DNA, Medycyna, Biologia medyczna, 1) Genetyka 1 i komórka


REPLIKACJA DNA

Replikacja DNA polega na syntezie dwóch kompletnych dwuniciowych helis z jednej wyjściowej, przy czym obydwie nowe helisy mają sekwencję nukleotydową identyczną z helisą wyjściową. Ponieważ każdy łańcuch macieżystej cząsteczki DNA służy jako matryca do syntezy jednego nowego łańcucha,każda z potomnych dwuniciowych helis DNA zawiera jeden łańcuch stary (wyjściowy) oraz jeden nowy. Z tego względu replikacja DNA jest semikonserwatywna.

RÓŻNICE pomiędzy przebiegiem u PROKARIOTA i EUKARIOTA

PROKARIOTA

EUKARIOTA

Replikon w genomie wirusów i bakterii jest tylko jeden.

Występuje bardzo wiele replikonów od 50 - 100 tys.

Replikacja zaczyna się od układu beta lub sigma.

Forma replikacji ma postać pętli.

Szybkość : 600 nukleotydów na 1 sek.

Szybkość u człowieka: 100 nukleotydów n 1 sek. (dlatego, że nić DNA nawinięta na histony musi zostać odwinięta z dysku histonowego).

Fragmenty Okazaki od 1000 do 2000 nukleotydów.

Fragmenty Okazaki od 100 do 200 nukleotydów.

Jest jedno miejsce inicjacji i replikacji i tworzy się jeden kompleks inicjujący.

Tworzy się wiele widełek inicjujących, a więc wiele miejsc i kompletów inicjacyjnych.

Fragmenty Okazaki są to oddzielne odcinki DNA syntetyzowane na nici opóźnionej, z których tworzony jest kowalencyjny łańcuch ciągły DNA pod działaniem trzech enzymów. Enzymy te szybko usuwają starter RNA i zastępują go odcinkiem DNA a następnie łączą kowalencyjnie kolejne fragmenty DNA. Startery DNA usuwa nukleaza, w miejsce usuniętego RNA naprawcza polimeraza DNA wprowadza deoksyrybonukleotydy, a enzym ligaza DNA łączy fosforan na końcu 5` jednego fragmentu DNA z 3`-hydroksylowym końcem fragmentu następnego. Prymaza może inicjować syntezę łańcuchów polinukleotydowych, ale nie może sprawdzić wyników swojej pracy. W rezultacie startery zawierają dużo pomyłek. Ponieważ jednak starterami są odcinki RNA, a nie DNA, są one automatycznie usuwane jako podejrzane kopie i zastępowane przez DNA. Krótki odcinek DNA, zastępujący starter RNA, jest wstawiany przez naprawczą polimerazę DNA wyposażoną w mechanizm redagowania, podobnie jak polimerazy replikacyjne. W ten sposób komórkowy aparat replikacyjny może rozpoczynać syntezę nowych łańcuchów DNA i równocześnie zapewnić wierne powielanie całego DNA.

CECHY REPLIKACJI

TRANSKRYPCJA

a. inicjacja

b. elongacja

c. terminacja

RÓŻNICE W PRZEBIEGU U PROKARIOTA I EUKARIOTA

Prokariota

Eukariota

  • polimeraza RNA jest tylko jednego rodzaju

  • są 4 rodzaje polimerazy ( 3 są w jądrze i 1 w mitochondriach lub plastydach)

  • mRNA jest policystronowy, czyli posiada informację na translację wielu białek (jeden promotor dla kilku różnych genów struktury)

  • mRNA jest monocystronowy, a więc posiada wiadomości na jeden gen struktury

  • mRNA nie musi podlegać obróbce posttranslacyjnej

  • mRNA podlega obróbce posttranslacyjnej

  • nie ma intronów w mRNA

  • polimeraza RNA I jest w jąderku i katalizuje powstawanie wielocząsteczkowych rRNA (jest go najwięcej)

  • polimeraza RNA II jest w jądrze w nukleoplaźmie, katalizuje syntezę mRNA

  • polimeraza RNA III jest w jądrze i transkrybuje geny tRNA

  • polimeraza RNA IV występuje w plastydach bądź w mitochondriach, transkrybuje DNA tych mitochondrii

Inicjacja zaczyna się od promotora genu, z którym wiąże się polimeraza mRNA II. Promotor zwykle, ale nie zawsze zawiera elementy sekwencji DNA określane jako kaseta TATA - jest to miejsce przyłączenia polimerazy RNA.

