aminokwasów

DNA - niezwykła cząsteczka. Tuesday, 21 May 2013

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Translacja i proteom komórki

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Budowa aminokwasów i białek

PRZYKŁADOWE ZADANIA ORGANICZNE ZWIĄZKI ZAWIERAJĄCE AZOT

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Numer pytania Numer pytania

Ćwiczenie 5 Aminokwasy i białka

1. Na podanej sekwencji przeprowadź proces replikacji, oraz do obu nici proces transkrypcji i translacji, podaj zapis antykodonów.

Zastosowanie metody Lowry ego do oznaczenia białka w cukrze białym

Wykład 12 Kwasy nukleinowe: budowa, synteza i ich rola w syntezie białek

Scenariusz lekcji chemii w klasie III gimnazjum. Temat lekcji: Białka skład pierwiastkowy, budowa, właściwości i reakcje charakterystyczne

AMINOKWASY. I. Wprowadzenie teoretyczne. Aminokwasy są to związki, które w łańcuchu węglowym zawierają zarówno grupę aminową jak i grupę karboksylową.

Wykład: 2 JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY. Jądro komórkowe. Prof. hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Skład chemiczny organizmów. Rola enzymów w przemianach metabo- licznych.

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

Scenariusz lekcji biologii dla klasy 8 SP, 1 liceum poziom podstawowy. Temat: DNA nośnik informacji dziedzicznej. Przepływ informacji genetycznej.

JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Czy żywność GMO jest bezpieczna?

Test kwalifikacyjny Lifescience dla licealistów 2015

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

SEMINARIUM 8:

Model : - SCITEC 100% Whey Protein Professional 920g

Białka - liniowe kopolimery. złożone z aminokwasów. Liczba rodzajów białek - nieznana

Od aminokwasów do białek złożonych. Wykład 2

TEORIA KOMÓRKI (dlaczego istnieją osobniki?)

Właściwości aminokwasów i białek

Generator testów bioinformatyka wer / Strona: 1

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

ĆWICZENIA Z BIOCHEMII

1. Właściwości białek

1.1. AMINOKWASY BIAŁKOWE

Przemiana materii i energii - Biologia.net.pl

Metabolizm białek. Ogólny schemat metabolizmu bialek

BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI AMINOKWASÓW Aminokwasy białkowe

Ćwiczenie 6 Aminokwasy

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

Podstawy biologiczne - komórki. Podstawy biologiczne - cząsteczki. Model komórki eukariotycznej. Wprowadzenie do Informatyki Biomedycznej

Ćwiczenie 1. Właściwości aminokwasów i białek

Budowa i rola DNA. 1. Cele lekcji. a) Wiadomości. b) Umiejętności. 2. Metoda i forma pracy. 3. Środki dydaktyczne. Metadane scenariusza

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Plan działania opracowała Anna Gajos

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Biomolekuły (3) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. piątek, 7 listopada 2014 Biofizyka

GENETYKA. Budowa i rola kwasów nukleinowych Geny i genomy Replikacja DNA NM G

Geny, a funkcjonowanie organizmu

DNA musi współdziałać z białkami!

Reakcje charakterystyczne aminokwasów

Właściwości elektrolityczne i buforowe wodnych roztworów aminokwasów

Bioinformatyka. z sylabusu... (wykład monograficzny) wykład 1. E. Banachowicz. Wykład monograficzny Bioinformatyka.

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Struktura DNA i chromatyny. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

... Zadanie 7 (2 pkt.). Antykodon wskazuje strzałka oznaczona literą... Opisz funkcję pełnioną przez antykodon w trna.

Aldehydy i ketony łącznie stanowią klasę związków określanych jako związki karbonylowe.

Wykład 1. Od atomów do komórek

Ćwiczenie 4. Reakcja aminokwasów z ninhydryną. Opisz typy reakcji przebiegających w tym procesie i zaznacz ich miejsca przebiegu.

Właściwości fizykochemiczne białek

Glicyna budowa cząsteczki i właściwości

BIAŁKA. 1. Właściwości fizykochemiczne białek

Cele kształcenia. Zapoznanie ze strukturą i funkcjami kwasów nukleinowych Zapoznanie z procesami leżącymi u podstaw biosyntezy białka

Ekspresja informacji genetycznej

4.1 Hierarchiczna budowa białek

Podstawy genetyki molekularnej

Transkrypt:

Metody bioinformatyki Kwasy nukleinowe i białka prof. dr hab. Jan Mulawka

Kwasy nukleinowe

DNA Kwas dezoksyrybonukleinowy jest to należący do kwasów nukleinowych wielkocząsteczkowy organiczny związek chemiczny, który występuje w chromosomach i pełni rolę nośnika informacji genetycznej organizmów żywych.

