A minim A minim ális sejt ális sejt és az és az anyagcsere anyagcsere autokatalitikus magja autokatalitikus magja Biokémia II – Anyagcsere Biokémia II – Anyagcsere Dr. Kun Dr. Kun Ádám, Ph.D. Ádám, Ph.D. okleveles biológus, okleveles okleveles biológus, okleveles vegyész vegyész
49
Embed
A minim ális sejt és az anyagcsere autokatalitikus magja
A minim ális sejt és az anyagcsere autokatalitikus magja. Biokémia II – Anyagcsere Dr. Kun Ádám, Ph.D. okleveles biológus, okleveles vegyész. Az RN S Világ. Kódolja. Replikál Monomert állít elő. A DNS / fehérje világ előtt …. Ma élő élőlényekben Az információDNS-ben tárolódik - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
A minimA minimális sejtális sejt és az és az anyagcsere autokatalitikus magjaanyagcsere autokatalitikus magja
Biokémia II – AnyagcsereBiokémia II – Anyagcsere
Dr. Kun Dr. Kun Ádám, Ph.D.Ádám, Ph.D.okleveles biológus, okleveles vegyészokleveles biológus, okleveles vegyész
Az Az RNRNSS VilágVilág
A DNS / fehérje világ előttA DNS / fehérje világ előtt……
Ma élő élőlényekbenMa élő élőlényekben Az információDNS-ben Az információDNS-ben
tárolódiktárolódik Fehérjék az enzimekFehérjék az enzimek
FehérjeFehérje DNSDNS
Kódolja
ReplikálMonomert állít elő
… … egy RNS világ voltegy RNS világ volt
RNS enzimként is működhet és RNS enzimként is működhet és információt is tárolhatinformációt is tárolhat!!
DNS stabilabb és a fehérjék jobb enzimek
RNRNSS RNRNSS
Replikálódik, hogy enzimet kapjunk
Reakciókat katalizál, monomert állít elő
RNS világ bizonyítékai a mai RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában Iszervezetek biokémiájában I
RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában II: biokémiájában II: KoenzimekKoenzimek
Koenzimek: valamilyen specifikus kémiai csoport átadásában résztvevő metabolitok (rengeteg reakcióban)– Acetyl koenzim A (koenzim
A): acetyl csoport – NADH, FADH2 (NAD+, FAD):
hidrogén és elektron– ATP (ADP): nagyenergiájú
foszfát ATP
CoA
FADNADP
NAD
RNS világ bizonyítékai a mai RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában IIIszervezetek biokémiájában III
Dezoxi-ribonukleotidok Dezoxi-ribonukleotidok ribonukleotidokból keletkeznek ribonukleotidokból keletkeznek (de ezt (de ezt
valószínűleg ribozimek nem tudják katalizálni).valószínűleg ribozimek nem tudják katalizálni).
Riboswitches: Riboswitches: Génreguláció vélhetően Génreguláció vélhetően legősibb formája. Az mRNS térszerkezete legősibb formája. Az mRNS térszerkezete határozza meg, hogy lefordítódik fehérjévé.határozza meg, hogy lefordítódik fehérjévé.
RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek RNS világ bizonyítékai a mai szervezetek biokémiájában IVbiokémiájában IV: : TranszlTranszlációáció
mRNSmRNS tRNStRNS riboszómariboszóma
A DNS fehérje „átmentet” (transzláció) RNS közvetítésével történik
Riboszómában a peptidil transzfert egy ribozim végzi!
Legjobb Legjobb szintetázszintetáz kb. 200 bázis hosszú és kb. 200 bázis hosszú és 14 nuklotidot14 nuklotidot tud egy templát alapján hozzákapcsolni egy oligonukleotid tud egy templát alapján hozzákapcsolni egy oligonukleotid lánchoz 97.5%-os másolási hűséggel.lánchoz 97.5%-os másolási hűséggel.