Geny nie posiadające tej kasety mogą zawierać jakieś inne elementy inicjujące, ale mniej wydajna jest taka transkrypcja .Przed kasetą TATA w niektórych genach znajduje się sekwencja = kaseta CCAAAT i te dwie kasety tworzą starter do inicjacji transkrypcji.

TRANSKRYPCJA jest to przepisanie informacji z DNA na mRNA, zamiast tyminy pojawia się uracyl.

TERMINALIZACJA TRANSKRYPCJI następuje w jakimś miejscu, za końcem sekwencji kodującej białko - ten proces nie jest jeszcze dobrze poznany.

Na koniec transkrypcji, w miejscu 3` następuje dysocjacja jakiegoś czynnika transkrypcyjnego, powoduje to odłączenie polimerazy RNA II od matrycy. Powsatały RNA określa się mianem pre-mRNA. Pre-mRNA dojrzewa, na końcu 5` tworzy się 7-metyloguanozyna a na końcu 3` dołącza się sekwencja poliA, czyli ogon kwasu poliadenylowego o długości od 50 do 250 nukleotydów. Te końce chronią mRNA przed degradacją egzonukleaz.

Heterogenny mRNA (niedojrzały) dojrzewa- proces ten polega na wycięciu intronów. Gdy są one już wycięte, dojrzały mRNA łączy się u eukariotów z białkiem tworząc informosom i to białko przenosi do cytoplazmy.

TRANSLACJA

Prokariota

Eukariota

  • satała sedymentacji rybosomów 70S,mała podjednostka 30S a duża 50S

  • stała sedymentacji rybosomów to 80S,mała podjednostka 40S a duża - 60S

  • mRNA koduje wiele białek

  • mRNA koduje jedno białko

  • brak informosomu

  • powstaje informosom

  • kodony startowe GUG lub AUG

  • starterem jest zawsze metionina AUG

  • kodony nonsensowne rozpoznawane są przez białka: RF1 rozpoznaje UAA (ochre) i UAG (amber), RF2 rozpoznaje UAA (ochre) i UGA (opal), RF3 stymuluje aktywność RF1 i RF2

  • jest tylko RF, który rozpoznaje wszystkie rodzaje kodonów nonsensownych

  • czynnik elongacyjny to TG

  • czynnikami elongacyjnymi są EF1 i EF2

Sama transkrypcja wymaga obecności:

Pierwszym aminokwasem powstającym w białku jest zawsze metionina. Na każdym rybosomie występują dwa miejsca wiązania tRNA (P i A). mRNA łączy się w cytoplaźmie z rybosomami tworząc polisom. W miejscu P dołącza się podczas inicjacji tRNA inicjatorowe, zaś w miejscu A przyłącza się aminoacylo tRNA. Miejsce rozpoznające tRNA znajduje się na powierzchni małej podjednostki rybosomu. Koło miejsc P i A znajduje się centrum enzymatyczne transferazy i miejsca warunkujące hudrolizę ATP i GTP. Rybosom rozpoznaje w mRNA metioninę i rozpoczyna się synteza łańcucha polipeptydowego. U prokariota jest formylowana forma tRNA a u eukariontów - aminoacylo-tRNA. Gdy zachodzi hydroliza ATP i GTP tworzy się cały rybosom i zaczyna się elongacja. tRNA dostarcza odpowiednie aminokwasy na antykodon.

