Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

Transkrypt

1 1

2 2

3 3

4 Drożdże są najprostszymi Eukariontami 4

5 Eucaryota Procaryota 5

6 6

7 Informacja genetyczna dla każdej komórki drożdży jest identyczna A zatem każda komórka koduje w DNA wszystkie swoje substancje 7

8 Przy omawianiu genetyki molekularnej eukariontów szczególną uwagę należy poświęcić ekspresji informacji genetycznej 8

9 Zanim jednak będzie można przejść do kwestii ekspresji warto zapoznać się z: organizacją genomu i procesem replikacji organizmów eukariotycznych 9

10 Dzięki oddziaływaniom DNA z różnorodnymi białkami, z którymi tworzy zwartą strukturę zwaną chromatyną - DNA jest tak skondensowany, że zajmuje zaledwie niewielki przedział komórkowy jakim jest jądro 10

11 Mała pojemność jądra Transport białka na zewnątrz 11

12 Zważywszy na bardzo małe rozmiary komórek i znaczną długość genomów eukariotycznych, istnieje sposób na zorganizowane i uporządkowane upakowanie nici DNA 12

13 DNA z komplementarną nicią DNA podwójna nić (helix) 13

14 Upakowanie DNA rozpatruje się na kilku poziomach, a pierwszy z nich to nukleosomy 14

15 Nukleosom to jednostka, w skład której wchodzą: 1. Białkowy rdzeń, 2. Nić DNA oplatająca dyskowaty oktamer, 3. Białko spinające nić DNA od strony zewnętrznej 15

16 NUKLEOSOM 16

17 Drugi poziom upakowania to solenoidy Łańcuchy nukleosomów zorganizowane są w struktury, przypominające sprężynę, której zwoje to koralikowe łańcuchy nukleosomów 17

18 SELENOID 18

19 Na poziomie solenoidu nić DNA zajmuje 40 razy mniej miejsca w porównaniu do sytuacji, w której występowałaby w formie rozprostowanej cząsteczki 19

20 Replikacja jest procesem, w którym zachodzi podwojenie ilości materiału genetycznego w komórkach mających wejść w podział - mitotyczny lub mejotyczny - to znaczy będących w fazie S cyklu komórkowego 20

21 21

22 Za powielanie informacji zgromadzonej w DNA odpowiedzialne są polimerazy DNA Działanie tych enzymów jest bardzo precyzyjne, zapewniając identyczny materiał genetyczny w każdej komórce 22

23 Proces replikacji DNA przed następnym podziałem komórkowym, rozpoczyna się w miejscach inicjacji, ori, których w DNA eukariotycznym jest bardzo wiele 23

24 ori Strzałkami oznaczono potencjalne ori 24

25 U eukariontów miejsca replikacji (ori) znajdują się w strefach międzygenowych Oznacza to, że replikacja określonego fragmentu może rozpocząć się w kilku miejscach 25

26 Inicjacja replikacji DNA w miejscu ori rozpoczyna się zawsze od przyłączenia białek inicjatorowych, które tworzą oczka lub widełki w tym rejonie DNA 26

27 W jądrowym DNA drożdży sekwencje rozpoznawane przez białka inicjacyjne noszą nazwę ori, a w plazmidach drożdżowych nazywają się ars 27

28 Podczas replikacji DNA konieczne jest rozluźnienie strukury chromatyny w celu umożliwienia oddziaływań aparatu enzymatycznego (replikacyjnego) z DNA 28

29 Rozluźnienie to dotyczy poszczególnych fragmentów, przez które - w danym momencie - przechodzą widełki replikacyjne 29

30 REPLIKACJA Kierunek działania enzymu 30

31 Inicjacja transkrypcji jest momentem najbardziej precyzyjnej kontroli ekspresji genu 31

32 Transkrypcja to proces, w którym informacja zawarta w DNA - zapisana w formie sekwencji deoksyrybonukleotydów - przepisana zostaje na język rybonukletotydów w pre-mrna 32

