Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Podobne dokumenty
Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, kinazy, nukleazy

Ligazy. Zastosowanie ligazy w inżynierii genetycznej:

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, kinazy, nukleazy

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

PCR - ang. polymerase chain reaction

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie Prowadzący: mgr inż. Joanna Tymeck-Mulik i mgr Lidia Gaffke. Część teoretyczna:

Biologia Molekularna z Biotechnologią ===============================================================================================

PCR łańcuchowa reakcja polimerazy

PCR - ang. polymerase chain reaction

WEKTORY WAHADŁOWE ENZYMY W KLONOWANIU POLIMERAZY

Jaka jest lokalizacja genu na chromosomie? Jakie jest jego sąsiedztwo?

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

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

Ćwiczenia 1 Wirtualne Klonowanie. Prowadzący: mgr Anna Pawlik i mgr Maciej Dylewski. Część teoretyczna:

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

PCR - ang. polymerase chain reaction

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

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

PCR - ang. polymerase chain reaction

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Biologia medyczna, materiały dla studentów

TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA

Definicje. Białka rekombinowane (ang. recombinant proteins, r-proteins) Ukierunkowana mutageneza (ang. site-directed/site-specific mutagenesis)

Ćwiczenie 5 Klonowanie DNA w wektorach plazmidowych

Biologia Molekularna Podstawy

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Ćwiczenie 3 PCR i trawienie DNA enzymami restrykcyjnymi

Powodzenie reakcji PCR wymaga właściwego doboru szeregu parametrów:

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

O trawieniu restrykcyjnym

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Mieszanina trójfosforanów deoksyrybonukleotydów (dntp: datp, dgtp, dctp, dttp) Bufor reakcyjny zapewniający odpowiednie warunki reakcji

RT31-020, RT , MgCl 2. , random heksamerów X 6

TaqNovaHS. Polimeraza DNA RP902A, RP905A, RP910A, RP925A RP902, RP905, RP910, RP925

dr hab. Beata Krawczyk Katedra Mikrobiologii PG

TaqNova-RED. Polimeraza DNA RP20R, RP100R

Ćwiczenie 7 Klonowanie DNA w wektorach plazmidowych

Wektory DNA - klonowanie molekularne

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

W związku z wydzieleniem pakietów i dodaniem nowych zmianie ulegają zapisy SIWZ.

Genetyczne modyfikowanie organizmów Kierunek OCHRONA ŚRODOWISKA, II rok semestr letni 2015/16

Wykład 14 Biosynteza białek

Farmakogenetyka Biotechnologia Medyczna I o

Prokariota i Eukariota

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

PCR. Aleksandra Sałagacka

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych metodą Southerna

Wektory DNA - klonowanie molekularne

Screening, klonowanie, ekspresja i oczyszczanie białek

SYLABUS. Wydział Biologiczno-Rolniczy. Katedra Biochemii i Biologii Komórki

Wektory DNA - klonowanie molekularne

Techniki molekularne w mikrobiologii SYLABUS A. Informacje ogólne

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Inżynieria genetyczna

Endonukleazy restrykcyjne molekularne nożyczki

Polimeraza Taq (1U/ l) 1-2 U 1 polimeraza Taq jako ostatni składniki mieszaniny końcowa objętość

Badanie funkcji genu

Przeglądanie bibliotek

Badanie funkcji genu

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

Wektory DNA - klonowanie molekularne

Metody: PCR, MLPA, Sekwencjonowanie, PCR-RLFP, PCR-Multiplex, PCR-ASO

REPLIKACJA, NAPRAWA i REKOMBINACJA DNA

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU PCR sposób na DNA.

Glimmer umożliwia znalezienie regionów kodujących

TRANSLACJA II etap ekspresji genów

Genetyka, materiały dla studentów Pielęgniarstwa

Wektory DNA - klonowanie molekularne

Klonowanie i transgeneza. dr n.med. Katarzyna Wicher

2. Przedmiot zamówienia: Odczynniki chemiczne do izolacji DNA i reakcji PCR, wymienione w Tabeli 1. Nazwa odczynnika Specyfikacja Ilość*

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: EIB BN-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Inżynieria Biomedyczna Specjalność: Bionanotechnologie

Instrukcja ćwiczeń Biologia molekularna dla II roku Analityki Medycznej. Reakcja odwrotnej transkrypcji. Projektowanie starterów do reakcji PCR.