TERMINACJA

MODYFIKACJA POSTTRANSLACYJNA dotyczy usuwania pojedynczych aminokwasów z końca polipeptydu:

CECH KODU GENETYCZNEGO

  1. jest trójkowy - 3 nukleotydy kodują jeden aminokwas

  1. jest zdegenerowany

  1. jest jednoznaczny

  1. jest nie nakładający się

  1. jest bezprzestankowy

  1. jest uniwersalny

STRUKTURA DNA

U prokariota DNA jest jednocząsteczkowe, masa cząsteczkowa wynosi ok. 2 mld Da, nie jest on połączony z białkami i stanowi ok. 1 % masy komórki. DNA komórki bakteryjnej jest kolisty i nie ma końca 3` ani 5`.Nie jest wrażliwy na działanie egzonukleaz, zaś może być trawiony przez endonukleazy. Poza komórką bakteryjną, u wirusów występuje DNA liniowy, a wewnątrz kolisty.

U eukariota DNA jest podzielony pomiędzy chromosomy i jest połączony z histonami - białkami zasadowymi.

Struktura II rzędowa DNA jest to struktura przestrzenna. W 1953r. Watson i Crick opracowali model struktury DNA. Na podstawie obrazów dyfrakcji promieni X uzyskanych przez Franklina i Wilkinsa wydedukowali, że DNA jest zbudowany z dwóch wzajemnie oplatających się nici, tworzących strukturę helikalną.

Odległość osiowa fragmentów spirali tworzy pełny obrót 3.4 nm. W skład jednego skoku wchodzi 10 par nukleotydowych. Udział jednej pary wynosi 0.34 nm. DNA niektórych bakteriofagów są jednoniciowe i nie wykazują cech charakterystycznych dla DNA dwuniciowego. Energia wiązań wodorowych wynosi ok. 1 kcal na 1 mol par zasad, wiązania te łatwo się rozrywają i odtwarzają. Ma to znaczenie w trakcie biosyntezy i replikacji DNA.

U prokariota DNA tworzy struktury superhelikalne ujemne, które są zwijane przeciwnie do ruchów wskazówek zegara. Gyraza to enzym odpowiadający za zwijanie DNA. Energia ATP jest zmagazynowana w energii sprężyny.

Eukarionty mają DNA połączone z licznymi białkami tworząc nukleoproteiny. Główne ich składniki to histony. Są one bogate w lizynę i argininę. Są to białka polikationowe. Histony są nośnikami silnych ładunków elektrostatycznych dodatnich, zaś kompleks nukleoproteinowy jest obojętny.

Histony dzielimy na 5 typów:

Najbardziej konserwatywne są H3 i H4.Histony mają w centrum domenę globularną i polarne końce z aminokwasami zasadowymi, które są głównym choć nie jedynym miejscem wiązania z DNA. Kompleksy nukleoproteinowe zawierają też białka niehistonowe.

Kompleksy nukleoproteinowe wykazują periodyczną strukturę, której powtarzalnym elementem jest nukleosom. Składa się on z grona białkowego owiniętego nicią DNA. Każde grono ma kształt krążka o średnicy 10 nm i wysokości 6 nm, zawierającego po dwie cząsteczki każdego z histonów H2a,H2b,H3 i H4.Tworzy się oktamer histonowy. W środku jest tetramer oraz po jednym dimerze po obydwu stronach krążka. Wokół krążka owija się 146 par zasad tworząc 1.75 obrotu. Poszczególne nukleosomy powiązane są DNA łącznikowym. Powstają w ten sposób włókna chromatyny przypominające sznur korali. Celem biologicznym takiej budowy jest możliwość upakowania jej w jądrze. Istnieje też wtórne pofałdowanie chromatynowych włókien - solenoid.

Solenoid jest stabilizowany przez szereg białek niehistonowych, na każdy obrót przypada 6 nukleosomów. W genomie eukariontów poszczególne geny są podzielone sekwencjami niekodującymi (intronami).Zarówno sekwencje kodujące jak i nie kodujące podlegają transkrypcji.

