Metabolismus bílkovin a nukleových kyselin
Hlavní záložky
1. Vznik a odbourávání aminokyselin
Bílkoviny jsou makromolekulární látky tvořené z mnoha kondenzovaně spojených aminokyselin. Po požití se bílkovina hydrolyticky (působením molekul vody a enzymů proteinas) rozkládá na jednotlivé aminokyseliny. Vzniklé aminokyseliny jsou dále použity při syntéze bílkovin (proteosyntéze), které konkrétní organismus potřebuje. Pořadí aminokyselin v bílkovině je dáno geneticky a přímo zakódované v DNA každého jednotlivce.
Obr.: Rozklad bílkoviny na aminokyseliny
Rostliny si vytváří patřičné aminokyseliny z dusíkatých anorganických látek (především dusičnanů). Člověk může některé aminokyseliny získat i při transaminaci oxokyselin. Některé aminokyseliny jsou esenciální, musí být obsaženy v potravě, jiné neesenciální a organismus si je dokáže syntetizovat přeměnou jiných aminokyselin. Býložravci získávají aminokyseliny účinkem činnosti mikroorganismů v jejich střevech. Nadbytečné aminokyseliny jsou zpracovány a vyloučeny z těla jako odpadní produkty (u člověka se mění na močovinu). Metabolismus bílkovin je úzce spojen s přeměnami nukleových kyselin.
Z jedné molekuly DNA vznikají při procesu zvaném replikace dvě identické molekuly, které slouží pro přenos genetické informace. Deoxyribonukleová kyselina má tvar dvojšroubovice. Působením tzv. iniciačních proteinů se můžou vlákna DNA od sebe začít rozplétat. Místo zahájení rozplétání nazýváme replikační počátek, jeho zvětšením vzniká replikační vidlička. Vznikají takto 2 vlákna DNA, ke kterým se na základě komplementarity bází (A-T a C-G) připojují jednotlivé nukleotidy (vstupují do reakce jako deoxynukleosidtrifosfáty a dodávají syntéze energii) a vytváří se tak druhé vlákno. Tento děj probíhá za účasti enzymu DNA-polymerasy a jeho výsledkem jsou 2 totožné řetězce DNA.
Obr.: Replikace se účastní řetězec DNA
Obr.: Tento řetězec se začne účinkem replikačního aparátu rozplétat a ke každému řetězci se na základě komplementarity bází začnou za pomoci enzymu DNA-polymerasy vázat jednotlivé nukleotidy a vytvářet tak druhé vlákno DNA (červené). Původní i vznikající řetězec se začnou zaplétat.
Obr.: Výsledkem replikace jsou 2 řetězce DNA, každý je tvořen z 1 vlákna z původní DNA (zelené) a druhého vlákna, které vzniklo při replikaci.
Syntéza bílkovin, proteosyntéza, začíná při procesu zvaném transkripce. Při transkripci se přepisuje genetická informace z DNA do mRNA. Dochází k rozplétení vlákna dvoušroubovice DNA (obdobně jako při replikaci), avšak k bázím vlákna DNA (tzv. templátu) se napojují nukleotidy (ve formě ribonukleosidtrifosfátů) na základě komplementarity tak, aby vznikal řetězec mRNA (tedy A-U, T-A a C-G). Jakmile se spojí nukleotidy mRNA, začne se vlákno ribonukleové kyseliny odpojovat od DNA a její rozpojené řetězce se opět spojí. Z toho je pochopitelné, proč je ribonukleová kyselina RNA jednovláknová. Přepsanou část nukleotidové sekvence DNA nazýváme gen. Vzniklý řetězec mRNA označujeme za transkript. Celá transkripce probíhá za enzymové katalýzy RNA-polymerasou.
Překlad genetické informace z mRNA do pořadí aminokyselin v proteinu probíhá při translaci. Vlákno mRNA se naváže na ribosomy, ve kterých se uskutečňuje samotná tvorba proteinu. Tento proces probíhá čtením trojic bází v řetězci mRNA. Tyto trojice (nukleotidové triplety) nazýváme kodony. Každý kodon kóduje určitou aminokyselinu (trojice bází dle svého pořadí určí, kterou aminokyselinu k sobě naváží). Pravidlo určující vztah mezi kodonem a aminokyselinou nazýváme genetický kód. Genetický kód je univerzální, jednotný pro celý živý systém. Každému kodonu přísluší pouze jedna aminokyselina, zatímco jedné aminokyselině může připadat více kodonů. Proteosyntéza se zahajuje u tzv. start kodonu (AUG). K tomuto kodonu se připojí aminokyselina methionin. K sousednímu kodonu se napojí další aminokyselina, která se dále spojí s methioninem pomocí peptidové vazby -CO-NH-. Další aminokyseliny se postupně napojují k patřičným kodonům a začlení se pomocí peptidových vazeb do vznikajícího peptidového řetězce. Takto probíhá syntéza proteinu. Jednotlivé aminokyseliny jsou vázány na nukleotidy tRNA, která obsahuje trojicí bází komplementární ke kodonu mRNA. Trojice bází tRNA nazýváme antikodony. Tvorba polypeptidu skončí, jakmile se objeví jeden ze stop kodonů, čili nukleotidového tripletu, který nekóduje žádnou aminokyselinu. Stop kodony jsou UAA, UAG a UGA.
