Biokémia Molekuláris biológia Sejttan (citológia) Biológia II. Genetika -Genomika Szövettan (hisztológia) 1. A molekuláris- és sejtbiológia története 1
I. A sejtbiológia kialakulása Az első mikroszkópok XVI. - XVII. század Marcello Malphigi Robert Hooke parafa metszetek vizsgálata, tőle származik a sejt elnevezés) 1665 (1628-94) A mikroszkopikus anatómia atyja 1590 (kapilláriskeringés, vörösvértestek, Malpighi-edények) (bolhanéző üveg, 10x) Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) 1723) számos mikroszkóp Kb. 270 x nagyítás 1722: 4 kötetes mű, művészi rajzokkal illusztrált írások 2
II. A szövettan és a sejtbiológia kiteljesedése 1831 Robert Brown felfedezi, hogy a növényekben sejtmag és sejtmagvacska van M. J. Schleiden (1804-81) A növényi sejttan atyja Theodor Schwann (1810-1882) A sejtelmélet megalapítója Johannes Purkinje A protoplazma megnevezése A genetika csírái 1848 kromoszómák felfedezése 1888 elnevezés: von Waldemeyer-Hartz Wilhelm Hofmeister (1827-1879) omnis cellula e cellula R. L. K. Virchow (1821-1902) Gregor Mendel (1822-1884) A klasszikus genetika atyja Korát jóval megelőzve precíz keresztezéseket hajt végre különböző tulajdonságú borsókkal. Leírja (és 1865-ben publikálja) a klasszikus genetika törvényeit. Nem ismerték el, csak 1900-ban fedezték fel az eredményeit. 3
F. Miescher E. Fischer Ramón Y Cajal C. Golgi 1869 Friedrich Miescher felfedezi a nukleinsavakat 1894 enzim-szubsztrát kapcsolat, mint kulcs a zárba (E. F.) 1906 Ramón Y Cajal & Golgi (Nobel-díj az idegrendszer mikroszkópos vizsgálatáért) Veréb látókérge Golgi-féle impregnációs metszeten Ramón Y Cajal rajza "Textura del Sistema Nervioso del Hombre y los Vertebrados" (1894-1904) Modern idegtan tankönyv, több nyelvre lefordították. 4
III. Az intracelluláris folyamatok feltárása XX. század 1907 Thomas Morgan Drosophila mutánsokat állít elő Az öröklődés kromoszóma-elmélete 1908 Hardy és Weinberg a populációgenetika megalapozása p + q = 1; (p + q) 2 = p 2 + 2 pq + q 2 Elektronmikroszkópok 1931 E. Ruska elektronmikroszkópot készít (M. Knoll és Borries) ) transzmissziós EM (TEM) Pásztázó (scanning( scanning) ) EM (SEM): 1942 FM: 200-130 nm TEM: 0,2 nm SEM: 10 nm 5
1932 Sherington és Adrian Nobel-díja az idegsejt működésének feltárásáért 1936 Dale és Loewi idegsejtek kémiai kapcsolata 1937 R. Hill a fotoszintézis fény- és sötétreakciójának elkülönítése 1937 Szent-Györgyi Albert Nobel-díja (1893-1986) 1986) a biológiai oxidáció feltárása C-vitamin kivonása "a biológiai égésfolyamatok, különösképpen a C-vitamin C és a fumár- savkatalízis szerepének terén tett felfede- zéseiért" Hevesy György (1885-1966) radioaktív izotópok használata 1943-ban Nobel-díjat kapott 1945 A. Fleming,, E.B. Chain,, H. Florey penicillin (N) 1953 Krebs és F. A. Lipmann koenzim-a szerepe (N) 1954 L. Pauling fehérjék másodlagos szerkezete (N) A. Fleming H. A. Krebs L. Pauling 6
A DNS térbeli szerkezetének feltárása 1950-es évek: Rosalind Franklin röntgendiffrakciós képei alapján Crick és Watson megfejtik a DNS térbeli szerkezetét. 1962 Watson, Crick és Wilkins Nobel díja Friedrich Sanger 1958 inzulin elsődleges szerkezete 1980 szekvenciaanalízis módszere M. F. Petrutz és J. C. Kendrew Severo Ochoa (1905-93) 1959 S. Ochoa és A. Kornberg: RNS- és DNS-szintézis 1962 Petrutz és Kendrew: globuláris fehérjék szekvenciája 7
1962 Eccles, Hodgkin és Huxley idegsejtek membránjában lejátszódó ionmechanizmusok 1965 Jacob, Monod és Lwoff genetikai szabályozás (operon elmélet) és vírusszintézis mechanizmusa 1968 Holley, Khorana és Nirenberg a genetikai kód megfejtése és a fehérjeszintézisben betöltött szerepének tisztázása 1974 Claude, de Duve és Palade sejtszerkezet és -működés feltárása 1978 P. D. Mitchell kemiozmotikus elmélet (kémiai Nobel-díj) Hodgkin Huxley Jacob Monod Mitchell 1983 Barbara McClintock ugráló gének 1988 Deisenhofer, Huber és Michel fotoszintézis molekuláris alapjai 1989 S. Altman és T. Cech: RNS enzimatikus aktivitása 8
IV. Az elmúlt évtized legnagyobb felfedezései G- fehérjék szignál transzdukció prionok Új eljárások: NMR (nuclear( nuclear magnetic resonance) ) mikroszkópia mikromanipulátor metszetkészítés ultramicrotommal fagyasztva töréssel, fagyasztva maratással Genom projektek 1977 ΦX174 fág (5375b) 1986 Genomika deklarálása 1995 Haemophilus influenzae első baktérium (1 830 137 bp) Világ Archeabacteria Bacteria Eukaryota Eukaryota Eukaryota Eukaryota Ország.. Gombák Egysejtűek ek Növények Állatok Teljes szekvencia 16 89 2 1 2 4 1990-2003 HUMAN GENOM PROJECT 2001 február az emberi genom szekvenciasorrendje (draft) ENCODE project 9
Nobel-díj 2002 Robert Horvitz Programozott sejthalál Sydney Brenner John Sulston Nobel-díj 2003 Membráncsatornák Peter Agre Roderick MacKinnon NMR képalkotás Paul C. Lauterbur Sir Peter Mansfield 10
