Zarys biologii molekularnej genu Replikacja DNA

Podobne dokumenty
Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

Biologia molekularna genu - replikacja

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu

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

Zarys biologii molekularnej genu. Replikacja i stabilność genomu

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

Podstawowe strategie i narzędzia genetyki molekularnej

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza, naprawa DNA

REPLIKACJA, NAPRAWA i REKOMBINACJA DNA

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Podstawy genetyki III. Biologia molekularna genu, replikacja, mutageneza

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

Prokariota i Eukariota

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

Podstawy genetyki molekularnej

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

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

Wykład 14 Biosynteza białek

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

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

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

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

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Podstawy biologii. Podstawy biologii molekularnej

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

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

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

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

Geny i działania na nich

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

Biologiczne podstawy ewolucji. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Numer pytania Numer pytania

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

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

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

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Dr hab. Anna Bębenek Warszawa,

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

Podstawowe metody i podejścia badawcze genetyki. Genomika funkcjonalna, biologia systemów, biologia syntetyczna

Kwasy nukleinowe. Replikacja

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Ekspresja informacji genetycznej

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

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

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

Podstawy genetyki. Dziedziczenie wieloczynnikowe na przykładzie człowieka. Asocjacje.

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Składniki diety a stabilność struktury DNA

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

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

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

PCR - ang. polymerase chain reaction

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

Translacja i proteom komórki

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

Inżynieria Genetyczna ćw. 3

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

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

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

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

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

DNA musi współdziałać z białkami!

Mutageneza i naprawa DNA Rekombinacja

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

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

Metody odczytu kolejności nukleotydów - sekwencjonowania DNA

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych

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

Korelacje pomiędzy ekspresją genów kodujących enzymy cyklu Krebsa a kontrolą replikacji DNA w komórkach ludzkich

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

PROGRAM NAUCZANIA rok III Wydział Lekarski, semestr letni GENETYKA MOLEKULARNA

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

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Regulacja Ekspresji Genów

PCR - ang. polymerase chain reaction

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

Monika Maciąg-Dorszyńska

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

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

PCR łańcuchowa reakcja polimerazy

Wykład 5. Remodeling chromatyny

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

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...

INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

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

KLONOWANIE DNA REKOMBINACJA DNA WEKTORY

S YL AB US MODUŁ U ( PRZEDMIOTU) I nforma c j e ogólne

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

Sylabus Biologia molekularna

PCR - ang. polymerase chain reaction

Transkrypt:

1 Zarys biologii molekularnej genu Replikacja DNA

Pionierskie doświadczenia Griffiths Bakterie zawerają czynnik transformujący, zdolny do przekazania informacji z żywych bakterii do martwych Avery, McLeod, McCarthy Czynnikiem transformującym jest DNA 2

Materia genetyczny Materiałem genetycznym są kwasy nukleinowe Materiałem genetycznym organizmów komórkowych jest kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) 3

Budowa DNA DNA zbudowany jest z nukleotydów podwójna helisa DNA 4

Zasada komplementarności pozwala na replikację DNA 5 Na podstawie sekwencji jednej nici można jednoznacznie odtworzyć sekwencję nici komplementarnej 5 GATGTACTGATGACATA3 3 CTACATGACTACTGTAT5 5 GATGTACTGATGACATA3 3 CTACATGACTACTGTAT5

Centralna hipoteza ( dogmat ) DNA RNA BIAŁKO 6

Model semikonserwatywny replikacji 7

Inne modele replikacji Rozproszony Semikonserwatywny Konserwatywny 8

Doświadczenie Meselsona i Stahla 9

Doświadczenie Meselsona i Stahla 10

Etapy replikacji Inicjacja Elongacja Terminacja 11

Inicjacja Rozplecenie (topnienie) podwójnej helisy DNA 12 Inicjacja replikacji u bakterii

Inicjacja u Eukaryota 13

Elongacja 14

Replikacja ma ego genomu kolistego pętla D 15

Replikacja ma ego genomu kolistego rolling circle 16

Problem topologiczny Replikacja DNA postępując będzie generować naprężenia (superskręty) W DNA liniowym praktycznie nierozwiązywalne ze względu na upakowanie w komórce W DNA kolistym absolutnie nierozwiązywalne ze względu na brak wolnych końców 17