KWAS RYBONUKLEINOWY

Różni się składem chemicznym I strukturą przestrzenną od DNA.W RNA zamiast deoksyrybozy jest ryboza, a zamiast tyminy - uracyl. Kwas RNA nie tworzy struktury helikalnej. Występuje w postaci łańcuchów polinukleotydowych, które mogą tworzyć układy równoległe, gdyż tworzy się wiązanie wodorowe pomiędzy komplementarnymi zasadami.

rRNA jest elementem budowy rybosomów. Tworzy kompleks z białkami rybosomowymi. Ma strukturę jednoniciową i tworzy obszary równolegle połączone. Niektóre rRNA mają właściwości enzymatycznych nukleaz.

mRNA jest kwasem jednołańcuchowym. Powstaje w jądrze komórkowym, zaś swoją rolę pełni w cytoplaźmie. Cząsteczka mRNA składa się z 3 fragmentów różniących się składem nukleotydowym oraz funkcją biologiczną. Kwas ten przenosi informacje z jądra do cytoplazmy. W trakcie biosyntezy mRNA następuje przepisanie sekwencji nukleotydowej z DNA na mRNA. Dzieje się to na zasadzie komplementarności zasad. DNA służy za matrycę. Naprzeciwko adeniny DNA układa się uracyl, itd. mRNA przechodzi do cytoplazmy i przekazuje informacje o sekwencji DNA. Sekwencja nukleotydów w mRNA decyduje o sekwencji aminokwasów w białku. Nie wszystkie nukleotydy mRNA uczestniczą w kodowaniu aminokwasów, tylko centralny fragment mRNA. Fragment poprzedzający i fragment końcowy pełnią funkcje pomocnicze. W mRNA są 3 odcinki:

Sekwencja prowadząca rozpoczyna się od 7-metyloguanozyny.Do rybozy przyłączają się kolejno 3 reszty fosforanowe. Trzecia z nich łączy się z 2 nukleotydem - AMP. Jeżeli jedynym miejscem metylacji jest guanina, to początek sekwencji cap nazywa się kapem 0.

Sekwencja kodująca decyduje o kolejności aminokwasów w białku. Każdy aminokwas posiada swój kodon, niektóre aminokwasy mają kilka kodonów.

Ogon wokół rybosomów umożliwia zakotwiczenie mRNA w rybosomach.

tRNA ma niewielką masę cząsteczkową, zawiera 65 - 110 nukleotydów. Obfituje w nietypowe zasady, przyjmuje specyficzną strukturę przestrzenną - tzw. liść koniczyny. Na końcu 3` jest fragment trójnukleotydowy CCA z wolną grupą OH przy 3`.Na końcu 5` jest zawsze nukleotyd zawierający guaninę i koniec ten jest zawsze ufosforylowany. Są w niej fragmenty równoległe, które zawierają komplementarne zasady. Pętle zawierają nietypowe zasady nie podlegające regule komplementarności np. dimetyloadenina. tRNA transportuje aminokwasy na matrycę mRNA i odnajduje miejsce dla każdego aminokwasu, a dzieje się tak dlatego, że każdy tRNA w swoich pętlach ma trójkę komplementarną wobec kodonu mRNA - jest to antykodon. Wyróżnia się pętle:



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Genom, Medycyna, Biologia medyczna, 1) Genetyka 1 i komórka
Bloki enzymatyczne, Medycyna, Biologia medyczna, 3) Genetyka 2 i ekologia
Zanieczyszczenia powietrza, Medycyna, Biologia medyczna, 3) Genetyka 2 i ekologia
Ekologia, Medycyna, Biologia medyczna, 3) Genetyka 2 i ekologia
Kariotyp, Medycyna, Biologia medyczna, 3) Genetyka 2 i ekologia
choroby genetyczne tabelka, I rok, I rok, gieldy, pen, medycyna, 1 semestr, Biologia medyczna, Genet
Genetyka, Medycyna, Biologia medyczna, Wykłady
Prelekcja 10 - cz 1 - Mutacje genowe (punktowe) i polimorfizmy DNA, Medycyna, Biologia molekularna Ś
Toxoplazma gondii-sciagi, Medycyna, Biologia medyczna, Giełdy, Ściągi, Nowy folder
Parazyty - tabela, Medycyna, Biologia medyczna, 2) Parazytologia
Parazytologia 1, Medycyna, Biologia medyczna, 2) Parazytologia
egz biol, Medycyna, Biologia medyczna, Giełdy
Egzamin 2011, Medycyna, Biologia medyczna, Giełdy

więcej podobnych podstron