Ubiquitin által segített fehérjebontás Nobel-díj 2004 A szaglórendszer felépítésének és működésének feltárása Richard Axel Linda B. Buck Aaron Avram Ciechanover Hershko Irwin Rose Élettani-orvosi Nobel-díj Nobel-díj 2005 Barry J. Marshall J. Robin Warren Kémiai Nobel-díj metathesis Yves Chauvin Robert H. Grubbs Richard R. Schrock 11
Nobel-díj 2006 Élettani-orvosi Nobel-díj Kémiai Nobel-díj Andrew Z. Fire Craig C. Mello Roger D. Kornberg RNS interferencia duplaszálú RNS hatására bekövetkező transzkripciógátlás 2. A sejt kémiai anyagai 2.1. Biogén elemek Elsődleges biogén elemek C minden szerves vegyületben 4 kovalens kötés Felvétel: CO 2, HCO 3, sz.v. O víz és m. m. szerves vegyület anyagcsere folyamatokban Felvétel: O 2, CO 2, H 2 O, sz.v. H víz és minden szerves molekula Felvétel: H 2 O, sz.v. N fehérjék, nukleotidok,, nukleinsavak Felvétel: NO 3, NH 4+, sz.v. Elem H C O N S P Na Mg Cl Ca K Al Si F Előfordul fordulás s relatív v gyakorisága ga %-ban% földkéregben - 0,1 62,5 0,0001 0,12 1,42 2,46 1,84 0,23 1,94 2,46 6,47 21,2 1,92 emberi szervezetben 63,3 10,5 25,2 2,42 0,132 0,134 0,73 0,07 0,032 1,90 0,36 0,001 0,001 0,004 12
S fehérjék, enzimek Felvétel: : SO 2-4, szerves vegyületek P energiaközvetítő vegyületek, DNS Felvétel: HPO 2-4, szerves vegyületek. Másodlagos biogén elemek K, Na, Mg, Ca, Fe,, Cl Mikroelemek Cu, Zn, Mn, Co,, B, I, F, Si, Mo,, Se V, Sr 2.2. Szervetlen vegyületek Víz Szervezetek víztartalma felnőtt ember 62% újszülött 69% medúzák 90% húsos termések 80-90% száraz magvak 15-20% 13
A víz kémiai tulajdonságai dipólus molekula kötésszöge: 105 hidrogénkötés A víz szerepe oldószer reakcióközeg reakciópartner hőkiegyenlítő (nagy fajhő, párolgáshő, hőkap.) hártyaképző (nagy felületi feszültség) megszabja az élőlények alakját (turgor( turgor) 14
Oldatok Oldott anyag mérete 1 nm> 1-500 nm 500 nm< Név valódi oldat kolloid oldat durva diszperz rsz. Példa NaCl,, CuSO 4 zselatin, keményítő iszapos víz Kolloid oldatok szol gél xerogél A molekulák a tér egyenletes kitöltésére törekednek (koncentráció kiegyenlítődés) szabadon féligáteresztő hártyán diffúzió ozmózis 15
Diffúzió részecskék áramlása a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú hely felé Fick I. törvénye S anyagmennyiség D diffúziós áll. A felület c koncentráció x távolság ds dt = DA dc dx Ozmózis Féligáteresztő (szemipermeábilis) fal Oldószer Oldott anyag 16
Állati, emberi sejtek Növényi sejtek Izotóniás oldatban Hipotóniás oldatban Hipertóniás oldatban 2.3. Szerves vegyületek Lipidek szénhidrátok (CH2O)n fehérjék nukleinsavak 17
Funkcióik LIPIDEK (Apoláris oldószerekben jól oldódó vegyületek) anyagcserefolyamatok raktározott üzemanyagai membránok alkotóelemei sejthártyákat borító védőanyagok (bacik) hormonok, vitaminok LIPIDEK Összetett lipidek Egyszerű lipidek neutrális zsírok szteroidok foszfolipidek karotinoidok viaszok prosztaglandinok elszappanosítható lipidek -hidrolízissel egyszerűbb alkotókra bonthatók (glicerin, zsírsavak ) el nem szappanosítható lipidek A lipidek egyéb anyagokkal is kapcsolódhatnak lipoproteinek, liposzacharidok 18
H glicerin CH 2 OHH C OHH CH 2 OHH Neutrális zsírok + zsírsavak HOOC- (CH 2 ) n -CH 3 (telített) észterképződés HOOC- (CH 2 ) n -CH 3 (telített) észterhidrolízis HOOC(CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 CH 3 (telítetlen /olajsav/) CH 3 (CH 2 ) 14 COOH CH 3 (CH 2 ) 16 COOH palmitinsav sztearinsav Neutrális zsírok H CH 2 OH-CO -(CH 2 ) 14 -CH 3 C OH-CO -(CH 2 ) 16 -CH 3 + 3 H 2 O CH 2 OH-CO(CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 CH 3 CH 3 (CH 2 ) 14 COOH CH 3 (CH 2 ) 16 COOH palmitinsav sztearinsav 19
Elszappanosítás (a neutrális zsírok /mint észterek/ hidrolízisénel elősegítése NaOH-dal dal) neutrális zsír glicerin A neutrális zsírok jelentősége: szappan (a zsírsavak alkálisói, pl. Na-sói) tartalék tápanyagok fontos oldószerek (ld. zsírban oldódó vitaminok) mechanikai védelem hőszigetelés Foszfolipidek O O H 2 C O C R 2 C O CH O glicerin + 2 zsírsav + foszforsav H 2 C foszfatidsav phosphatidate R 1 O P O O foszfatidsav + alkohol foszfatid (foszfoglicerid) R 1 O O H 2 C O C R 2 C O CH O H 2 C O P O phosphatidate O + HO-X R 1 O H 2 C O C C O CH H 2 C O O R 2 O P O X glycerophospholipid O + H 2 O 20
Amfipatikus molekula A foszfatidok kétféle tulajdonságú csoportból állnak: poláris foszforsav rész apoláris szénhidrogénlánc Lecitin: a sejtmembrán fő alkotója (kefalinnal együtt), tojássárgája Foszfatidil-kolin (lecitin) Foszfatidok poláris oldószerben Határhártyák Micellák 21
Membránalkotó lipidek Foszfolipidek lecitin, kefalin LECITIN Szfingolipidek (glicerin helyett szfingozin) különösen idegsejtek nyúlványaiban pl. szfingomielin Viaszok hosszú láncú zsírsavak és hosszú láncú alkoholok észterei alacsony olvadáspontú szilárd anyagok méhviasz növényi viaszok palmitinsav alkohol (levelek, gyümölcsök felszínén) 22