Kwasy przechowujące i przekazujące informację w komórkach DNA - kwas deoksyrybonukleinowy (przechowuje zakodowaną informację, jest podstawowym materiałem genetycznym) RNA - kwas rybonukleinowy (jest aktywnym czynnikiem w dekodowaniu informacji)

Obydwa kwasy są liniowymi polimerami składającymi się z monomerów połączonych w łańcuch. Te monomery (cegiełki do budowy kwasów) nazywa się nukleotydami Zarówno DNA jak i RNA jest zbudowane tylko z czterech rodzajów nukleotydów Trzy rodzaje występują w obydwu kwasach: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C). Ponadto w DNA występuje tymina (T), a w RNA - uracyl (U)

Zasady występujące w nukleotydach dzielą się na dwie grupy: puryny (A, G) pyrymidyny (C, T, U)

Skład nukleotydu reszta fosforanowa cukier (oparty na pięciu węglach, tzw. pentoza). W DNA tym cukrem jest deoksyryboza, a w RNA ryboza zasada azotowa (stąd nukleotyd bierze swoją nazwę)

Cząsteczka DNA Długa nić DNA powstaje dzięki wiązaniom chemicznym tworzącym się między grupą fosforanową a deoksyrybozą sąsiedniego nukleotydu. Nukleotydy trzymają się więc razem dzięki grupom fosforanowym

Łańcuch nukleotydów ma dwa różne końce 5 (koniec fosfatowy) 3 (koniec hydroksylowy) (liczby pochodzą od numeracji węgli ) Zwykle sekwencje są zapisywane i czytane w kierunku od 5 do 3

Schematyczne przedstawienie nici DNA

Powstawanie helisy DNA W naturalnym stanie tworzy podwojną helisę (Watson i Crick, 1953) powstałą z połączenia dwóch łancuchów nukleotydów (wiązania wodorowe) Kierunki łancuchów w helisie są przeciwne. Zwykle helisa jest prawoskrętna

Pary komplementarne nukleotydów A - T (słabsze wiązanie) G - C (silniejsze wiązanie) Możliwe są wyjątki, np. G - T

Kształt i rozmiary DNA Rozmiary: zasady są oddalone od siebie o 0.34 nm (licząc wzdłuż osi) Pełny obrót co 3.4 nm Kształt: może być nić (podwójna) lub cykl

Denaturacja DNA Rozplątanie nici pod wpływem wysokiej temperatury (zwykle 80-90C, zależnie od kwaśności środowiska i składu nukleotydów) Słabsze wiązania rozpadają się szybciej Po obniżeniu temperatury następuje ponowne łączenie w helisę (renaturacja)

Właściwości kwasu RNA Budowa chemiczna podobna do DNA, zamiast tyminy (T) jest uracyl (U) Jest hipoteza, że RNA pojawiło się na świecie przed DNA RNA jest mniej stabilne niż DNA (np. rozpada się w alkalicznych roztworach) Podobnie jak DNA, tworzy pojedyncze nici, podwójne, liniowe lub cykliczne Ważna jest trójwymiarowa struktura RNA (właściwości katalityczne lub łączenie się z białkami)

RNA matryca do syntezy białek DNA nie jest matrycą, na bazie której powstają białka. DNA jest najpierw kopiowane na RNA, a następnie RNA służy jako matryca syntezy białek.

Tworzenie kwasów nukleinowych Zarówno DNA jak i RNA są produkowane przez kopiowanie istniejącej wcześniej nici DNA (zgodnie z zasadą komplementarności Watsona- Cricka) Kierunek kopiowania jest zawsze od 5' do 3' (tzn. powstająca nić jest budowana w kierunku od 5' do 3')

Przy kopiowaniu biorą udział specjalne enzymy, nazywane polimerazami; DNA polimerazy służą do budowania DNA; RNA polimerazy służą do budowania RNA Budowa RNA na podstawie matrycy DNA nazywa się transkrypcją RNA polimerazy mogą zacząć budowę nowej nici (de novo). Natomiast DNA polimerazy muszą zaczynać od pewnego miejsca zwanego starterem lub primerem i doklejają nową nić z nukleotydów