Biologia molekularna ćwiczenia Zakład Wirusologii

Wektory DNA - klonowanie molekularne

Podstawy inżynierii genetycznej

Inżynieria genetyczna Ćwiczenie 3

Inżynieria Genetyczna ćw. 1

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Badanie funkcji genu

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

Prowadzący: dr Lidia Boss znacznik fluorescencyjny (np. SYBR Green II)

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

Biochemia: Ćw. 11 Metoda RT-PCR

Markery klasy II -Polimorfizm fragmentów DNA (na ogół niekodujących): - RFLP - VNTR - RAPD

Sekwencjonowanie wczoraj i dziś

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

GENOMIKA FUNKCJONALNA. Jak działają geny i genomy? Poziom I: Analizy transkryptomu

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

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

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

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

biologia molekularna CLONTECH

Biologia molekularna ćwiczenia Zakład Wirusologii

Transkrypt:

Aby manipulować genami niezbędne są odpowiednie narzędzia molekularne, które pozwalają uzyskać tzw. zrekombinowane DNA (umożliwiają rekombinację materiału genetycznego in vitro czyli w próbówce) Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Ligazy Katalizują tworzenie wiązań fosfodiestrowych między sąsiednimi grupami 3 OH i 5 PO 4 w kwasach nukleinowych DNA lub RNA. W reakcji tworzą się wysokoenergetyczne pośredniki z udziałem NAD + lub ATP w zależności od typu ligazy. Funkcja in vivo: udział w replikacji opóźnionego pasma DNA, rekombinacja genetyczna, naprawa DNA Zastosowanie ligazy w inżynierii genetycznej: Rekombinacja DNA in vitro łączenie cząsteczek kwasów nukleinowych lepkich lub tępych końców oraz szereg innych bardzo specyficznych zastosowań.

Własności ligaz używanych w rekombinacji in vitro Ligazy Substraty kofaktory temperatura lepkie tępe końce DNA-RNA RNA-RNA E. coli tak tak* nie nie NAD + Mg 2+ (1-3 mm) 10-15 C T4 faga tak tak* tak* tak* ATP Mg 2+ (10 mm) 4 C 15-25 C Bakterii termofilnych tak nie nie nie NAD + Mg 2+ (10 mm) 24-37 C Ligacja tępych końców jest znacznie mniej efektywna Bakteryjna ligaza jest zależna od NAD + Fagowe i eukariotyczne ligazy są zależne od ATP

Fosfataza alkaliczna Usuwa 5 -fosforan z ssdna, dsdna i RNA, rntp i dntp. Metaloenzym (Zn II) Bakteryjna fosfataza alkaliczna (BAP) najbardziej efektywna, ale jest oporna na ogrzewanie i detergenty. Z tego powodu trudno zakończyć reakcję defosforylacji. Peryplazmatyczny enzym, działa w buforze Tris ph 8.0-9.0 w obecności niskich stężeń Zn +2 (poniżej 1 mm). Alkaliczna fosfataza cielęca (CIAP calf intestinal alkaline phosphatase) mniejsza aktywność niż BAP, ale łatwiejsza do usunięcia (ogrzewanie 65 C 30 min lub 75 C 10 min) w obecności 10 mm EDTA. Alkaliczna fosfataza z arktycznych krewetek (SAP shrimp alkaline phosphatase) aktywność podobna do CIAP, ale inaktywacja 65 C 15 min (zalecane 70 C 20 min).

Zastosowanie fosfatazy alkalicznej w inżynierii genetycznej: defosforylacja tj. usuwanie 5 fosforanów z wektorów trawionych enzymami restrykcyjnymi jeżeli DNA wektora zostało strawione jednym enzymem restrykcyjnym defosforylacja zapobiega jego zamykaniu się (autoligacji) wektora bez wstawki