1. Szteroidok szteránvázas vegyületek Egyszerű lipidek (Nem bonthatók hidrolízissel egyszerűbb komponensekre, nem szappanosíthatók el) Koleszterin (állati zsírokban és membránokban, utóbbiak folyékonyságát csökkenti) Fitoszteroidok (növényekben) Epesavak (zsírok emulgeálása) D-vitamin előanyagai ivari hormonok (ösztrogén, progeszteron, tesztoszteron) 2. Terpének és származékaik - karotinoidok terpénvázas vegyületek izoprén egységekből izoprén sárgásvörös színű illóolajok A-,, E-, E, K-vitaminokK CHO OH xantofill limonene citronellal menthol camphene β-karotin likopin retinol (A-vitamin) retinol 23
3. Prosztaglandinok telítetlen zsírsavszármazékok 8 12 COOH 20 simaizomkontrakció fokozása értágítás, véralvadásgátlás gyulladáscsökkentés gyomornedvelválasztás gátlása lipoproteinek fehérjék + lipidek Lipidszármazékok Low Density Lipoprotein (kis sűrűségű lipoproteinek) LDL Apolipoprotein A-I (a HDL fő összetevője /High Density Lipoprotein, nagy sűrűségű lipoproteinek/) 24
Szénhidrátok A bioszféra legnagyobb mennyiségben előforduló szerves anyagai Gyorsan felhasználható tápanyagok Az állatok legfontosabb energiaforrása Vázalkotók Membránalkotók Makromolekulák (nuklainsavak( nuklainsavak) ) alkotói Kémiailag polihidroxi-aldehidek és ketonok (CH 2 O) n n>2 Szénhidrátok Monoszacharidok Diszacharidok Poliszacharidok Aldehidek Ketonok maltóz laktóz glicerinaledhid ribóz, xilóz triózok pentózok dihidroxi- aceton ribulóz cellobióz szacharóz keményítő cellulóz glikogén glükóz, mannóz, galaktóz hexózok fruktóz kitin 25
(CH 2 O) n n: 3-63 6 (7,8) Triózok (n=3) Pentózok (n=5) Hexózok (n=6) Monoszacharidok (egyszerű cukrok) Kristályos, édes ízű anyagok. Vízben kitűnően, apoláris oldószerekben nem oldódnak. A triózok kivételével gyűrűs formát vesznek fel. D-glükóz aldohexóz D-fruktóz ketohexóz Sztereoizomerek Minden monoszacharidban (kivéve DHA) van egy vagy több (n) aszimmetriás szénatom, amelyhez négy kül. csop. kapcs. 2 n féle sztereoizomer Triózok glicerinaldehid glicerinaldehid (anyagcsere folyamatokban) dihidroxi-aceton (DHA) (a karbonil szénatomtól legtávolabb eső asszimetriás /=királis/ szénatom konfigurációja alapján) 26
HEXÓZ PENTÓZ TETRÓZ TRIÓZ PENTÓZ TETRÓZ TRIÓZ D-keton sorozat Eggyel kevesebb királis centrum feleannyi izomer Ribulóz, xilulóz foszfátjaik fontos anyagcsere köztitermékek HEXÓZ 27
Epimerek Olyan cukrok, amelyek konfigurációja csak egy szénatomon különbözik. AldózokAldózok ribóz, arabinóz, xilóz Pentózok RNS és DNS felépítésében KetózokKetózok ribulóz, xilulóz HOCH 2 OH ribulóz-1,5 1,5-difoszfát a fotoszintézisben a CO 2 felvevője β-d-ribóz O OH OH C H 28
Hexózok glükóz (szőlőcukor) mannóz galaktóz fruktóz (gyümölcscukor) Glükóz gyűrűs szerkezet hidroxil-csoport helyzete szerint (α)( ) ill. β vizes oldatban izomeráci ció: α 37% nyílt <<1% β 63% 29
Fruktóz CH 2 OH C O HO CH 2 OH C CH 2 OH OH C HO C H H C OH HO H C C H OH O or HO H C C H OH O H C OH H C H C CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH gyümölcsnedvek méz diszacharidok HOCH O HOCH 2 OH 2 O CH 2 OH HO HO CH 2 OH OH OH OH (glikozidos OH-csoport) β-d-fruktóz α-d-fruktóz Diszacharidok Redukáló az egyik monoszacharid glikozidos OH-csoportja a másik monoszacharid alkoholos OH-csoportjával reagál a második gyűrű fel tud nyílni Nem redukáló két monoszacharid glikozidos hidroxilcsoportjai reagálnak egymással egyik gyűrű sem tud felnyílni cellobióz,, maltóz, laktóz szacharóz 30
Szacharóz (répacukor, nádcukor) 1-22 kötésűk α-d-glükóz + β-d-fruktóz CH 2 OH O OH HO OH 1 O 1 CH 2 OH O 2 HO 3 4 OH H 5 CH 2 OH 6 kizárólag dimer alakban a növényviln nyvilágban legelterjedtebb diszacharid Cellobióz 2 db β-d-glükóz CH 2 OH O HO HO OH CH 2 OH O O HO OH OH 1,4 -β-glikozidos kötés a cellulóz bomlásterm sterméke, a fenti képlet k szerinti dimer alakban nem fordul elő 31
Maltóz 6CH 2 OH 6CH 2 OH 2 db α-d-glükóz 4 H OH 5 H OH 3 H O H 2 OH H 1 O H 4 maltose 5 H OH 3 H O H 2 OH 1 H OH HO HO CH 2 OH O 1,4 -α-glikozidos kötés OH CH 2 OH O O HO OH OH kemény nyítő bomlásterm sterméke, de dimer alakban is előfordul: pl. magvakban Laktóz (tejcukor) 1-44 kötésűk β-d-galaktóz + α-d-glükóz CH 2 OH OH O CH 2 OH O OH OH O OH OH OH emlősök k tejében 32
Poliszacharidok Homopoliszacharidok azonos egységekből Heteropoliszacharidok többféle monomerből (heteroglükánok, glükózaminoglükánok) keményítő glikogén cellulóz kitin mukopoliszacharidok (kötő- és támasztószövetek alapállományában, pl. hialuronsav) kondroitin (-szulfát: porc, csont) heparin (máj termeli, alvadásgátló) murein (baktériumok külső burkában) Keményítő A növények tartalék tápanyaga; vízzel kolloid oldatot képez amilóz + amilopektin (mindkettő α-d-glükózból,, több t 100 db-ból) amilóz: α(1-4) kötésű elágazás menetes lánc amilopektin: kb. 12 glükózegységenként α(1-6) kötésű elágazás 33
Glikogén állati sejtek raktározott üzemanyaga májban és izomban raktározódik amilopektinhez hasonló, de több elágazás (8-10 glükózonként) DEXTRÁN keményítő és glikogén bontása (amiláz( amiláz) ) közben keletkező közepes molekulasúlyú anyagok Elágazásból határdextrin. Cellulóz több 1000 β-d-glükóz monomerből β(1-4) kötésekkel, k elágaz gazás s nélkn lkül kevesen bontják (celluláz( celluláz: : baktériumok, egysejtűek, gombák, csigák) a cellulózmolekulák párhuzamos kötegekbe rendeződnek szilárd sejtfal 34