Rodzaje RNA Jądrowy RNA (nrna) stanowi mieszaninę wielu rodzajów kwasów rybonukleinowych Transferowy RNA (trna) stanowi 10 12% ogólnej ilości kwasów rybonukleinowych w komórce. Jest on zbudowany z 70-90 nukleotydów. Charakteryzuje się wśród innych rodzajów RNA najmniejszą masą cząsteczkową. trna cechuje wysoka specyficzność w stosunku do aminokwasów. Każdy z aminokwasów syntetyzowanego białka może być transportowany przez jeden, a niektóre przez kilka różnych trna

Matrycowy, czyli informacyjny RNA (mrna) powstaje w jądrze komórkowym w procesie transkrypcji z DNA. Jest syntetyzowany z trifosforanów nukleozydów. Jego zasady są komplementarne w stosunku do jednej z nici chromosomowego DNA, na której jest wytwarzany. Matrycowy RNA przenosi informację genetyczną z DNA do cytoplazmy. Masa cząsteczkowa mrna oraz sekwencja nukleotydów zależą do rodzaju białka, które jest w nim zakodowane. Trójki nukleotydów, czyli kodony, rozmieszczone w jego łańcuchu wyznaczają kolejność aminokwasów syntetyzowanego białka

Rybosomalny RNA (rrna) stanowi około 80% ilości kwasów rybonukleinowych komórki. Jest on podstawowym składnikiem rybosomów, gdzie sięga 65% zawartości. Resztę stanowią białka. Rybosomalny RNA zawiera typowe zasady azotowe z niewielką domieszką ich metylowych pochodnych. Jest pojedynczym łańcuchem, bardzo mocno poskręcanym, tworzącym pętle, z fragmentami dwuniciowymi, gdzie występują wiązania wodorowe między komplementarnymi zasadami. rrna, podobnie jak inne rodzaje RNA, powstaje w procesie transkrypcji z DNA

Mitochondrialne DNA

Białka Białka powstają w wyniku kondensacji aminokwasów Następuje samoskładanie się podjednostek białkowych Białka umożliwiają i kierują metabolizmem komórki Można stwierdzić, że białka są alfa i omega życia

Aminokwasy Jest 20 rodzajów aminokwasów RCH(NH2)COOH grupa karboksylowa charakter kwasowy grupa aminowa właściwości zasadowe R - grupa rodnikowa

Podział aminokwasów Aminokwasy obojętne (monoaminomonokarboksylowe): glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, seryna, treonina Aminokwasy kwasowe (monoaminodikarboksylowe): kwas asparaginowy, kwas glutaminowy Aminokwasy zasadowe (diaminomonokarboksylowe): lizyna, arginina

Amidy kwasowych aminokwasów (obojętne): asparagina, glutamina Aminokwasy zawierające siarkę (obojętne): cysteina, metionina Aminokwasy pierścieniowe (obojętne, z wyjątkiem zasadowej histydyny): tryptofan, fenyloalanina, tyrozyna, prolina, hydroksyprolina, histydyna

Aminokwasy łączą się ze sobą przy pomocy silnych wiązań zwanych wiązaniami peptydowymi W aminokwasach wyróżnia się dwa końce (podobnie jak w nukleotydach ): 1._ koniec aminowy (N-koniec) 2._ koniec karboksylowy (C-koniec)

Tworzenie wiązania peptydowego O H O H --- C + N --- --------> --- C --- N --- + H2O OH H

Białka są zbudowane z jednego, kilku lub większej liczby łańcuchów (polipeptydów ) Liczba aminokwasów występujących w białkach waha się od kilkudziesięciu do kilku tysięcy (są białka zawierające 30600 aminokwasów)

Liczba możliwych kombinacji elementów w cząsteczce liczącej 300 400 aminokwasów wynosi 10 360 to jest więcej niż jest atomów we wszechświecie! (A. Jerzmanowski, Geny i ludzie, WSP, Wawa,1994)

W przyrodzie występuje stosunkowo niewiele białek (jak na liczbę możliwych kombinacji aminokwasów) Znakomita większość kombinacji jest niestabilna Obecnie znanych jest około 200 tysięcy białek (por. baza danych Swiss-Prot http://us.expasy.org/sprot/)

Struktura pierwszorzędowa białka Określa ona liczbę i kolejność (sekwencję) aminokwasów w białku Strukturę pierwszorzędową białka warunkują wiązania peptydowe

Struktura drugorzędowa białka Alfa-heliks łańcuch układa się w postaci helikalnej prawoskrętnej śruby; tworzą się mocne wiązania wodorowe między określonymi grupami wodorowymi i karboksylowymi (C= O H N) Struktura beta - dywanikowa Powstają wspólne płaszczyzny jednostek peptydowych (wiązania wodorowe)