33 mrna Polipeptyd 33

34 Reakcję transkrypcji katalizuje enzym zwany polimerazą II RNA 34

35 Transkrypcja jako etap ekspresji genu dzieli się na trzy następujące po sobie zdarzenia: 1. inicjację transkrypcji, 2. elongację łańcucha pre-mrna, 3. terminację 35

36 Zanim będzie można przejść do omawiania ekspresji genu, należy zapoznać się z budową genu eukariotycznego, który jest jednostką kodującą białko 36

37 Informacje o syntezie białka są zawarte jedynie we fragmentach genu, zwanych egzonami 37

38 Gen komórek ssaka Gen drożdży S. cerevisiae Schemat budowy genu eukariotycznego na przykładzie genu ssaków i drożdży (z uwzględnieniem elementów regulatorowych) 38

39 W obrębie tej części genu, która zostanie przepisana na mrna oprócz egzonów występują również fragmenty będące najczęściej nic nie znaczącymi wtrętami, zwanymi intronami 39

40 W czasie transkrypcji te "zbędne" fragmenty przepisywane są tak samo, jak egzony na nić pierwotnego pre-mrna, ale przed zajściem translacji są one eliminowane, w tzw. procesie splicingu 40

41 Pre-mRNA Splicing Dojrzałe mrna 41

42 Gen oprócz obszaru transkrybowanego zawiera jeszcze promotor i terminator odpowiednio na końcu 5' i 3. Promotor i terminator należy pojmować jako jednostki funkcjonalne, a nie strukturalne 42

43 Promotor i terminator w genie 43

44 Inicjacja transkrypcji to ten moment, w którym odbywa się najbardziej precyzyjna kontrola ekspresji 44

45 Jako inicjację określa się zdarzenia zachodzące w obrębie promotora, a także daleko położonych rejonów zwanych enhancerami (wzmacniaczami), które umożliwiają podjęcie działania polimerazie II RNA 45

46 Interakcje enhancer i promotor 46

47 U Eucaryota polimeraza II RNA wymaga do zapoczątkowania transkrypcji obecności pewnych białek, zwanych czynnikami transkrypcyjnymi 47

48 Kompleks preinicjacyjny Tworzenie kompleksu preinicjacyjnego transkrypcji 48

49 Związki wzmagające transkrypcję podstawową, jako aktywatory transkrypcji, łączą się z DNA w rejonach enhancerowych. Kierunki oddziaływań aktywatorów obrazuje poniższy rysunek: 49

50 AKTYWATORY 50

51 Aktywowanie transkrypcji przez układ hormon : receptor 51

52 Kompleks transkrypcyjny 52

53 Po spełnieniu wszystkich warunków koniecznych do rozpoczęcia reakcji przez polimerazę II RNA, następuje synteza łańcucha pre-mrna w kierunku od 5' do 3' końca, czyli elongacja 53

54 Trankrypcja jednego fragmentu katalizowana jest przez jedną cząsteczkę enzymu Zakończenie, czyli terminacja syntezy mrna jest kontrolowana przez terminatory 54

55 Macierzyste DNA Kompletna nić potomna DNA 55

56 Polimeraza II RNA zlokalizowana jest w nukleoplazmie i oprócz syntezy mrna przeprowadza tam również syntezę snrna (ang. small nuclear RNA), tj. cząsteczek, zwiazanych ze splicingiem 56

57 Translacja jest kolejnym etapem ekspresji genu Translacja jest to proces syntezy polipeptydów i białek przebiegający w rybosomach 57

58 W translacji uczestniczy cały szereg enzymów, specyficznych białek i kilku typów RNA: mrna, rrna, trna 58

59 trna 59

60 60

61 61

62 62

63 63

64 64

65 Od transkrypcji do translacji i syntezy białka DNA BIAŁKO 65

66 66

67 KONIEC 67