Budowa DNA.
Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) stanowi nośnik informacji genetycznej organizmów, przekazywany (dziedziczony) z pokolenia na pokolenie. Cząsteczka DNA jest podwójną spiralą (dwie nici polinukleotydowe skręcone wokół siebie). Podstawową jednostką, monomerem budującym DNA są nukleotydy (połączone ze sobą wiązaniami), złożone z następujących elementów:
zasady azotowej (jednej z czterech rodzajów: adeniny i guaniny - pochodnych puryny oraz cytozyny i tyminy - pochodnych pirymidyny);
cukru pentozy, a dokładnie deoksyrybozy;
reszty kwasu fosforowego (fosforanu).
Nukleotydy - organiczne związki chemiczne z grupy estrów fosforanowych, są to estry nukleozydów i kwasu ortofosforowego(V) (5'-fosforany nukleozydów), podstawowe składniki strukturalne kwasów nukleinowych (DNA i RNA).
1. Podaj definicje genomu.
Jest to kompletny zestaw instrukcji dotyczących szczegółów budowy i funkcjonowania organizmu. Zestaw ten znajduje się w jądrze komórkowym.
2. Budowa DNA
Kwas dezoksyrybonukleinowy, czyli DNA. Cząsteczka DNA przypomina wyglądem drabinkę. To są dwie oplatające się wokół siebie nici. Poszczególne nici DNA zbudowane są z pojedynczych elementów o nazwie nukleotydy. Każdy nukleotyd składa się z cukru, zasady organicznej i reszty kwasu fosforowego. Zasada jest taka, że adenina zawsze występuje w parze z taniną a guanina z cytozyna.
3. Co to są nukleotydy
Nukleotydy są podstawowymi cegiełkami, z których są zbudowane kwasy nukleinowe DNA i RNA. Każdy nukleotyd składa się cząsteczki, pięciowęglowego cukru połączonej z zasadą azotową i z jedną, dwoma lub trzema grupami fosforanowymi
4. Sposób kopiowania DNA.
Kopiowanie znane jest jako replikowanie (replikacja). Zjawisko to występuje w trakcie każdego podziału komórkowego. Do prawidłowego kopiowania DNA są koniecznie potrzebne enzymy.Opis powstania replikacji:
- dwie nici podwójne helisy w pewnym miejscu rozplataja się i dochodzi do zerwania par zasad komplementacyjnych.
- w pobliżu rozplatających się nici znajdują się wolne nukleotydy i do każdej rozplecionej nici dołączono części wolnego nukleotydu.
- powstaje nowe połaczenie trwale dwóch nici.
5. Co to jest zmienność genetyczna.
- neutralna zmienność genetyczna może być zarówno wewnątrz żywego organizmu jak i w jego cechach zewnętrznych.
Do naturalnej zmienności należy:
- podatność na choroby, pamięć, kolor włosów i oczu
- odporność na stres, wrażliwość na barwy i zapach.
Zmienność genetyczna wywołana czynnikiem zew. I powodująca zmiany DNA to mutacje które mogą być pozytywne albo negatywne.
6. Zastosowanie inżynierii genetycznej.
Genetykę wykorzystuje się w wielu aspektach np. w medycynie, hodowli zwierząt, rolnictwie i wielu innych dziedzinach. Możliwości takie istnieją dzięki jednej z gałęzi genetyki- inżynierii genetycznej. Dziedzina ta zajmuje się rekombinacją kwasu dezoksyrybonukleinowego, czyli np. wymienianiem fragmentów DNA na inne jego fragmenty. Znaleziono nawet sposoby pozwalające szybko namnożyć geny lub ich fragmenty. Dzięki takim manipulacjom możliwa jest ekspresja pożądanych cech u danego organizmu, wcześniej nie występujących w tym gatunku. Przykładem może być wprowadzenie do komórki pałeczki okrężnicy genu warunkującego wytwarzanie insuliny w hodowli bakteryjnej. Wytwarzany w ten sposób hormon jest pełnowartościowy i zastępuje w pełni insulinę produkowaną z trzustek zwierzęcych.
Jednak proces ten jest bardzo skomplikowany i aby obcy fragment DNA wprowadzony do komórek poprawnie się w nich replikował i utrzymywał, naukowcy stosują tzw. wektory genetyczne, w których znajduje się zmodyfikowany już fragment DNA, dostarczany przez nie do komórek. Wektorem jest najczęściej wirus albo liposom. Obecnie stosowane wektory nie są na tyle wydajne, aby można je było rutynowo stosować w leczeniu: tylko niewielka część liposomów wprowadzonych do krwi trafia do komórek docelowych, a wirusy są podejrzewane o działanie rakotwórcze.
Mimo wielkich trudności techniczno-laboratoryjnych inżynieria genetyczna stanowi ogromny postęp zwłaszcza w produkcji różnych materiałów biologicznych, w tym także leków. Przykładem jest wytworzenie szczepionki przeciw wirusowi HBV powodującemu ostre zapalenie wątroby typu B.