Polimerazy DNA Polimerazy są enzymami, których główną funkcją jest kataliza tworzenia polimerów kwasów nukleinowych RNA i DNA na matrycy istniejących jednoniciowych DNA lub RNA. Proces ten to polimeryzacja. Polimeraza I polimeraza Kornberga (m. cz. 109 kd) Odkryta w 1958 r. Kodowana przez gen pola. Funkcja in vivo: enzym naprawczy Średnia szybkość polimeryzacji 20 nukleotydów/sec, Struktura krystaliczna Taq DNA polimerazy niska procesywność 20-50 nukleotydów, 400 cząstek na komórkę. 1. Aktywność: 5 3 polimeryzacja DNA Substrat: jednoniciowe DNA i starter z wolną grupą 3 OH. Reakcja: DNA OH DNA- ( p dn) n +PP Wymagania: Mg +2 datp, dttp, dgtp, dctp

2. Aktywność: 3 5 egzonukleolityczna-sprawdzająca Substrat: dsdna lub ssdna z wolnym 3 OH końcem. Degraduje DNA od 3 OH. Ta aktywność na dsdna jest blokowana przez aktywność polimeryzacyjną 5 3. Reakcja: dsdna lub ssdna 5 p dn OH Wymagania: Mg +2 3. Aktywność: 5 3 egzonukleolityczna Substrat: dsdna lub RNA-DNA hybrydy. Degraduje dsdna od 5 końca; degraduje RNA w hybrydzie z DNA - aktywność RNAzy H Wymagania: Mg +2

Zasosowanie polimerazy I (holoenzymu) 1. Znakowanie DNA przez przesunięcie przerwy (ang. nick-translation). Tylko ta polimeraza może przeprowadzać tę reakcję ze względu na aktywność egzonukleazy 5 3

Fragment Klenowa DNA polimerazy I polimeraza I pozbawiona N-końcowej domeny stanowi tzw. fragment Klenowa. Polimeraza 3 5 egzo- 5 3 egzo (46 kd) nukleaza (22 KD) nukleaza C N Fragment Klenowa (605 aa)

Zastosowanie polimerazy Klenowa: 1. Synteza dsdna na matrycy ssdna: Warunki reakcji: matryca ssdna, startery - oligonukleotydy 6-20 n komplementarne do określonego fragmentu DNA z wolną grupą OH, bufor, dntps, Reakcja może z powodzeniem służyć do znakowania sond molekularnych, jeśli do buforu reakcyjnego doda się nukleotydów radioaktywnych lub znakowanych innymi markerami.

2. Wypełnianie cofniętych 3 - końców we fragmentach DNA (fill-in reaction): Stosuje się w celu tworzenia tępych końców we fragmentach powstałych po trawieniu enzymami restrykcyjnymi tworzącymi 5 -wystające końce. 3 Reakcja może z powodzeniem służyć do znakowania sond molekularnych, jeśli do buforu reakcyjnego doda się nukleotydów radioaktywnych lub znakowanych innymi markerami.

3. Wytrawianie wystających 3 końców: Stosuje się również w celu tworzenia tępych końców we fragmentach powstałych po trawieniu enzymami restrykcyjnymi tworzącymi 3 -wystające końce. Aktywność egzonukleazowa 3 5 polimerazy Klenowa wytrawia wystające nadmierności.

DNA polimeraza bakteriofaga T7 zawiera dwie podjednostki, o aktywnościach takich samych jak polimeraza Klenowa. Szczególnie użyteczna ponieważ charakteryzuje się znacznie większą procesywnością i wysoką wiernością (~1000 x większą niż polimeraza Klenowa). Używana jest do sekwencjonowania DNA metodą Sangera, także pod nazwą Sequenase lub Sequenase 2.0 (bez aktywności 3 5 egzonukleolitycznej)

DNA-zależna polimeraza DNA Termostabilne DNA polimerazy - mają podobne aktywności jak polimeraza I, ale maksymalną aktywność katalityczną wykazują w 75 80 C (Taq polimeraza ma tylko 10% maks. aktywności w 37 C). -szybkość reakcji w optymalnej temp. 150 dntp/sec/cząsteczkę enzymu. Polimeraza 3 5 egzo- Żródło i własności nukleaza Taq nie Termus aquaticus. Okres półtrwania 95 C - 1.6 h; wierność 1x10-4 - 2x10 5 ; procesywność: 42 n Pfu tak Pyrococcus furiosus. Największa wierność: 1.5x10-6 Vent tak Thermococcus litoralis. Okres półtrwania 95 C - 7 h; wierność pośrednia Zastosowanie termostabilnych polimeraz: Łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR) w różnych odmianach.