Protein szintProtein szintézisézis: : Minden lépés megoldható. Aminosavak Minden lépés megoldható. Aminosavak aktiválása (sokféle aminoaciláció)aktiválása (sokféle aminoaciláció); ; Peptid kötés kialakítás (peptidil Peptid kötés kialakítás (peptidil transzfer)transzfer)
Az enzimaktivitás a Az enzimaktivitás a szerkezettszerkezettől függől függ A ribozim fenotípusa a szerkezeteA ribozim fenotípusa a szerkezete Kevesebb szerkezet van, mint szekvenciaKevesebb szerkezet van, mint szekvencia Egy kevés mutáció általában nem változtatja Egy kevés mutáció általában nem változtatja
meg a szerkezetetmeg a szerkezetet Szerkezet könnyebben fenntartható, mint a Szerkezet könnyebben fenntartható, mint a
Az élet kódja: TranszlációAz élet kódja: TranszlációA genetikai kód eredeteA genetikai kód eredete
Transzláció eredeteTranszláció eredete
Fehérjék jobb katalizátorokFehérjék jobb katalizátorok (4 (4 kémiailag kémiailag hasonló bázis vs. hasonló bázis vs. 20 20 kémiailag sokféle kémiailag sokféle aminosavaminosav))
Mivel az RNS központi szerepet játszik a Mivel az RNS központi szerepet játszik a transzlációban, így valószínűleg az RNS transzlációban, így valószínűleg az RNS világban „találták fel”világban „találták fel”
KódtáblaKódtábla
Néhány tény a genetikai kódrólNéhány tény a genetikai kódról
Közel univerzálisKözel univerzális RedundánsRedundáns Miért triplet?Miért triplet?
– A triplet optimális a reverzibilis kapcsolódáshozA triplet optimális a reverzibilis kapcsolódáshoz Miért 2Miért 200 aminosav aminosav??
– Az enzim sokféleség növekszik a több Az enzim sokféleség növekszik a több aminosavval, de a mutációs robusztusság aminosavval, de a mutációs robusztusság csökkencsökken..
A kód optimálizált mutációs robosztusságraA kód optimálizált mutációs robosztusságra
A megfejtetlen rejtélyA megfejtetlen rejtély
RNRNSS
Oligo-nukleotidokásványi felszínennukleotidok
ribozimok
uaagagcguuCg-CcCgcgguaguaaGc AgG
|||||| |||A
GAACACGA CAC GUUaUgAcug||| ||| ||||||||||GAC
GCU GUG-A-CGGuAuUggc
CUC-GC-GA-UC-GU-AC-G
A
g
aua
UUAGU
GUaUUGUCA|||||||||CguAgCAGUU
uGGA
AA
aCuUuaaC||||||||uGaAauuGc
gau
-U-
3’
5’AA640
650
680
730
740
690
660
670
700710
720
750
760
770
780II
III
IV V
VI
uaagagcguuCg-CcCgcgguaguaaGc AgG
|||||| |||A
GAACACGA CAC GUUaUgAcug||| ||| ||||||||||GAC
GCU GUG-A-CGGuAuUggc
CUC-GC-GA-UC-GU-AC-G
A
g
aua
UUAGU
GUaUUGUCA|||||||||CguAgCAGUU
uGGA
AA
aCuUuaaC||||||||uGaAauuGc
gau
-U-
3’
5’AA640
650
680
730
740
690
660
670
700710
720
750
760
770
780II
III
IV V
VI
DNDNSS
A megfejtetlen rejtélyA megfejtetlen rejtély
fehérjefehérje RNRNSS
Kódolja
replikáljamonomert állít elő
MembrMembráánn
monomertállít elő
AnyagcsereAnyagcsere
Minimális sejtMinimális sejt
Minimum sejtMinimum sejt
Top – down: Meglevő szervezetek Top – down: Meglevő szervezetek genomjából indulunk kigenomjából indulunk ki
Bottom – up: Minimális funkciók, élő sejt Bottom – up: Minimális funkciók, élő sejt szintéziseszintézise
A gének legkisebb lehetséges halmaza, A gének legkisebb lehetséges halmaza, amivel fenntartható egy működő sejt a amivel fenntartható egy működő sejt a legjobb körülmények között (minden forrás legjobb körülmények között (minden forrás rendelkezésre áll, nincs környezeti stressz)rendelkezésre áll, nincs környezeti stressz)
Legjobban a transzláció és az RNS Legjobban a transzláció és az RNS polimerázok konzerválódtakpolimerázok konzerválódtak
Metabolizmusban viszont kevés Metabolizmusban viszont kevés konzerválódott (több genom konzerválódott (több genom összehasonlításában) enzim vanösszehasonlításában) enzim van
A konzerváltság nem jelenti, hogy laborban A konzerváltság nem jelenti, hogy laborban elengedhetetlen (kilőhető). elengedhetetlen (kilőhető). Például repair Például repair nélkül a sejt jól él, de fennmaradhat-e?nélkül a sejt jól él, de fennmaradhat-e?