Kitin N-acetil-D-glükózamin monomerekből kitin 35
Fehérjék (PROTEINEK) Az élő szervezet szerkezeti és működési szempontból egyaránt kiemelkedő fontosságú makromolekulái. Rendkívül sokféle funkciót ellátnak Fajlagosak Aminosavakból épülnek fel A fehérjék szerepe biokatalizátorok (enzimek( enzimek) strukturális elemek szállítók (transzporterek( transzporterek) energiaátváltók (mozgás( létrehozása) jelátvivők, jelfelfogók (szignál( szignál transzdukció) ellenanyagok (immunoglobulinok( immunoglobulinok) 36
Aminosavak a fehérjék építőkövei oldallánc (R) karboxil-csoport = R NH 2 COOH amino-csoport alfa szénatom ( C α ) Kb. 200 természetes AS ismert, ezek közül 20 vesz részt a fehérjék felépítésében. Generic Amino Acid Karboxil-csoport savas jelleg Amino-csoport bázikus jelleg ikerion, amfoter jelleg Az AS-ak szabad állapotban csak kis mennyiségben fordulnak elő. Az alfa szénatom a glicin kivételével aszimmetriás ( az AS-ak optikailag aktívak) Néhány bakteriális AS kivételével az AS-ak L-konfigurációjúak 37
GLICIN (G) VALIN (V) METIONIN (M) ALANIN (A) LEUCIN (L) Aminosavak SZERIN (S) IZOLEUCIN (I) TREONIN (T) CISZTEIN (C) FENILALANIN (F) TIROZIN (Y) TRIPTOFÁN (W) ASZPARAGIN (N) GLUTAMIN (Q) LIZIN (K) ARGININ (R) HISZTIDIN (H) PROLIN (P) GLUTAMINSAV (E) ASZPARAGINSAV (D) AMINOSAVAK CSOPORTOSÍTÁSA 38
Ritka aminosavak 4-hidroxi-prolin γ-karboxiglutamát 5-hidroxi-lizin 6-N-metillizin dezmozin szelenocisztein Peptidkötés Alfa amino + alfa karboxil. Az AS-sorrend leírását azzal az aminosavval kezdjük, amelyiknek alfa-amino csoportja szabad (Nterminális) R 1 H 2 N-C-COOH H R 2 + H 2 N-C-COOH H R 1 H 2 N-C H O R 2 H 2 O C N-C-COOH H H 39
A Gly-Ala dipeptid (glicil-alanin) δ - C α C α δ + PEPTIDEK glutation (Glu-Cys Cys-Gly) NH 2 nonapeptid, simaizmok működésére hat oxitocin vazopresszin CH CH 2 CH 2 C COOH O NH CH CH 2 SH Cys S S Cys Tyr Asn Phe Ile Gln minden sejtben jelentős mennyiségben jelenlévő tripeptid, káros oxidálóanyagoktól védi a sejteket C O NH CH 2 COOH Pro Lue Arg Gly NH 2 Két AS-ban különbözik az oxitocintól (véredények simaizomzatát húzza össze) 40
Diszulfid-híd A fehérjék szerkezete 100 - több 100 AS polipeptidlánc 41
A fehérjék szerkezete 100 - több 100 AS polipeptidlánc Elsődleges, másodlagos, m harmadlagos és negyedleges szerkezet Elsődleges (primer( primer) ) szerkezet AS-sorrend (AS-szekvencia) citochrom-c 42
Elsődleges (primer( primer) ) szerkezet AS-sorrend (-szekvencia) Másodlagos (szekunder( szekunder) ) szerkezet A peptidsíkok térbeli elrendeződése egymáshoz képest Két változat: α-hélix β-redő (lemez) PEPTIDLÁNC TEKEREDÉSE Másodlagos (szekunder) szerkezet α-hélix β-redő 43
44
Harmadlagos szerkezet citochrom b 56 tejsav dehidrogenáz IgG könnyű lánc NAD-kötő domain A fehérék vizes oldatban úgy gombolyodnak össze, hogy az apoláris részek belülre. a poláris oldalláncok kívülre kerülnek. Az így kialakuló szerkezet a harmadlagos (tercier) szerkezet. Benne alfa-hélix és béta-redő váltakozik. 45
A fehérjék harmadlagos szerkezetét stabilizáló kötések, kölcsönhatások H-kötés kovalens kötés ionos kötés van der Waals kölcsönhatás polipeptid-lánc Chaperonok Segítenek az újonnan szintetizált fehérjék hajtogatásában, visszahajtogatják a membránon átment fehérjéket, helyreállítják a stresszhatások következtében degradálódott fehérjéket 46
Negyedleges (alegység) szerkezet kémiailag és funkcionálisan is azonos egységekből funkcionálisan azonos, de kémiailag különböző funkcionálisan és kémiailag különböző enzimkomplexek A fehérjék csoportosítása 1. Funkció szerint enzimek (pl. tripszin, RNS-polimeráz polimeráz) transzportfehérjék (pl. hemoglobin, szérumalbumin) védőfehérjék (pl. ellenanyagok, fibrinogén) toxinok (pl. kígyómérgek, Clostridium botulin toxinja) hormonok (pl.( pl. inzulin, növekedési hormon) receptorfehérjék tartalékfehérjék (pl. ovalbumin,, kazein) struktúrfehérjék (pl. kollagén, keratin) kontraktilis fehérjék (pl. aktin, miozin, dinein) egyéb (pl. hisztonok) 47
A fehérjék csoportosítása 2. Összetétel szerint Egyszerű fehérjék (proteinek) Csak AS-akból akból.. pl. albuminok, kollagén, miozin Összetett fehérjék (proteidek( proteidek) Összetett fehérjék (proteidek( proteidek) Metalloproteidek pl. amiláz (Ca), alkohol-dehidrogenáz (Zn), citochrom-oxidáz oxidáz (Cu) Foszfoproteidek pl. kazein Kromoproteidek pl. hemoglobin, rodopszin Glükoproteidek pl. γ-globulinok,, membránfeh nfehérjék, fibrinogén Lipoproteidek pl. memránalkotók,, LDL Nukleoproteidek pl. riboszómák, vírusok 48