Struktura trzeciorzędowa białka Jest to forma kulista (globularna) Struktura ta powstaje jako wynik: 1.Sił van der Waalsa 2.Wiązań wodorowych 3.Wiązań dwusiarczkowych między aminokwasami zawierającymi siarkę

Struktura czwartorzędowa białka Jest ona wynikiem połączenia kilku łańcuchów polipeptydowych swymi końcami lub bokami. Np. hemoglobina - dwa łańcuchy polipeptydowe alfa i dwa łańcuchy polipeptydowe beta, każdy łańcuch ma charakterystyczną sekwencję aminokwasów

Białka spełniają wiele bardzo ważnych funkcji w działaniu organizmu Biologiczne właściwości białka zależą głównie od struktury trzeciorzędowej i drugorzędowej Struktura pierwszorzędowa warunkuje struktury drugo- i trzeciorzędową Struktura pierwszorzędowa decyduje o swoistości (specyficzności) białka

Funkcje białek w organizmie 1. katalityczne (enzymy) 2. strukturalne 3. regulacyjne (hormony) 4. transportowe i magazynujące (hemoglobina) 5. kontrolujące proces transkrypcji i translacji 6. układ odpornościowy (przeciwciała)

Kataliza enzymatyczna Zróżnicowane powierzchnie białek umożliwiają im dopasowanie się do powierzchni i kształtów dowolnych cząsteczek chemicznych Białka mogą wybrane cząsteczki umiejscawiać, zbliżyć i ustawić w stosunku do siebie w taki sposób, że zajdzie między nimi reakcja chem. Kataliza enzymatyczna jest podstawową esencją życia

Przykłady białek Kolagen białko włókien i ścięgien, ma wytrzymałość na rozciąganie jak stal Elastyna białko ścian naczyń krwionośnych, ma właściwości jak guma Białka potrafią przesuwać się w przestrzeni Lucyferaza białko które umożliwia przekształcenie związku lucyferyny podczas którego emitowane jest światło reakcja bioluminescencji

Denaturacja białka Podgrzanie do ok. 50C lub wprowadzenie dużej ilości anionów i kationów powoduje zniszczenie struktury trzeciorzędowej i cząsteczka białka ulega częściowemu lub całkowitemu rozwinięciu Przyjmuje wtedy postać heliksy lub dywanika Denaturacja może być odwracalna, jeśli jest przeprowadzona łagodnie

Podział białek ze względu na budowę chemiczną Proste (proteiny) zbudowane wyłącznie z aminokwasów: protaminy, histony, prolaminy, gluteliny, albuminy, globuliny, skleroproteiny Złożone (proteidy)

Proteidy są bardziej rozpowszechnione w przyrodzie niż proteiny Białka dzięki licznym i różnorodnym grupom polarnym, mogą reagować z innymi związkami Część niebiałkowa nosi nazwę grupy prostetycznej

Podział proteid w zależności od grupy prostetycznej Fosfoproteidy Chromoproteidy Lipoproteidy Glikoproteidy Nukleoproteidy Metaloproteidy

Białka w roztworach W roztworze wodnym białka podobnie jak aminokwasy, mają ładunek elektryczny Zachowują się jak aniony, kationy lub jony obojnacze Wędrują w polu elektrycznym elektroforeza Dla każdego białka istnieje takie ph roztworu, w którym jon białkowy nie wędruje Takie ph określa tzw. punkt izoelektryczny (PI)

Jon obojnaczy, kation, anion białkowy R -- COO -- R --- COOH + HCl ----> + Cl -- NH3 + NH3 + forma kationowa (ph roztworu < PI białka) R -- COO -- R --- COO -- + NaOH ----> + Na + + H 2 O NH 3 + NH 2 (ph roztworu > PI białka) forma anionowa

W punkcie izoelektrycznym białka mają najmniejszą rozpuszczalność Wywierają najmniejsze ciśnienie osmotyczne oraz nie tworzą soli Jako związki wielkocząsteczkowe nie dializują; nie przechodzą przez błony półprzepuszczalne Roztwory białek są lepkie Wykazują cechy koloidów hydrofilowych

Prof. A. Jerzmanowski Gdyby mi teraz powiedziano, że w jakimś organizmie, przez nikogo do tej pory nie badanym, wykryto białko, które zachowuje się jak mikroprocesor komputera, uwierzyłbym bez zmrużenia oka