Kwasy nukleinowe. Replikacja

Podobne dokumenty
Wykład 14 Biosynteza białek

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

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

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

Cele kształcenia. Zapoznanie ze strukturą i funkcjami kwasów nukleinowych Zapoznanie z procesami leżącymi u podstaw biosyntezy białka

Zarówno u organizmów eukariotycznych, jak i prokariotycznych proces replikacji ma charakter semikonserwatywny.

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Wykład 12 Kwasy nukleinowe: budowa, synteza i ich rola w syntezie białek

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

GENETYKA. Budowa i rola kwasów nukleinowych Geny i genomy Replikacja DNA NM G

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

Transkrypcja i obróbka RNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

20. STRUKTURĘ DNA. Chemiczne czynniki modyfikujące DNA. Iwona śak, Paweł Niemiec

TRANSLACJA II etap ekspresji genów

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

Replikacja DNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Ekspresja informacji genetycznej

Numer pytania Numer pytania

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Geny i działania na nich

Składniki diety a stabilność struktury DNA

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

DNA musi współdziałać z białkami!

Fragment cząsteczki DNA stanowiący matrycę dla syntezy cząsteczki lub podjednostki białka nazywamy GENEM

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

1. Na podanej sekwencji przeprowadź proces replikacji, oraz do obu nici proces transkrypcji i translacji, podaj zapis antykodonów.

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Prokariota i Eukariota

Znaczenie nukleotydów:

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Podstawy genetyki molekularnej

Komórka eukariotyczna

Scenariusz lekcji przyrody/biologii (2 jednostki lekcyjne)

Biologia medyczna, materiały dla studentów

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Translacja i proteom komórki

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

MUTACJE GENOWE- SUBSTYTUCJE MUTACJE GENOWE- INSERCJE I DELECJE PRZYCZYNY POWSTAWANIA MUTACJI

Transport makrocząsteczek

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

REPLIKACJA, NAPRAWA i REKOMBINACJA DNA

INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY

Wykład: 2 JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY. Jądro komórkowe. Prof. hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Komórka stuktura i funkcje. Bogusław Nedoszytko. WSZPIZU Wydział w Gdyni

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ ( , III edycja)

cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Jądro komórkowe

Stabilność genomu. Telomery. Mutageneza i naprawa DNA. Rekombinacja.

Wykład 1. Od atomów do komórek

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ [2017/2018]

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Zagadnienia seminaryjne w semestrze letnim I Błony biologiczne

MUTACJE GENOWE- SUBSTYTUCJE. MUTACJE spontaniczne indukowane. germinalne somatyczne. genomowe chromosomowe genowe.

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

Regulacja Ekspresji Genów

Stabilność genomu. Mutageneza i naprawa DNA. Rekombinacja.

Badanie funkcji genu

Badanie dynamiki białek jądrowych w żywych komórkach metodą mikroskopii konfokalnej

Chemiczne składniki komórek

PROGRAM NAUCZANIA rok III Wydział Lekarski, semestr letni GENETYKA MOLEKULARNA

Biologia Molekularna Podstawy

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu

Biologia molekularna genu - replikacja

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Struktura DNA i chromatyny. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Badanie funkcji genu

Spis treści. Księgarnia PWN: Terry A. Brown - Genomy. Część 1 Jak bada się genomy 1 Rozdział 1 Genomy, transkryptomy i proteomy 3

DNA i RNA ENZYMY MODYFIKUJĄCE KOŃCE CZĄSTECZEK. DNA i RNA. DNA i RNA

DNA - niezwykła cząsteczka. Tuesday, 21 May 2013

Zmienność genomu. Przyczyny, skutki i sposoby kontroli

Zarys biologii molekularnej genu Replikacja DNA

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu c. d.