7. Wpływ ewolucji na różnorodność biologiczną.
Ligaza DNA - enzym (EC 6.5.1.1) łączący wolne końce cząsteczek DNA. Łączenie DNA następuje poprzez wytworzenie wiązania fosfodiestrowego pomiędzy końcem hydroksylowym 3` a końcem fosforowym 5` w reakcji zależnej od adenozynotrójfosforanu (ATP) - w przypadku ligazy bakteriofagowej oraz eukariotycznej, bądź w reakcji zależnej od NAD+, w przypadku ligazy bakteryjnej. Reakcja katalizowana przez ligazę nazywa się ligacja.
Przykład działania ligazy (łączenie fragmentów DNA z lepkimi końcami):
5'-AGTCTGATCTGACT-3' 5'-pGATGCGTATGCTAGTGCT-3'
3'-TCAGACTAGACTGACTACGp-5' 3'-CATACGATCACGA-5'
powstaje
5'-AGTCTGATCTGACTGATGCGTATGCTAGTGCT-3'
3'-TCAGACTAGACTGACTACGCATACGATCACGA-5'
podczas replikacji DNA na pewnym etapie nowa nić DNA składa się z oddzielnych fragmentów, tzw. fragmentów Okazaki. Za ich połączenie odpowiada ligaza
uszkodzenia DNA w komórce doprowadzające do przerwania nici naprawia m.in. ligaza
ligaza jest także jednym z kluczowych enzymów używanych w biologii molekularnej i inżynierii genetycznej
Ligaza - enzym łączący ze sobą dwa końce nici polinukleotydowych.
Lepkie końce - komplementarne, jednoniciowe odcinki na końcach dwuniciowych cząsteczek DNA, zwykle powstałe przez przecięcie enzymami restrykcyjnymi.
Plazmid - pozachromosomowa,kolista cząsteczka DNA,samodzielnie ulegająca replikacji.
Polimeraza DNA-enzym syntetyzujący nić polinukleotydową z dezoksyrybonukleotydów na matrycy DNA
Polimeraza RNA - anzym syntetyzujący nić polinukleotydową z rybonukleotydów na matrycy DNA.
Wektor - plazmid lub wirus,za pomocą którego można wprowadzić do komórki obcy DNA,tak aby uległ on replikacji.
3 rodzaje KODONÓW: 1. kodujące aminokwasy 2. inicjujący(rozpoczyna syntezę białka AUG) 3. nonsensowne=terminacyjne ŕkończą biosyntezę łańcucha polipeptydowego UAG, UGA, UAA.
Cechy kodu genet. - jest trójkowy(3 nukleotydy kodują aminokwas) - bezprzecinkowy (brak nukleotydów, które stanowiłyby przerwę pomiędzy kodonami) - jest niezachodzący (kodony nie nachodzą na siebie) - kolinearny (kolejność trójek kodujących DNA odpowiada kolejności ułożenia aminokwasów w łańcuchu polipeptydowych) - jednoznaczny(dana trójka nukleotydów koduje tylko jeden rodzaj aminokwasów) - zdegenerowany(=wieloznaczny=niejednoznaczny jeden aminokwas może być kodowany przez większą liczbę różnych kodonów ŕ wynika to z nadmiaru kodu trójkowego 43=64 ŕprodukują 20 aminokwasów, ponieważ 61ŕ koduje, 3ŕ niekodujące(nonsensowne) –uniwersalny(trójki i zasady kodony są identyczne, takie same u wszystkich orgranizmów)
4 rodzaje DNA: adeninowe, tyminowe, cytozynowe, guaninowe
RNA: -syntetyzowany jest w jądrze na matrycy, DNA - działa w cytoplaźmie - transportują przez błony jądrowe do: cytoplazmy( stanowią biosyntezę do podziału białek).
Rodzaje RNA:
a) rRNA=rybosomalny RNA ŕ wchodzi w skład rybosomów, tworzy ich szkielet, które służą jako materialne podłoże dla mRNA,
b) mRNA=matrycowe zawiera inf. o sekwencji aminokwasów w białku i przenosi z jądra do cytoplazmy - powstaje w jądrze kom. na matrycy DNA genów według reguły komplementarności tzn. układ zasad w cząsteczce mRNA jest komplementarny do ukł. zasad w łańcuchu DNA ŕ cytoplazmaŕrybosomy. GEN: odcinek DNA kodujący inf. o jednym białku (1 łańcuch polipeptydowy) liczba mRNA = liczbie białek,
c) tRNA=transportujący RNA ŕ transportuje aminokwasy na rybosomy do miejsc syntezy białek, które również znajdują się w cytoplaźmie. Liczba taka sama co liczba kodujących kodonów(61) - dla każdego kodonu istnieje jeden tRNA - jest tyle tRNA w aminokwasach ile wyznacza ich kodonów ACU,ACC,AGC,ACG ŕ 4 tRNA(aminokwasy) czyli 4 tRNA.
Starter – krótkie do 10 nukleotydów odcinki RNA
Sondy DNA - są to wyznakowane (fluoroscencyjnie lub izotopowo) fragmenty DNA,
które rozpoznają i wiąŜą się z tylko ściśle specyficznymi odcinkami badanego DNA.
Istota wiązania jest odnalezienie jednoniciowego DNA o sekwencji komplementarne
do sondy.