Problem topologiczny - topoizomerazy 18 Topoizomeraza typu I wprowadza nacięcie w jednej z nici, przesuwa drugą nić przez przerwę i łączy końce Topoizomerazy typu II nacinają obie nici

Synteza DNA - polimeraza Synteza DNA (i RNA też) zawsze zachodzi przez dołączanie nowych nukleotydów do grupy OH na końcu 3 syntetyzowanej cząsteczki Substratem są trójfosforany nukleotydów, enzymem polimeraza (zależna od DNA polimeraza DNA) Polimeraza DNA potrafi dobudowywać nukleotydy do istniejącego łańcucha, nie potrafi rozpocząć syntezy 19

Startery 20

Prymaza U Eukaryota: kompleks pol α: podjednostki prymazy i polimerazy DNA Prymaza (polimeraza RNA zależna od DNA) syntetyzuje starter (RNA) dla polimerazy DNA, która go wydłuża. 21

Aktywności polimeraz DNA Synteza DNA Egzonukleaza 3-5 korekcja błędów 22 Egzonukleaza 5-3 naprawa uszkodzeń, usuwanie starterów

Problem nici nieciąg ej Na nici nieciągłej trzeba co pewien odcinek ponawiać syntezę startera fragmenty Okazaki 23

Maszyneria replikacyjna 24

Maszyneria replikacyjna Topoizomeraza - usuwa naprężenia Helikaza (DnaB) - rozdziela nici SSB stabilizuje jednoniciowy DNA Prymaza syntetyzuje startery Polimeraza (-y) Ligaza skleja fragmenty 25

Wide ki replikacyjne - topologia 26

Polimerazy bakteryjne PolIII (PolC) główny enzym replikacyjny, ma aktywność Exo 3-5 (korekta błędów), synteza do 1000 nt/s PolIII nie ma aktywności Exo5-3 PolI (PolA) ma dodatkowo aktywność Exo 5-3, usuwa startery i dokańcza syntezę, do 20 nt/s Ligaza łączy zsyntetyzowane fragmenty (nie jest polimerazą) 27

Polimerazy bakteryjne c.d. PolII (PolB) naprawa uszkodzonego DNA w fazie stacjonarnej PolIV i polv synteza DNA w fazie stacjonarnej (poliv) i przy znacznych uszkodzeniach genomu (polv) 28

Mutacje w polimerazach E. coli PolI i polii mutacje nie są letalne, zwiększona wrażliwość na czynniki mutagenne (np. UV) PolIII (i niektóre poli) mutacje letalne, badana przez mutanty warunkowe (np. termowrażliwe) 29

Mutanty warunkowe polimeraz Mutanty natychmiastowego zatrzymania (quick stop) po przeniesieniu do temperatury restrykcyjnej replikacja natychmiast się zatrzymuje (poliii, prymaza, helikaza, topoizomeraza, SSB) Mutanty powolnego zatrzymania (slow stop) dokańczają rundę replikacji, lecz nie są w stanie rozpocząć następnej (poli, ligaza, białka inicjacji replikacji DnaA, DnaC) 30

Polimerazy Eukaryota Pol α prymaza, wydłuża startery Pol β naprawa DNA Pol δ główny enzym replikacyjny Pol ε replikacja, kontrola cyklu kom., naprawa DNA Pol γ replikacja DNA w mitochondriach Polimerazy eukariotyczne nie mają aktywności Exo 5-3, startery RNA usuwają nukleazy FEN1, RnazaH i inne białka 31

Mutacje polimeraz eukariotycznych U drożdży (przykłady) POL1 (pol α) letalny, ts POL2 (pol ε) letalny, ts CDC2 (pol δ) letalny POL4 (pol β) zwiększona częstość rekombinacji i wrażliwość na mutageny MIP1 (pol γ) utrata funkcji mitochondrialnej, utrata mtdna U człowieka POLG (pol γ) mutacje powodują dziedziczoną autosomalnie chorobę mitochondrialną PEO -postępująca zewnętrzna oftalmoplegia (porażenie mięśni gałki ocznej) związana z uszkodzeniami mtdna opadanie powiek, niezdolność do poruszania gałkami oczu, ogólne osłabienie mięśni, zaburzenia neurologiczne, 32