Minimum sejt – funkciók IMinimum sejt – funkciók I
1.1. DNS metabolizmus (replikáció, módosítás, DNS metabolizmus (replikáció, módosítás, javítás és hasítás) 16 génjavítás és hasítás) 16 gén
Minimum sejt – funkciók IIMinimum sejt – funkciók II
Köztes metabolizmus és energetikaKöztes metabolizmus és energetika1.1. Glikolízis Glikolízis (1(10 g0 gén)én)
2.2. ATP szintézis, HATP szintézis, H++ gradiens gradiens (9(9 g gén)én)
3.3. Pentóz-foszfát út Pentóz-foszfát út (3(3 g gén)én)
4.4. Lipid metabolizmus Lipid metabolizmus (7(7 g gén)én)
5.5. Nukleotid bioszintézis Nukleotid bioszintézis (15(15 g gén)én)
6.6. Kofaktor bioszintézis Kofaktor bioszintézis (12(12 g gén)én)7.7. Egyéb (8 gén)Egyéb (8 gén)
Az Élet SzikrájaAz Élet Szikrája az anyagcsere autokatalitikus magjaaz anyagcsere autokatalitikus magja
Mitől több – ha több - Mitől több – ha több - az élő sejt egy zsák az élő sejt egy zsák enzimnél és némi enzimnél és némi DNS-nél?DNS-nél?
Mitől lesz élő egy sejt?Mitől lesz élő egy sejt?
Gánti kemoton elméleteGánti kemoton elmélete
Egy zsák enzim és DNSEgy zsák enzim és DNS
Legyen egy sejtünk, Legyen egy sejtünk, amiben csak enzimek amiben csak enzimek és DNS (RNS) van.és DNS (RNS) van.
A környezetben A környezetben minden tápanyag jelen minden tápanyag jelen van, amit az élőlény fel van, amit az élőlény fel tud venni (optimális tud venni (optimális mennyiségben)mennyiségben)
Enzimek
DNA/RNA
Nincsen kis molekulasúlyú
metabolit!
H2O, H+, CO2, Fe2+, CNO, NO2-, NO3
-, HPO42-,
SO42-, O2, cukrok, aminosavak, alkoholok
Egy zsák enzim és DNSEgy zsák enzim és DNS
Működőképes-e ez a Működőképes-e ez a sejt?sejt?
Kell-e valaminek eleve Kell-e valaminek eleve a sejtben lennie, hogy a sejtben lennie, hogy a metabolizmus a metabolizmus beinduljon?beinduljon?
Enzimek
DNA/RNA
???
H2O, H+, CO2, Fe2+, CNO, NO2-, NO3
-, HPO42-,
SO42-, O2, cukrok, aminosavak, alkoholok
Elméleti kísérlet!Elméleti kísérlet!
Legyen egy Legyen egy reakcióhálózatunkreakcióhálózatunk Adjuk meg a Adjuk meg a felvehető anyagokfelvehető anyagok listáját listáját Mi termelhető meg a reakciólista alapján?Mi termelhető meg a reakciólista alapján?
1.1. Ha minden megtermelhető, akkor az élő Ha minden megtermelhető, akkor az élő sejt nem több egy zsák enzimnél.sejt nem több egy zsák enzimnél.
2.2. Ha nem termelhető meg minden, akkor mi Ha nem termelhető meg minden, akkor mi kell még?kell még?
John Maynard-Smith és Szathmáry Eörs: Az John Maynard-Smith és Szathmáry Eörs: Az evolúció nagy lépései. evolúció nagy lépései. Scientia, Budapest, Scientia, Budapest, 19971997
Bálint Miklós: Molekuláris biológia I-II. Bálint Miklós: Molekuláris biológia I-II. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 2Műszaki könyvkiadó, Budapest, 2000000
Ádám Veronika Ádám Veronika (szerkesztő):(szerkesztő): Orvosi Orvosi biokémia. biokémia. Semmelweis, Budapest, 1996Semmelweis, Budapest, 1996
LLáng Ferenc (szerk.): Növényélettan. áng Ferenc (szerk.): Növényélettan. Eötvös KiadóEötvös Kiadó