Prokariota i Eukariota

Transkrypt

1 Prokariota i Eukariota

2 W komórkach organizmów żywych ilość DNA jest zazwyczaj stała i charakterystyczna dla danego gatunku.

3 ILOŚĆ DNA PRZYPADAJĄCA NA APARAT GENETYCZNY WZRASTA WRAZ Z BARDZIEJ FILOGENETYCZNIE ZAAWANSOWANĄ POZYCJĄ ORGANIZMU.

4 Zawartość DNA w komórkach różnych organizmów Organizm na haploidalny zespół chromosomów w mg Zawartość DNA w komórce Liczba par nukleotydów E.coli Neurospora Aspergillus Drosophila Kukurydza Mysz Człowiek 0,004 x ,02 x ,043 x ,085 x ,4 x ,0 x ,25 x ,3 x ,9 x ,0 x ,0 x ,0 x ,5 x ,9 x 10 9

5

6 Wirusy pod względem materiału genetycznego można podzielić na: 1. RNA wirusy materiałem genetycznym jest RNA RNA-fagi TMV - wirus mozaiki tytoniu BMV wirus mozaiki stokłosy Wirus Polio Wirus wścieklizny Wirus grypy

7 15 nm BMV virus

8 Wirus Mozaiki Stokłosy (BMV)

9 Wirusy pod względem materiału genetycznego 2. DNA wirusy materiałem genetycznym jest DNA: W postaci jednoniciowego DNA W postaci dwuniciowego DNA liniowego W postaci dwuniciowego DNA liniowego przechodzącego w formę kolistą W postaci dwuniciowego kolistego DNA

10 Schemat budowy bakteriofaga T4

11 Syphovirus

12 Wirusy pod względem materiału genetycznego 3. RNA/DNA wirusy retrowirusy stanowią dużą rodzinę zwierzęcych wirusów. W ich wirionach znajduje się enzym odwrotna transkryptaza, kopiujący genom RNA wirusa do postaci komplementarnego DNA: HIV 1 i HIV 2 SIV HTLV wywołujący białaczki limfocytów T BLV wywołujący białaczki limfocytów B

13 Schemat budowy wirusa HIV

14 Genom prokariotyczny

15 Genom prokariotyczny Kolista cząsteczka DNA zlokalizowana w nukleoidzie DNA jest związany z rdzeniem białkowym, od którego rozchodzi się promieniście superskręconych pętli (100 kb DNA) 90% DNA jest związany z genami.

16 Nukleoid E.coli (jaśniej wybarwiony) Figure 8.1 Genomes 3 ( Garland Science 2007)

17 Figure 8.2 Genomes 3 ( Garland Science 2007)

18 Figure 8.3 Genomes 3 ( Garland Science 2007)

19 Składniki białkowe nukleoidu: Gyraza DNA Topoizomeraza DNA Oba enzymy odpowiedzialne za utrzymanie stanu superskręcenia. Białka pakujące HU tworzy tetramer, wokół którego nawinięte jest DNA (ok. 60pb). W jednej komórce E. coli jest ok. 60 tys. Cząsteczek. Co najmniej trzy inne rodzaje białek wspomagających.

20 Figure 8.5 Genomes 3 ( Garland Science 2007)

21 Plazmid - mała kolista cząsteczka DNA występująca poza nukleoidem.

22 Plasmid pbr322 Map

23 Cykl komórkowy cykl życia komórki Interfaza

24 Posttelofaza segregacja i dekondensacja chromosomów, degradacja wrzeciona i reorganizacja otoczki jądrowej. Liczne procesy transkrypcyjne i translacyjne mające na celu zwiększenie rozmiarów komórki i Preprofaza przygotowanie odbudowanie wszystkich jej komórki do podziałów przez struktur syntezę niezbędnych białek, głównie mikrotubul wrzeciona podziałowego Replikacja DNA

25 Mitoza Faza G 0 Endopoliploidyzacja Różnicowanie G 0 G 1 Apoptoza

26

27

28 Regulacja cyklu komórkowego

29 Podstawowe mechanizmy regulacji cyklu komórkowego są wysoce konserwatywne U wszystkich eukariontów cykl komórkowy obejmuje dwa najważniejsze zdarzenia: 1. Replikacja DNA 2. Segregacja chromosomów Wyznaczają one dwa krytyczne punkty kontrolne: 1. Przejście z fazy G1 do S 2. Przejście z fazy G2 do podziału (M)

30 Czy replikacja DNA jest zakończona? G 2 Czy uszkodzenia DNA są naprawione? Wejście w mitozę S M Rozpoczęcie fazy S Czy segregacja chromosomów zakończona? G 1 Wyjście z mitozy Czy poprzednia mitoza jest jest zakończona? Czy warunki środowiska są odpowiednie? Czy komórka jest dostatecznie duża?