Metody bioinformatyki. Ekspresja genów. prof. dr hab. Jan Mulawka

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza

Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

Rzęski, wici - budowa Mikrotubule. rozmieszczenie organelli. Stabilne mikrotubule szkielet rzęsek i wici

Wykład 5. Remodeling chromatyny

2. Enzymy pozwalające na manipulację DNA a. Polimerazy DNA b. Nukleazy c. Ligazy

Spis treści 1 Komórki i wirusy Budowa komórki Budowa k

Peptydowe kwasy nukleinowe (PNA)

Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

Transkrypt:

Kwasy nukleinowe Replikacja

Białko Helikaza Prymaza SSB Funkcja w replikacji DNA Rozplata podwójną helisę Syntetyzuje starterowy odcinek RNA Stabilizuje regiony jednoniciowe Gyraza DNA Wprowadza ujemne skręty superhelikalne Polimeraza DNA III Syntetyzuje DNA Polimeraza DNA I Ligaza DNA Usuwa startery i wypełnia brakujące fragmenty nici DNA Łączy końce DNA

Telomerazy Enzymy rybonukleoproteinowe, które katalizują wydłużanie 3` końcowej nici DNA. Mają charakter odwrotnej transkryptazy, która ma własna matrycę.

Konsekwencje występowania form tautomerycznych - pirymidyny Tautomeria keto-enolowa, wynikająca z przemieszczania się protonów H sprawia, że zasady azotowe występują w różnych postaciach tautomerycznych: Laktam (postać ketonowa =O), lub Laktym (postać enolowa OH) W warunkach fizjologicznych dominującą ilościowo postacią tyminy i uracylu jest laktam, natomiast cytozyny laktym. Mutagenny efekt tautomerii zasad pirymidynowych wynika z faktu, że laktym tyminy tworzy komplementarną parę z guaniną zamiast adeniną.

Konsekwencje występowania form tautomerycznych - puryny W warunkach fizjologicznych głównymi formami tautomerycznymi guaniny i hipoksantyny są tautomery laktamowe, natomiast dominującą formą adeniny jest laktym. Laktamowa forma tautomeryczna adeniny tworzy parę z cytozyną, co może leżeć u podłoża mutagenezy.

Czynniki modyfikujące strukturę DNA Kwas azotawy powoduje deaminację C ( U), G, i A ( hipoksantyna). Dochodzi do zamiany par zasad Hydroksylamina przekształca C w związek podobny do U dochodzi do zmian par zasad Związki alkilujące powodują alkilowanie głównie N7 i N1 guaniny oraz N1, N3 adeniny i N3 cytozyny. Prowadzi to do tranzycji i transwersji: AT TA, AT GC, GC CG, GC AT, GC TA. Podobnie działa cisplatyna wykorzystywana w leczeniu chorób nowotworowych. Barwniki akrydynowe wnikają między zasady i powodują ich rozsunięcie deformacja matrycy i błędy w replikacji

Czynniki modyfikujące strukturę DNA Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (z dymu papierosowego, kawy, czerwonego mięsa) tworzą addukty z DNA prowadząc do mutacji Heterocykliczne aminy aromatyczne (powstają podczas termicznej obróbki białkowych produktów) tworzą addukty Analogi zasad błędnie wbudowane powodują mutacje Wolne rodniki powodują modyfikacje zasad prowadzące do mutacji (8-hydroksy-guanina, glikol tyminy). Modyfikują także reszty cukrowe

Czynniki modyfikujące strukturę DNA Promieniowanie jonizujące inicjuje reakcje wolnorodnikowe a także może prowadzić do pękania nici (utrata informacji genetycznej) Promieniowanie ultrafioletowe prowadzi do powstawania dimerów pirymidynowych a w konsekwencji delecji

Choroby wrodzone Wrodzone zaburzenia rozwojowe (rozszczepienie kręgosłupa, wady serca, zajęcza warga) podłoże genetyczne oraz czynniki zewnętrzne Nieprawidłowości chromosomowe powstają w przebiegu gametogenezy (rekombinacji chromosomów) dziedziczą się Choroby jednogenowe (wady metaboliczne) znamy ok. 3500

Zapobieganie i wykrywanie Zmniejszenie ryzyka narażenia ciężarnych na działanie zewnętrznych czynników mutagennych i teratogennych Badania skriningowe rodzin zagrożonych Diagnostyka prenatalna

Istotą dziedziczenia jest przekazywanie informacji o syntezie białek, ich strukturze i czynności. Informacja ta ukryta jest w sekwencji zasad DNA. Przez ekspresję genu rozumie się odczytanie tej informacji i jej realizację przez syntezę odpowiedniego białka. Pełna ekspresja genu realizuje się przez replikację DNA, transkrypcję i potranskrypcyjne przemiany prekursorowego RNA oraz translację i potranslacyjne przemiany syntetyzowanego białka.

