Transkripce a translace Jak se dostaneme od informace uložené v DNA přes mRNA až k správnému poskládání aminokyselin za sebou na ribozomu? Řeč bude o dvou procesech - transkripci a translaci.

Už jsme mluvili o struktuře DNA: o dvoušroubovici, o tom stočeném žebříku, díky které je DNA schopná být molekulárním základem dědičnosti. A cílem tohoto videa, je blíže porozumět, proč je toho DNA schopná a ukázat mechanismus, díky kterému slouží jako molekulární základ dědičnosti. Zaměříme se na základní pojmy. Nebudeme úplně řešit, všechny biochemické detaily, jen vám dám základní představu toho, co se děje. Takže tady máme fragment DNA. Mám tu nakreslených 8 párů bazí. Jen pro jistotu připomínám, mluvili jsme o tom v úvodním videu k DNA, že DNA je mnohem víc než jen několik párů bází. Molekula DNA může mít až desítky milionů párů bází. Takže například tohle je úsek, který je součástí mnohem větší molekuly. Mnohem delšího vlákna DNA, a i když to asi neuvedu ve správném měřítku, je to tenhle velmi, velmi malý úsek. Nakreslím to jinou barvou. Tenhle malý úsek je tu zvětšený. Takže ještě jednou: je to jen malá část molekuly, která nemá 7 nebo 8 párů bází, ale třeba 70 milionů. Asi jako tahle. Tak se podívejme, co musí umět molekula sloužící jako molekulární základ dědičnosti. V první řadě musí být replikovatelná. Musíme být schopni ji zreplikovat. Když se dělí buňka, dvě nově vzniklé musí mít stejnou genetickou výbavu. Jak se tedy DNA replikuje? Tomuto procesu se říká replikace. Popsali jsme to už v úvodním videu, ale je dobré vidět různé procesy vedle sebe. Můžete si představit rozdělení dvou stran tohoto žebříku. Vlastně udělejme to. Pokud vezmu tuhle stranu, zkopíruji to a vložím. A máme to tady, kousek se mi sem nevešel, ale myslím, že to svůj účel splní. A teď zkopíruji a vložím druhou stranu. Takže to vyberu, zkopíruji a vložím a vypadá to takhle. Můžete si představit, že když rozdělíte tyhle dvě strany žebříků, tak každá strana může být použita k výstavbě té druhé. A pak budete mít dvě vlákna, dvě identická vlákna DNA. Tak se podívejme, jak to vlastně vypadá. Vezmu si na to pero. Takže z této levé strany, tedy aspoň toho, co vidíme jako levou stranu, můžete vytvořit novou pravou stranu na základě této informace. A se vždy páruje s T. Takže adenin se vždy páruje s thyminem a thymin s adeninem. Guanin se páruje s cytosinem a cytosin s guaninem. A takhle jsem vytvořil novou pravou stranu podle levé strany. Možná nakreslím novou cukr-fosfátovou kostru žlutě. A to samé uděláme tady s pravou stranou. Ještě jednou: T se páruje s A, tedy adenin s thyminem, a thymin se páruje s adeninem. Thymin adenin, thymin adenin. Guanin se páruje s cytosinem a cytosin s guaninem. Takže můžete vzít polovinu každého žebříku a použít ji ke konstrukci druhé poloviny. A to, co jsme právě udělali, je v podstatě replikace DNA. Tohle je ta základní představa jak probíhá replikace předtím, než se buňka rozdělí A sama sebe zduplikuje. Takže to byla replikace. Další věc, o které asi přemýšlíte je, že je hezké umět se replikovat, ale je to k ničemu, pokud informace v DNA nemůže být použita k tomu, aby nějak definovala podstatu organismu. Jinak řečeno, k expresi toho, co organismus fyzicky tvoří. Teď přemýšlejme, jak se geny v DNA exprimují. Takže napíšu, že tohle je exprese. Tohle jsem vzal trochu oklikou, protože občas se pojmy DNA, chromozomy a geny zaměňují. Jsou úzce spojené, ale je dobré přesně vědět, co je co. Takže když mluvíme o DNA, mluvíme ve skutečnosti o té molekule tady, co má cukr, fosfát a báze. Co má tuto sekvenci párů bází, tuhle strukturu dvoušroubovice. Tohle celé je molekula DNA. A když máme molekulu DNA sbalenou společně s dalšími molekulami a proteiny, do podoby této výrazné struktury, pak mluvíme o chromozomu. A když se řekne gen, myslí se tím úsek DNA, který slouží k expresi nějaké konkrétní vlastnosti. Vlastně kóduje nějaký konkrétní protein. Takže například tohle celé je vlákno DNA, ale tahle část vyznačená oranžově je jeden gen. Tohle je informace pro jeden gen, ten může kódovat protein. A tahle část může kódovat další gen. Geny můžou mít od několika tisíc párů bází až po několik milionů. A způsob, jakým je gen exprimován, způsob, jakým se informace z DNA dostane až do podoby proteinu, je přes molekulu podobnou DNA, kterou je RNA. Napíšu to. RNA. To je zkratka pro ribonukleovou kyselinu. Asi si pamatujete, že DNA je deoxyribonukleová kyselina. Takže cukerná kostra v RNA je velmi podobná. Jen má jednu OH skupinu navíc. Není to