A fehérjék csoportosítása 3. Alak szerint Fibrilláris (fonalas) csak másodlagos szerkezet pl. fibroin,, keratin, kollagén Globuláris Harmadlagos és negyedleges szerkezettel is rendelkeznek Gombolyagszerűek, a kétféle másodlagos szerk. váltakozik pl. hemoglobin A fehérjék csoportosítása 4. Oldhatóság szerint Albuminok (desztillált vízben és híg sóoldatokban) pl. szérumalbumin Globuláris (híg sóoldatokban) Hisztonok (híg savakban) Szkleroproteinek (semmiféle közönséges oldószerben nem oldódnak) pl. kollagén, keratin 49
mioglobin Az első fehérje, amelynek a pontos térszerkezetét megállapították. (J. C. Kendrew) Viszonylag kisméretű: 1 db 153 ASrészből álló peptidlánc + 1 HEM csoport (vas-porfirinváz). A molekula szerkezete nagymértékben rendezett, 70%-ban helikális. Semmilyen szimmetriát nem mutat. Szerepe: oxigénszállítás az izomszöveten belül hemoglobin Kétféle mioglobin alegység építi fel, mindegyikből kettő. Egy alegység nagyon hasonlít a mioglobinra. Szerepe: oxigénszállítás a vérben 50
α-keratin (szkleroprotein) Kollagén tripla hélix szerkezet Betegségek: -Ehlers-Danlos szindróma, dermatosparaxis (gumiember) -skorbut 51
Kollagén kötőszöveti fehérje, fehérjéink kb. ¼ -e ilyen A kötő- és támasztószövetekben, valamint a sejt közötti állományban előforduló, fonalas szerkezetű fehérje. Főzéskor vízben oldódó zselatinná alakul át (ekképp készül a kocsonya is). Lényegében ugyanez az asztalosok által használt enyv is, de azt csontmaradványokból ipari úton állítják elő, s kellemetlen a szaga. A ~ jellemzője a nagy szakítási szilárdság és az, hogy gyakorlatilag nem nyújtható. Ez a magyarázata annak, hogy az inak könnyen elszakadnak. Derematosparaxis: a bőr extrém törékenysége A pók fonala fibrózus fehérje β-redővel (is) 52
Prionok (Prion /protein only/) normál kóros kis fehérjetestek, amelyek betegséget okoznak a bekerült prionfehérjék megváltoztatják a szervezetben lévő nekik megfelelő fehérjék térszerkezetét -> > láncreakció -> > agypusztulás nem tartalmaznak nukleinsavakat lehet örökletes pl. Creutzfeld-Jakob betegség lehet szerzett pl. Kuru, kergemarha-kór kór 53
Nukleotidok,, nukleinsavak A nukleinsavak mononukleotidokból felépülő makromolekulák. A mononukleotidok ezen a rendkívül fontos szerepükön kívül más feladatokat is ellátnak a szervezetünkben: - anyagcserefolyamatok energiatároló és -átadó vegyületei (pl. ATP, NAD) - koenzimek alkotórészei - csoportátvitel reakciókban (bioszintézisben) Nukleotidok A nukleotidok három részből épülnek fel : N-tartalmú bázis, öt szénatomos cukor, foszforsav. nukleinbázis pentóz foszforsav O NUKLEOZID HO P OH OH NUKLEOTID 54
Pirimidinbázisok Bázisok N N Citozin Uracil Timin Purinbázisok N N N N Adenin Guanin Nukleotidokat felépítő pentózok HO 5 CH 2 4 H 5 O OH HO CH 2 O OH H H 1 4 H H 1 H 3 H H 2 3 2 OH OH OH H D-ribóz 2-dezoxi-D-ribóz adenozin, guanozin, citozin, timidin, uridin 55
A nukleotidok felépítése A bázisok mindig a glikozidos hidroxil-csoporthoz kötődnek, míg a foszforsav kötődhet az 5 C-atom hidroxil-csoportjához és a 3 C-atom OH-csoportjához is. bázis (A) glikozidos kötés 5 C-N kötés OH 1 3 2 ribóz Nukleozid- foszfátok Adenozin-5 -foszfátok: - adenozin-monofoszfát (AMP) - adenozin difoszfát (ADP) - adenozin-trifoszfát (ATP) A nukleozid-trifoszfátok, különösen az ATP a sejtek primer energiahordozója. A foszforsavak közötti savanhidrid-kötések nagyenergiájú, ún. makroerg kötések (25 kj/mol) 56
- Ciklikus nukleotidok Sejten belüli folyamatok szabályozói, másodlagos hírvivők, pl.: camp (adenilát-ciklázon keresztül megvalósuló szignáltranszdukció), camp cgmp (enzimkapcsolt receptorokon keresztülmenő szignáltr. pl. látás) ciklikus AMP Nukleotid-tartalmú tartalmú koenzimek Koenzim-A (CoA) az acetil-csoport csoport szállítója NAD (nikotinamid( nikotinamid-adenin-dinukleotid) lebontó folyamatok NADP (nikotinamid( nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) felépítő f. FAD (flavin( flavin-adenin-dinukleotid) - citromsavciklus hidrogénszállítók 57
NAD FAD DNSDNS dezoxiribonukleinsav Nukleinsavak Vírusokban és minden élőben előfordulnak. Eukariótákban a sejtmagban, mitokondriumokban és színtestekben. dezoxiribóz A, T, G, C foszforsav RNSRNS ribonukleinsavak ribóz A, U, G, C, egyebek foszforsav 58
A DNS 1. Szerkezete A DNS röntgendiffrarakciós képe James Watson és Francis Crick Rosalind Franklin 1952 A DNS bázispárjai és egy lánc szerkezete 59
A DNS szerkezeti modelljei a szálak lefutása antiparallel cukorfoszfát gerinc bázispár létrafokok 10 bp/fordulat 6*10 9 bp/emberi sejt egy ember DNS-molekuláinak együttes hossza a Mars-Föld távolság 50-szerese! 60
2. A DNS funkciója Örökítőanyag (ez hamarabb volt ismert, mint a szerkezete) Griffith transzformációs kísérletei (1928) Streptococcus pneumoniae virulens (tok), avirulens törzs Hővel elölt virulens+élő ártalmatlan elpusztította a kísérleti egereket. e Hershy-Chase kísérlet (1952) T2 E. coli fág 35 S-el jelölt fehérjeburok, 32 P-vel jelölt DNS 61