Mutacje Mutacje polegają na mniejszych lub większych zmianach struktury materiału genetycznego. Podstawienie zasad zamiana jednej na inną Delecje (wypadnięcie zasady), insercje - (wprowadzenie dodatkowej zasady) Konsekwencje zależą od umiejscowienia mutacji w łańcuchu DNA zmiany w informacji genetycznej zmiany ilości lub właściwości wytwarzanych białek, upośledzenie czynności białka, zmniejszenie szybkości inicjacji, eliminacja czynności genu, brak transkrypcji genu, Mutacje objawowe powstające w sekwencjach kodujących genów, dziedziczą się. Mutacje bezobjawowe znajdujące się w regionach pomiędzy genami nie maja znaczenia.

Transkrypcja

Polimeraza RNA z E. coli Podjednostka Liczba Masa (kda) Funkcja 2 37 Wiąże białka regulatorowe 1 151 Tworzy wiązania fosfodiestrowe ` 1 155 Wiąże matrycę DNA (sigma) 1 70 Rozpoznaje promotor i inicjuje syntezę

Polimeraza RNA z E. coli Poszukuje na DNA miejsc inicjacji transkrypcji Rozwija krótki odcinek dwuniciowego DNA tworząc jednoniciową matrycę Selekcjonuje odpowiedni trifosforan rybonukleotydu i katalizuje tworzenie wiązania fosfodiestrowego Wykrywa sygnały terminacji transkrypcji Oddziałuje z białkami represorowymi i aktywującymi, które modulują szybkość transkrypcji

Transkrypcja rozpoczyna się w miejscach promotorowych matrycy DNA Po odnalezieniu miejsca promotorowego dochodzi do rozdzielenia dwuniciowego DNA na pewnym fragmencie (ok. 17 pz). Nić DNA matrycowa (komplementarna do nici transkryptu, antysensowna) selekcjonuje komplementarne trifosforany rybonukleozydów. [Nić kodująca ma tę samą sekwencje co transkrypt RNA, jest nicią sensowną]

Większość nowo syntetyzowanych RNA rozpoczyna się od pppg lub pppa. Kierunek syntezy 5` 3`. Nie jest wymagany starter

Elongacja Elongacja zachodzi w bąblach transkrypcyjnych (rejonach zawierajacych polimerazę RNA, DNA i powstający RNA) i rozpoczyna się po uformowaniu pierwszego wiązania fosfodiestrowego. Dochodzi do utraty podjednostki polimerazy RNA. Równolegle z rozplataniem przed polimerazą dochodzi do zaplatania za enzymem. Polimeraza RNA nie sprawdza nowo powstałego łańcucha jest mniej dokładna niż polimeraza DNA w procesie replikacji.

Terminacja Na etapie terminacji formowanie wiązań fosfodiestrowych ustaje, z hybrydu RNA-DNA oddysocjowuje RNA a rozpleciony fragment DNA znów się splata. Sygnał stop to najczęściej palindromowy rejon bogaty w pary GC za którym występuje rejon bogaty w AT i 4 lub więcej reszt U. Podjednostka sigma przyłącza się do polimerazy RNA i szuka następnego miejsca promotorowego.