Problem zakończenia replikacji DNA liniowego Na końcu cząsteczki nie ma skąd zacząc nowego fragmentu Okazaki na nici opóźnionej Cząsteczka potomna będzie skrócona 33

Telomery i telomeraza Końce chromosomów posiadają serię powtórzonych fragmentów telomerów Telomeraza może wydłużać telomery wykorzystując fragment RNA Skracanie telomerów ogranicza liczbę podziałów niektórych komórek Aktywacja telomerazy związana jest z unieśmiertelnianiem komórek nowotworowych 34

Telomery Końce chromosomów Sekwencje powtórzone (TTAGGG) Skracają się przy każdym podziale komórki W niektórych komórkach mogą jednak być odtwarzane Aubert & Lansdorp, Physiol Rev vol 88 35

Kompleks chroniący końce chromosomów Shelterin (ang. shelter = schronienie) Pozbawienie telomerów białek indukuje odpowiedź naprawy uszkodzeń DNA 36 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Telomery a starzenie Komórki somatyczne mają ograniczoną liczbę możliwych podziałów granica Hayflicka Komórki linii płciowej dzielą się bez orgraniczeń Granica Hayflicka związana jest ze skracaniem się telomerów Aktywacja telomerazy wystarcza do unieśmiertelnienia i umożliwienia nieograniczonych podziałów Limitująca jest ekspresja białkowej podjednostki telomerazy (htert), składnik RNA wyrażany konstytutywnie 37

Los komórki, która utraci a telomery Aktywacja szlaków odpowiedzi na uszkodzenia DNA Sygnał uszkodzeń genomowych zastopowanie cyklu komórkowego (tzw. kryzys replikacyjny) Ograniczenie zdolności podziałowej jest ważnym mechanizmem ochronnym Zapobieganie nowotworom Utrzymywanie zróżnicowania klonalnego populacji komórek macierzystych 38

Telomery a odpowiedź na uszkodzenia DNA 39 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Telomery a nowotwory W komórkach z defektywnym szlakiem odpowiedzi na uskzodzenia DNA (np. defekty p53) komórki ze skróconymi (lub uszkodzonymi) telomerami wciąż się dzielą Efektem są rearanżacje chromosomów (fuzje, translokacje) Prowadzi to do transformacji nowotworowej W komórkach nowotworowych ponowna aktywacja telomerazy 40 Denchi, DNA Repair 8 (2009) 1118 1126

Dwa oblicza telomerów Telomery chronią przed uszkodzeniami DNA i zaburzeniami chromosomów, które mogą prowadzić do nowotworzenia, ale... Aktywność telomerazy unieśmiertelnia komórki (aktywna w 90% nowotworów) 41

Telomery a starzenie U drożdży defekt telomerazy ustanie podziałów po kilku pokoleniach U roślin, bezkręgowców i myszy podobnie (defekt po kilku pokoleniach) U człowieka nawet częściowa utrata telomerazy (heterozygota) powoduje poważne defekty: niedokrwistość defekty układu odpornościowego zwłóknienie płuc Związek z wydłużeniem życia? 42 Aubert & Lansdorp, Physiol Rev vol 88

Co nam może dać telomeraza Wieczna młodość?? Leki przeciwnowotworowe?? 43

Wieczna m odość? Starzenie się komórek somatycznych, nie dzielących się (np. układ nerwowy) nie zależy od telomerów Telomery odgrywają rolę w starzeniu się komórek macierzystych i komórek układu odpornościowego Skracenie telomerów jest jednak ważnym mechanizmem przeciwnowotworowym Z drugiej strony dostarcza silnej selekcji na komórki z defektami naprawy DNA, niestabilność chromosomów Systemy podtrzymujące stabilność DNA komórek somatycznych nie są lepsze, niż jest to absolutnie niezbędne ( disposable soma ) 44

Naiwnych nie sieją... 45

Magiczna moc telomerazy c.d. 46

Terapie przeciwnowotworowe Telomeraza jest aktywna w >90% nowotworów Inhibitory telomerazy chemiczne (kompleksy platyny: cisplatyna, karboplatyna, Ptquin8) sirna przeciwciała (szczepienia) 47

48