Ma már több oldalról bizonyított és szinte triviális tény, hogy a DNS az örökítőanyagunk, melynek működési egységei a gének, amelyek 1-1 fehérjét kódolnak ill. saját maguk szabályozására vonatkozó információt tartalmaznak. Minden sejtünkben megtalálható a teljes örökítőanyag-állomány (kivéve az ivarsejtekben) 10 12 Egy kromoszóma két kromatidából áll, amelyek a centromernél kapcsolódnak össze. A centromer a komatidákat 2-2 karra osztja. A kromatidák alakjukban, méretükben és DNSállományukban megegyeznek. A DNS mikroszkopikusan a sejtosztódás előkészítő szakaszában figyelhető meg a legjobban, amikor kromoszómákba rendeződik. 62
kettős spirál gyöngyfüzér 2 (H2A, H2B, H3, H4) H1 nukleoszóma szolenoid szerkezet heterokromatin eukromatin kromoszóma metafázis kromoszóma A fehérjéket eltávolították: a DNS letekeredett; a kromoszóma váza 63
64
A C-érték paradoxon (C a (C a haploid genom mérete ) Fejlettebb élőlény ->többféle fehérje ->több gén -> > nagyobb C-érték DNS: kódoló és nem kódoló szakaszok Human : 20x annyi DNS, mint amennyi a gének kódolásához szükséges. Vannak olyan gének, amelyek különösen fontosak- több példányban megvannak 65
Vírus genomok RNS-vírusok egyszálú RNS pl. DMV duplaszálú RNS pl. rheovirus DNS-vírusok egyszálú lineáris: pl. parvovirus cirkuláris: pl. φx174, M13 kétszálú lineáris: pl. T4, herpes cirkuláris: pl. SV40 kapcsolt: pox RNS-ek DNS a sejtmagban, fehérjeszintézis a citoplazmában =>kell vmi közvetítő: mrns 66
Az RNS elsődleges, másodlagos és harmadlagos szerkezete Az RNS-ek fajtái mrns messenger (hírvivő), 1-2% trns Transzfer, 20% rrns Riboszómális, 80% 67
Az mrns másolat a DNS-ről jellegzetes kezdő és záró szekvencia érés (splicing) intronok kivágódnak A trns 75-90 nukleotid AS szállítás a fehérjeszintézis helyére trns + AS: amioacil-trns (specifikus AS-kötőhely) ANTIKODON: komplementer az mrns triplettjével Felépítésében kb. 10%-ban részt vesznek ritka bázisok: Ψ pszeudouridin D dihidrouracil 68
Az rrnsek és a riboszómák 69
3. ANYAGCSEREFOLYAMATOK Az anyagcsere Az élőlények és környezetük közötti állandó anyag- és energia- és információáramlás. Szűkebb értelemben a sejt biokémiai reakcióinak összessége. Az élők nyílt rendszerek -> > anyagcsere Az alapvető anyagcserefolyamatok az egész élővilágban hasonlóan játszódnak le. 70
Az anyagcsere funkciói élő rendszer kémiai energiaellátása tápanyagok egyszerű építőelemekké való alakítása építőelemekből (prekurzorok( prekurzorok) makromolekulák szintézise igényeknek megfelelő gyors lebontás és felépítés Anyagcsere-folyamatok AUTOTRÓF felépítő (asszimiláció) -fotoszintézis -kemoszintézis HETEROTRÓF energiaigényes folyamatok REDUKCIÓ NADP + lebontó (disszimiláció) szerves makrovegyületek szerves monomerek biológiai oxidáció CO 2 H 2 O sok ATP erjedés kevés ATP energiafelszabadító folyamatok OXIDÁCIÓ NAD + acetil-koa 71
Biokatalízis reakciók végbemeneteléhez átmeneti aktivált állapot- magasabb energiaszint szükséges E aktiválási = E aktivált E kindulási speciális katalizátorok kisebb aktiválási energiát igénylő út ENZIMEK ENZIMEK Biokatalizátorok, amelyek lehetővé teszik, hogy a sejtekben zajló kémiai átalakulások végbemenjek (adott állandó hőmérsékleten, nyomáson, ph-n). kis energiaigényű utat nyitnak (akár 1/10) növelik a reakciósebességet (akár 20.000 x) proteinek és proteidek Mind fehérjék, de gyakran van nem fehérje jellegű részük: -KOENZIM -PROSZTETIKUS CSOPORT könnyen ledisszociál stabilan kötődik 72
Az enzim és a szubsztrát kapcsolata aktív centrum (az enzim katalitikus hatásért felelő része) szubsztrát (az a vegyület, ami az enzim segítségével átalakul ) 1. kulcs a zárba Egy enzim csak egyféle reakciót katalizál. Két elmélet van, amelyet a biokémikusok elfogadnak a szubsztát aktív centrumába való illeszkedésére: 2. indukált illeszkedés E+S ES ET E+T 73
Enzimek elnevezése hagyományos név tripszin, pepszin tudományos név szubsztrátnév+reakciónév+ázáz alkohol-dehidrogenáz glikogén-szintetáz Enzimek csoportosítása oxidoreduktázok redoxifolyamatok hidrolázok vízbelépéssel kötésbontó liázok kötésbontó transzferázok csoportátvitel izomerázok molekulák átrendezése ligázok pl. dehidrogenázok pl. pepszin pl. fumaráz pl. transzaminázok pl. glükóz-foszfát foszfát-izomeráz monomerek összekapcsolása pl. peptid-szintetáz 74
Reakciósebesség a szubsztrát-koncentráció függvényében hőmérsékleti optimum Az enzimműködésre hatással vannak a környezeti tényezők. Az enzimaktivitás a hőmérsékletre és kémhatásra optimumgörbét mutat: ph- optimum 75
Enzimgátlás Kompetitív gátlás Nemkompetitív gátlás inhibitor inhibitor (pl. nehézfémmérgezés) Anyagcserefolyamatok felépítő (asszimiláció) AUTOTRÓF -fotoszintézis -kemoszintézis HETEROTRÓF glükoneogenezis SZÉNHIDRÁTOK LIPIDEK NUKLEINSAVAK FEHÉRJÉK lebontó (disszimiláció) glikolízis erjedés biológiai oxidáció (citromsav-ciklus) ciklus) 76