deoxyribonukleová kyselina, ale jen ribonukleová kyselina. To R, ukážu vám, odkud R N A pochází. To R je právě tady. Pak máme nukleová, to je to N. A pak je A jako acid (kyselina), proto také říkáme, že DNA je nukleová kyselina. Takže máme tuto RNA. Jakou má roli při přenosu informace z DNA? DNA, hlavně pokud jde o buňky s jádrem, tak DNA je lokalizována v jádře, ale informace se musí dostat ven z jádra, aby mohla být exprimována. A jedna z funkcí, kterou RNA má, je být poslem mezi úsekem DNA tvořícím gen a oblastí mimo jádro, kde se podle ní tvoří protein. A ten krok od DNA k mRNA, messenger RNA, se nazývá transkripce. A co se děje při transkripci? Vraťme se zpět k jedné straně téhle molekuly DNA, zkopíruji to a vložím. Vlastně jsem chtěl druhou stranu, takže to zkopíruji a vložím. A je to. Takže řekněme, že máme část téhle molekuly DNA. Máme její jednu polovinu tak, jako když jsme replikovali, teď ale nechceme jen duplikovat DNA, chceme vytvořit odpovídající molekulu mRNA. Alespoň pro tuhle část tohoto genu. Mohla by to být část tohoto genu, který je lokalizován v téhle části molekuly DNA, přímo zde. Podstata transkripce je velmi podobná replikaci, ale teď chceme vytvořit vlákno RNA, konkrétně mRNA, která ponese informaci ven z jádra. Takže je to velmi podobné, až na to, že v RNA se adenin nepáruje s thyminem, ale bude se párovat s uracilem. Adenin se nepáruje s thyminem, ale uracilem, RNA má uracil místo thyminu. Zůstává párování cytosinu s guaninem. Takže pro RNA, v tomhle případě mRNA, která opouští jádro, platí, že A se páruje s U. U jako uracil, uracil je ta báze, o které se bavíme, napíšu to. Thymin se stále páruje s adeninem, guanin se páruje s cytosinem a cytosin se páruje s guaninem. A když tohle uděláte, máte jednovláknovou RNA, v tomhle případě mRNA, která má všechny informace z téhle části DNA. RNA může opustit jádro a připojit se k ribozomu, v dalším videu si ukážeme, jak se to přesně děje, a tento kód může být použit k tvorbě proteinu. A tomu procesu se říká translace: Když se vezme tahle sekvence bází a přeloží se do sekvence aminokyselin. Proteiny jsou tvořené sekvencí aminokyselin. Takže si vezměme tuhle malou část mRNA, nakreslím to raději takhle, máme tu UAC, pak UU, pak ACG, tady A, nakreslím to správnou barvou. A tady, pak UUA, CG, dáme sem C. Kreslím tohle, ale horizontálně. Máme tu C, ne G, ale C. A nakonec G. Samozřejmě to pokračuje dál a každá sekvence tří - a opravdu záleží, kde to začíná, je to choulostivý, ale zároveň překvapivě robustní proces - - každé tři báze kódují nějakou aminokyselinu. Takže tři báze u sebe jako třeba tyto báze, tohle slovo ze tří písmen, tahle sekvence, se nazývá kodon. A tohle je další kodon a tady vlastně máme další kodon, pokud bychom měli další tři báze, byl by to další kodon. A kolik možných kodonů máme? Máme 4 báze a máme 3 místa, na kterých můžou v kodonu být, takže máme 4 krát 4 krát 4 možné kodony. A 4 krát 4 krát 4 je 64, takže máme 64 možných kodonů. Což je dobré, protože máme 20 aminokyselin, což znamená přebytek kodonů, takže některé mohou být použity k něčemu jinému a můžeme mít víc než jeden kodon pro jednu aminokyselinu. Takže máme 64 možných kodonů, které kódují 20 aminokyselin. a tento kodon s ribozomem - někdy to budeme řešit podrobněji - kóduje první aminokyselinu. Nakreslím to sem, tohle je první aminokyselina. Vlastně tuhle aminokyselinu, která odpovídá prvnímu kodonu, sem přinesl jiný druh RNA. Tohle, o čem mluvíme teď, je mRNA, ale je i další druh RNA, tRNA, která v podstatě vzájemně propojuje tyto děje dohromady. Takže tRNA, naznačím její strukturu, zapadne sem, protože má AUG právě tady, a na tomto konci je spojená s aminokyselinou. Takže zajišťuje shodu mezi sekvencí mRNA a aminokyselin v proteinu. A máme tu další tRNA, která je spojená s druhou aminokyselinou. Nakreslím ji fialově. A tato tRNA je komplementární ke kodonu, protože má na správném místě AAU. Takhle je tvořena sekvence aminokyselin, když je dáme dohromady, vytvoříme tím protein, protein je vlastně spousta aminokyselin spojená dohromady v určitém daném pořadí. A proteiny jsou molekuly, které z velké části tvoří život. Když jíte maso, jsou tam cukry, tuky a proteiny, ale proteiny jsou podstatou většiny dějů: jsou to enzymy, mají strukturní funkci i svaly jsou z proteinů. Kreslím jen malý segment, ale mohou to být tisíce aminokyselin, tvoří neuvěřitelně složité útvary se všemi možnými funkcemi, na jejichž základě funguje život. A tohle nám ukazuje, jak se tato informace pro život uchovává.