Odwrotna transkryptaza RNA-zależna polimeraza DNA Obecna w retrowirusach, gdzie kopiuje wirusowe RNA przed integracją do genomu. Ma dwie aktywności: -RNA zależnej DNA polimerazy w warunkach laboratoryjnych syntetyzuje DNA na matrycy ssrna i ssdna z jednakową wydajnością. W obu przypadkach wymaga startera RNA lub DNA. Nie ma aktywności 3 5 egzonukleazy (1/500 n jest błędny). - Rnazy H - jest rybonukleazą, która degraduje RNA z RNA-DNA hybrydów. Funkcjonuje zarówno jako endo- i egzonukleaza. Najczęściej wykorzystuje się dwa różne enzymy najczęściej otrzymywane jako białka rekombinowane w E. coli. z wirusa mysiej białaczki Moloneya z wirusa ptasiej mieloblastozy

Zastosowanie odwrotnej transkryptazy: 1. Kopiowanie RNA na DNA: szczególnie przydatna podczas przepisywania eukariotycznych transkryptów mrna eukariotycznych genów na tzw. cdna (komplementarne DNA). Funkcję starterów pełnią wówczas krótkie 12-18 n polimery (oligo dt), komplementarne z ogonkami polia mrna. 2. Tworzenie kopii cdna z mrna przed amplifikacją PCR, w reakcji zwanej RT-PCR, w której używa się starterów komplementarnych do sekwencji kodującej mrna

Ekspresja ludzkiej insuliny w bakteriach Enzym restrykcyjny ludzkie cdna linker Zrekombinowane DNA plazmidowe Wektor plazmidowy Klonowanie molekularne chromosom bakteria Tranfsormacja rekombinowana insulina rekombinowana insulina

Bakteriofagowe polimerazy RNA Są to RNA polimerazy zależne od DNA. Są używane do transkrypcji in vitro w celu syntezy RNA komplementarnych do jednego z pasm DNA sklonowanego w wektorze do transkrypcji in vitro, z udziałem silnego promotora. Syntetyzowane RNA może być znakowane np. radioaktywnie Komercyjnie dostępne RNA polimerazy: T7 (fag E. coli) rozpoznaje promotor TAATACGACTCACTATAGGG T3 (fag E. coli) rozpoznaje promotor AATTAACCCTCACTAAAGGG SP6 (fag Salmonella typhimurium) rozpoznaje protmotor AATTTAGGTGACACTATAGAA Wiele wektorów przeznaczonych do klonowania DNA ma wbudowane promotory dla różnych polimeraz RNA w sąsiedztwie miejsca wielokrotnego klonowania (MCS). To pozwala na syntezę RNA w sensownej i antysensownej orientacji ze sklonowanej wstawki

2. System transkrypcji faga T7 jest używany do ekspresji sklonowanych genów w bakteriach (UWAGA!!! Polimeraza RNA T7 jest tutaj wykorzystywana in vivo) Do bakterii z wbudowanym do chromosomu genem dla T7 polimerazy RNA (pod indukcyjnym promotorem lac) wprowadza się badany gen (sklonowany na wektorze plazmidowym) pod promotorem faga T7. Indukcja systemu następuje po dodaniu IPTG

DNazy i RNazy Nukleazy (inne niż ER) Dzielą się na endo- i egzonukleazy. Ich specyficzność substratowa zależy wyłącznie od stężenia enzymu im większe stężenie tym niższa specyficzność. Dnazy 1. DNaza I - endonukleaza, tnie dsdna i ssdna preferencyjnie w sąsiedztwie C lub T tworząc 5 -fosforylowane di-, tri-, i tetranukleotydy. Nie trawi RNA Zastosowanie: 1. Usuwanie DNA z preparatów RNA; 2. Analiza interakcji DNA-białko (tzw. footprinting); 3. Nadtrawianie DNA w reakcji przesunięcia przerwy RNazy 1. Rybonukleaza A endorybonukleaza, trawi ssrna w 3 końcu reszty pirymidynowej Degraduje RNA do 3 ufosforylowanych mono- i oligonukleotydów Zastosowanie rybonukleaz: 1. Usuwanie kontaminacji RNA w preparatach plazmidowego DNA