3.2. Felépítő folyamatok 3.2.1. Szénhidrátok szintézise A fotoszintézis Az 1770-es években John Priestly fedezte fel, hogy a növények olyan anyagot bocsátanak ki a levegőbe, ami lehetővé teszi az égést. A molekuláris oxigén ekkor még nem volt ismert. 1840: Doussingault felírja a fotoszintézis alapegyenletét. 12 H 2 O + 6 CO 2 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O FÉNY A fotoszintézis nettó egyenlete: 1 mol CO2 redukciója során 478 kj mol szabadenergia tárolódik a glukóz kémiai kötéseiben 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 77
A fotoszintézis vázlata fényszakasz sötétszakasz Leaf organization - large scale A levél felépítése (alapszövet) (edénynyaláb) gránum sztróma tilakoid 78
tilakoid sztróma TILAKOID gránum Fényelnyelő pigmentek klorofillok és karotinoidok fehérjekomplexben konjugált kettős kötéseket tartalmaznak (delokalizált elektronok) klorofillok fikobilinek karotinoidok 79
Klorofillok minden fotoszintetizáló szervezetben vannak: -fejl. növ. és zöldalgák: chl-a és chl-b -barna- és kovamoszatok: chl-c 1 és chl-c 2 is -vörösmoszatok: chl-d is Klorofillok Fikobilinek A 4 pirrolgyűrű nem alkot porfirinvázat (a cianobaktériumok és a vörösmoszatok jellegzetes pigmentjei: sárgászöld, sárga, narancs színelnyelés) nincs fémion fikocianin fikoeritrin allofikocianin 80
Karotinoidok Minden fotoszintetizáló szervezetben megtalálható kísérőpigmentek, sárgás, vörös vagy narancs színűek (barnamoszatokban) Különböző pigmentek elnyelési tartománya klorofill-a klorofill-b Fényabszorpció karotinoidok 400 500 600 700 hullámhossz (nm) 81
chlorophyll b (combined absorption efficiency across entire visible spectrum) chlorophyll a carotenoids phycoerythrin (a phycobilin) chlorophyll a chlorophyll b phycoerythrin (a phycobilin) Az elektron energiaszintje 82
Pigmentrendszerek karotin fikobilinek klorofill-b I. fotorendszer (I. pigmentrendszer) PSI (P700) klorofill-a 83
xantofill fikobilinek klorofill-b klorofill-a II. fotorendszer (II. pigmentrendszer) PSII (P680) A pigmentrendszerek működése a fénygyűjtő pigmentek a beérkező foton energiáját a reakcióközpont felé irányítják a központi chl-a lead egy e - -t elektronszállító rendszerre kerül 84
Fd: ferredoxin Pq: plasztokinon 85
PSII PSI e - A 0 A1A2 e - (feofitin) PQ (plasztokinon) citokrom b/f komplex (plasztocianin) PC Cu 2+ Cu + ciklikus ee - - transzport P700 Fe 3+ Fe 2+ Fd (ferredoxin) NADP-reduktáz NADP NADPH 2 H 2 O 4 H + + O 2 P680 4 e - A fotoszintetikus elektrontranszport-lánc Z sémája 86
H + - ionok felhalmozódása ATP szintézis - kemiozmózis 87
Kemiozmózis A fotoszintézis első lépése a fényenergia megkötése 88
ATP és NADPH valamint O 2 keletkezik A kémiai energia a sötétszakaszban használódik fel 89
Calvin-ciklus 1. CO 2 -fixálás 2. redukció (G-sav-3-P G-aldehid-3-P) 3. ribulóz-1,5 1,5-difoszfát regeneráci ciója 6 CO 2 6 P P 1. CO 2 megkötése 12 P ribulóz-1,5-difoszfát glicerinsav-3-foszfát 6ADP 6ATP 3. Ru1,5DP regenerálódik GA3P-ból CALVIN - ciklus 2. GS-3-P GA-3-P-tá redukálódik 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 NADP + + 2 P i 90
6 CO 2 6 P P 1. CO 2 megkötése 12 P ribulóz-1,5-difoszfát glicerinsav-3-foszfát CALVIN - ciklus 12 ATP 6ADP 6ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 NADP + + 2 P i 6 CO 2 6 P P 1. CO 2 megkötése 12 P ribulóz-1,5-difoszfát glicerinsav-3-foszfát 6ADP 6ATP 3. Ru1,5DP regenerálódik GA3P-ból CALVIN - ciklus 2. GS-3-P GA-3-P-tá redukálódik 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 NADP + + 2 P i 91
6 CO 2 6 P P ribulóz-1,5-difoszfát 1. CO 2 megkötése 6ADP 6ATP 3. Ru1,5DP regenerálódik GA3P-ból CALVIN - ciklus 2. GS-3-P GA-3-P-tá redukálódik 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 NADP + + 2 P i 6 CO 2 6 P P ribulóz-1,5-difoszfát 12 P CALVIN - ciklus 12 ATP 6ADP 6ATP ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH 12 NADP + + 2 P i 92
6 CO 2 6 P P ribulóz-1,5-difoszfát 12 P 6ADP 6ATP 3. Ru1,5DP regenerálódik GA3P-ból 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 10 GA3P 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 NADP + + 2 P i 6 CO 2 6 P P 1. CO 2 megkötése 12 P ribulóz-1,5-difoszfát 6ADP 6ATP 3. Ru1,5DP regenerálódik GA3P-ból CALVIN - ciklus 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH ribulóz-5-foszfát 12 P 12 NADP + + 2 P i 2GA3P Glükóz 93
6 CO 2 CALVIN-ciklus 6 P P ribulóz-1,5-difoszfát RUBISCO ribulóz-1,5-difoszfát karboxiláz 12 P glicerinsav-3-foszfát 6ADP 6ATP ribulóz-5-foszfát foszforibulo- KINÁZ 10 GA3P 3-foszfoglicerát KINÁZ GA3P DEHIDROGENÁZ 12 P glicerinaldehid-3-foszfát 2GA3P fruktóz-6-foszfát glükóz-6-foszfát Glükóz 12 ATP 12 ADP 12 glicerinsav-1,3-difoszfát 12 NADPH hexóz-foszfát IZOMERÁZ 12 NADP + + 2 P i 94
szervetlen anyagok eloxidálásából nyernek energiát CO 2 -fixáció AEROB O 2 jelenlétében ANAEROB KEMOSZINTÉZIS (szerves vegyületeiket szén-dioxidból építik fel, de nem fényenergia felhasználásával, hanem környezetük szervetlen anyagainak eloxidálásából származó E-val) O 2 -mentes közegben Kemoszintézis aerob útjai Nitrifikáló baktériumok nitritbaktérium (Nitrosomonas) 2 NH 3 + 3 O 2 2 HNO 2 +2 H 2 O nitrátbaktérium (Nitrobacter) 2 HNO 2 + O 2 2 HNO 3 Vasbaktériumok 4 Fe 2+ + 4 H 3 O + + O 2 4 Fe 3+ + 6 H 2 O Kénbaktériumok 2 H 2 S + O 2 2 H 2 O + 2 S 95