Potranskrypcyjne modyfikacje dojrzewanie RNA W komórkach prokariotycznych Wycinanie i modyfikacja niektórych regionów Dodawanie nukleotydów do końca łańcucha RNA Modyfikacja zasad (metylacja) i reszt rybozy W komórkach eukariotycznych Odcięcie sekwencji liderowej od strony 5` Wycięcie intronu (przez endonukleazę) Zastąpienie UU na końcu 3` cząsteczki przez CCA Modyfikacja niektórych zasad

Różnice miedzy Pro i Eukaryota U Eukaryota transkrypcja i translacja przebiegają w różnych przedziałach komórkowych co umożliwia wielostopniową i precyzyjną regulację ekspresji genów. U Eukaryota dojrzewanie RNA jest bardziej skomplikowane prawie wszystkie prekursory mrna ulegają splicingowi co prowadzi do powiększenia różnorodności puli białek. U Eukaryota występują 3 rodzaje polimeraz RNA zbudowane z 8-12 podjednostek i dodatkowo z podjednostek RPB1 i RPB2 U Eukaryota niezbędne są czynniki transkrypcyjne i sekwencja TATA w pobliżu miejsca startu

Splicing Introny są precyzyjnie wycinane z prekursorów mrna. Główna sekwencja intronowa zaczyna się od GU a kończy na AG. Splicing rozpoczyna się od rozcięcia wiązania fosfodiestrowego między eksonem powyżej intronu i końcem 5` intronu. Grupą atakującą jest 2`OH reszty adenylowej w miejscu rozgałęzienia. Między resztą A i 5` końcowym fosforanem intronu tworzy się wiązanie 2`-5` fosfodiestrowe.

Splicing Równocześnie reszta A połączona jest z dwoma innymi nukleotydami poprzez zwykłe 5`-3` wiązanie fosfodiestrowe. W ten sposób tworzy się w tym miejscu produkt pośredni o kształcie lassa. Następnie koniec 3`-OH eksonu 1 atakuje wiązanie fosfodiestrowe pomiędzy intronem a eksonem 2. Eksony 1 i 2 zostaja połączone a intron w kształcie lassa uwolniony. W tym procesie zachodzą dwie reakcje transestryfikacji a nie hydroliza i ligacja. Liczba wiązań fosfodiestrowych pozostaje ta sama podczas obu etapów.

Niskocząsteczkowe jądrowe RNA (snrna) wraz ze specyficznymi białkami biorą udział w wycinaniu intronów z prekursorów mrna.

Sekwencje wzmacniające (enhancer) Zwiększają aktywność wielu promotorów u wyższych eukariontów ale same nie mają aktywności promotorowych. Mogą stymulować transkrypcję w miejscach oddalonych od siebie, występować przed, za a nawet w środku transkrybowanego genu.

Splicing rrna Splicing rrna opiera się na autokatalitycznym wycinaniu intronów bez udziału białek. Prekursory rrna mogą wykazywać aktywność nukleazową oraz polimerazową.

Ekspresja genów

DNA w chromosomach eukariotycznych jest silnie związany z zasadowymi białkami histonami i tworzy chromatynę. Histony można oddzielić od DNA przez potraktowanie roztworem soli lub rozcieńczonym kwasem. Otrzymuje się 5 typów histonów: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

Histony ich forma i charakter mają znaczenie w regulacji stopnia upakowania DNA i jego dostępności dla replikacji i transkrypcji Typ Lys/Arg Liczba reszt aminokwasowych Masa H1 20.0 215 21.0 H2A 1.25 129 14.5 H2B 2.5 125 13.8 H3 0.72 135 15.3 H4 0.79 102 11.3

Nukleosomy Jednostki strukturalne chromatyny zbudowane z dwóch cząsteczek histonów H2A, H2B, H3 i H4 oraz odcinak DNA o długości 200 pz. Większość DNA jest owinięta wokół histonowego rdzenia. Pozostały DNA nazywany łącznikiem wiąże sąsiadujące nukleosomy i nadaje włóknom chromatyny elastyczność. Struktura ta przypomina sznur koralików.

Nukleosomy są pierwszym stadium kondensacji DNA w komórce. Nawinięcie DNA na nukleosomowy rdzeń skraca jego wymiary liniowe. Prosty odcinek DNA złożony z 200 pz ma długość ok. 68 nm, w nukleosomie wymiar skraca się do ok. 10 nm.

Podczas replikacji stare histony pozostają przy kompleksie z dupleksem DNA zawierającym nić prowadzącą natomiast nowe histony dochodzą do dupleksu zawierającego nić opóźnioną.