31 Podstawą kontroli cyklu komórkowego są reakcje fosforylacji, w których kinazy białkowe przenoszą grupy fosforanowe z ATP na odpowiedni aminokwas białka docelowego!

32 System kontroli cyklu komórkowego oparty jest na dwóch grupach białek: 1. Kinazy zależne od cykliny (CDK ang. cyclin-dependent kinases) białka katalityczne obecne w komórkach podczas całego cyklu, ale aktywne tylko w określonej fazie 2. Cykliny (CYC ang. cyclin) kontrolują zdolność CDK do fosforylacji poprzez przyłączanie się do nich.

33 Różne kompleksy cyklina-cdk włączają różne etapy cyklu komórkowego 1. Kompleks cykliny G1 połączonej z CDK jest konieczny przy przejściu z fazy G1 do S. 2. Kompleks cykliny mitotycznej połączonej z CDK jest konieczny przy przejściu z fazy G2 do M. Aktywacja i inaktywacja kompleksu cyklina- CDK jest istotnym procesem w regulacji cyklu komórkowego.

34 CDK + Cyklina G 2 CDK Cyklina A S M CDK Cyklina B G 1 CDK Cyklina E

35 Replikacja DNA Semikonserwatywny proces, polegający na odtworzeniu nowych cząsteczek DNA na matrycy starych cząsteczek. Z jednej cząsteczki starego DNA powstają dwie nowe cząsteczki, z których każda zawiera jedną nić starą i jedną nowo dobudowaną.

36

37 Replikacja zawsze zaczyna się w tym samym punkcie wzdłuż łańcucha DNA nazywanym miejscem inicjacji replikacji:

38 U Procaryota jest jedno miejsce inicjacji replikacji

39 U Eucaryota jest wiele miejsc inicjacji replikacji

40 Oczko replikacyjne Nowo syntetyzowany DNA Macierzyste nici DNA Widełki replikacyjne przemieszczają się w dwóch przeciwnych kierunkach Enzymy zaangażowane w syntezę DNA

41

42

43 Replikon Odcinek DNA znajdujący się pod kontrolą jednego oczka replikacyjnego

44 Kompleks enzymów replikacyjnych 1. Helikazy i białka wiążące jednoniciowy DNA Destabilizują podwójny heliks Otwierają widełki replikacyjne przez rozrywanie mostków wodorowych Przygotowują matrycę do kopiowania 2. Topoizomerazy Likwidują skręcenie heliksu na skutek otwierania widełek 3. Prymazy Katalizują proces tworzenia starterów

45 Kompleks enzymów replikacyjnych 4. Polimeraza DNA Katalizuje przyłączanie nukleotydów kluczowy enzym replikacyjny

46 Polimerazy DNA bakteryjne Enzymy Podjednostki Aktywność egzonukleazy Funkcje 3` 5` 5` 3` Polimeraza DNA I 1 Tak Tak Replikacja i naprawa DNA Polimeraza DNA II 1 Tak Nie Naprawa DNA Polimeraza DNA III ok. 10 Tak Nie Główny enzym replik.

47 Polimerazy DNA eukariotyczne Enzymy Podjednostki Aktywność egzonukleazy Funkcje 3` 5` 5` 3` Polimeraza DNA Polimeraza DNA β 4 1 Nie Nie Nie Nie Synteza starterów Naprawa DNA Polimeraza DNA γ 2 Tak Nie Replikacja mtdna Polimeraza DNA δ 2 lub 3 Tak Nie Główny enzym replik. Polimeraza DNA ε 1 lub więcej Tak Nie Replikacja DNA (dokładna funkcja nie jest znana)

48 Kompleks enzymów replikacyjnych 4. RNA-azy Degradują starterowe RNA 5. Ligazy Łączą powstałe luki w jedną ciągłą nić

49 Helikazy Białka wiążące jednoniciowy DNA Polimeraza DNA Nić prowadząca Topoizomerazy Macierzysty DNA RNA prymazy Starter Fragmenty Okazaki Polimeraza DNA Ligaza Kierunek replikacji Nić opóźniona

50 Wierność kopiowania 1 błąd na 10 9 włączonych nukleotydów

51 System zabezpieczający chromosomy przed skracaniem Zapobiega skracaniu się heliksu DNA po replikacji. Systemem tym są sekwencje telomerowe znajdujące się na końcach każdej cząstki DNA. Są to krótkie powtarzające się sekwencje nukleotydów, np. TTGGGG, syntetyzowane przez enzym telomerazę i dodawane do końcowych odcinków DNA niezależnie od zwykłej replikacji DNA.

52 Telomery