Kemoszintézis anaerob útjai Denitrifikáló baktériumok NO - 3 NO - 2 N 2 Metánképző baktériumok 4 H 2 + CO 2 CH 4 + 2 H 2 O Kérődzők! DE: Metánbaktérium: a cellulózbontás során fejlődő metánt (mocsárgáz) égetik el: lidércfény CH 4 + 4 O 2 CO 2 + 2 H 2 O BIOGÁZ GLÜKONEOGENEZIS táplálék glükóz saját t szénhidr nhidrátok spec.. eset (éhez( hezés, erős s izommunka) cukorképz pződés s nem cukorszerű szerves vegyületekb letekből: l: GLÜKONEOGENEZIS szerves vegyület piroszőlősav sav glükóz 96
3.2.2. A lipidek felépítő folyamatai Zsírsavak bioszintézise Helye: a sejt citoplazmája szénhidrátok zsírsavak 1. lépés acetil-koenzim-a-karboxiláz 1 acetil-coa - H 2 O malonil-coa További lépések zsírsav-szintetáz szintetáz enzimkomplex acetil-coa és malonil-coa az enzimkomplexre kötődik CO 2 -kilépés közben összekapcsolódnak redukció (=O -OH ) NADPH-felhaszn felhasználás vízkilépés (CH=CH) redukció (= - ) NADPH-felhaszn felhasználás újabb malonil-coa érkezik 97
A zsírsav-szintetáz szintetáz enzimkomplex működése 3.2.3. A nukleinsavak és fehérjék szintézise Nukleinsavak szintézise 98
DNS- szintézis szemikonzervatív konzervatív diszperzív kék: nehéz N piros: könnyű N 99
Meselson-Stahl kísérlet H: heavy (nehéz) L: light (könnyű) könnyű K SZ nehezebb N 14 N 15 D A DNS replikáció szemikonzervatív: a folyamat során a szülői fonalak elválnak egymástól és mindkettő templátként szolgál az új, komplementer szál szintéziséhez. 100
DNS-replikáció DNS-lánc lánc- hosszabbítás aktivált dezoxiribonukleotidok (nukleozid-trifoszfátok) ATP, GTP, TTP, CTP mindkét makroerg kötés energiája felhasználódik szintézis iránya 5 3 101
Iniciáció a DNS-polimerázok nem tudják elkezdeni a szintézist, csak folytatni képesek a polinukleotid-láncot láncot RNS-polimeráz - primáz kezd RNS primer DNS-polimer polimeráz III. folytatja később DNS-polimer polimeráz I. kicseréli az RNS-t DNS-re Széttekerés a DNS-másolás feltétele (a szálakat szétválasztja) (a DNS-t széttekeri) Enzimek giráz (topoizomeráz)) és helikáz szétcsavaró fehérjék egyes szálú DNS-kötő fehérjék (SSB) visszacsavarodásgátló 102
A replikációs villa DNS-pol. III. SSB giráz primáz DNS-pol. III. A DNS-replikáció folyamata 103
DNS-szintézis követő szál Okazaki-fragmentek 5 3 primáz ligáz 3 giráz RNS DNS pol I. 5 helikáz SSB DNS pol III. DNS Replikációs villa 5 3 vezető szál DNS-szintézis 5 vezető szál 3 Replikációs villa DNS DNS pol III. giráz helikáz primáz ligáz RNS DNS pol I. SSB 5 3 3 5 követő szál Okazaki-fragmentek 104
Másolási pontosság génkészletünk (3 md bp) ) kb. 1 md-szor másolódik le életünk során hiba kb. 10 md-onként pontos másolás ellenőrző mechanizmusok javító rendszer Fehérjeszintézis transzkripció RNS-szintézis DNS-ről transzláció mrns alapján fehérjeszintézis 105
Transzkripció (átírás) DNS egyik szála minta értelmes szál RNS-polimeráz enzim (sok alegység) promoter terminátor gén (szabályozó( szekvenciák + mrns templát) TATA-box 106
107
mrns érése eukariótákban intronok kivágódása rrns szintézis 18S 5.8S 28S 18S 5.8S 28S 45S rrna precursor egy közös gén kódolja az eukarióták összes rrns-ét több százszoros ismétlődés 108
trns szintézis antikodon közönséges bázisokkal szintetizálódik ritka bázisok posztszintetikus módosítással 109
Aminoacil-tRNS trns-ek szintézise 110
A genetikai kód tripletek szükségesek min. 20 AS + stop kód leolvasás átfedésmentes (1957) kódolás vesszőmentes (frameshift( mutáció) AUGCAUUU AUXGCAUUU 1961 Nierenberg & Matthaei poliu poliphe Khorana poliuc poli(ser-leu Leu) egy AS-at több triplet kódol minden kodon értelmes Genetikai információ DNS A T G A C C T T A G C C A C T T A C T G G A A T C G G T G A beszélő szál KÓD mrns trns fehérje A U G A C C U U A G C C A C U U A C Met Thr Leu Ala Thr KODON ANTIKODON AS-ak 111
1. 2. 3. A genetikai kód A fehérjeszintézis 3 lépése 112
riboszóma P hely-peptidil A hely-aminoacil fehérjeszintézis iránya az mrns-en 5 3 antikodon 3 5 3 irány nyú 1. Iniciáció riboszóma alegységei és Met-tRNS trns mrns- hez kötödik 113
2. Elongáció következő aminoacil-trns A helyre peptidkötés létrehozása üres trns távozik shift 3. Termináció stop kodon nem aminoacil-trns trns,, hanem leválasztó faktor kötődik hozzá polipeptid lánc leválik 114
Poliriboszóma egy mrns-ről sok fehérje szintetizálódik Kollagénszintézis 115
szintézis durva felszínű endoplazmatikus retikulum membránján posztszintetikus módosítások ER belsejében és Golgi-készülékben A génműködés szabályozása 1960 Jacob & Monod E. coli baktérium operon - szabályozási egység LAC-operon operon: : laktóz lebontó enzimeket kódoló DNS + szabályozó régiók regulátor gén promoter P R L struktúrgének 116
Pozitív reguláció Negatív reguláció regulátor fehérje kell a szintézishez AKTIVÁTOR regulátor fehérje gátolja a szintézist REPRESSZOR 117