background image

BLOK Ia 

 

Monika Zakrzewska 

Katedra i Zakład Genetyki Medycznej Akademii Medycznej w Poznaniu 

 

PROJEKT POZNANIA GENOMU CZŁOWIEKA 

 

Cele programu: 

-  skonstruowanie  szczegółowych  map  fizycznych  i  genetycznych  całego  genomu 

człowieka, 

-  zlokalizowanie wszystkich genów w obr bie genomu człowieka, 

-  wypracowanie metod przechowywania i udost pniania uzyskanych danych; ulepszenie 

metod sekwencjonowania, 

-  uzyskanie wiedzy na temat skutków społecznych, ideologicznych i etycznych nowych 

technologii genetycznych. 

 

15 luty 2001 – odczytanie genomu ludzkiego 

2003  r.  –  podsumowanie  działalno ci  programu,  ogłoszenie  kompletnych  sekwencji 

genomu 

 

Genom człowieka -budowa 

Genom - całkowity DNA komórki lub organizmu, obejmuj cy zarówno wszystkie geny, jak i 

odcinki mi dzygenowe.  

Genom zawiera około 20 000 – 25 000 genów, ale odcinki koduj ce stanowi  ok. 1% całego 

genomu. 

Około  30%  stanowi   sekwencje  ulegaj ce  transkrypcji  oraz  sekwencje  zwi zane  z  genami. 

Pozostała cz

 genomu to sekwencje powtarzaj ce si  oraz sekwencje unikatowe. 

 

Geny  i  sekwencje  zwi zane  z  genami  to:  eksony,  introny,  pseudogeny, 

fragmenty genów, sekwencje regulatorowe, sekwencje pocz tkowe i ko cowe 

genów. 

Pozagenowy  DNA  to:  sekwencje  unikatowe,  sekwencje  powtórzone 

(repetytywne). 

 

Typy sekwencji powtórzonych: 

 

1) Sekwencje powtórzone rozproszone  

 

2) Sekwencje powtórzone tandemowe (zwarte)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

TT

CC

 

C

G

T

AA

T

GG

T

 A

TT

CC 

C

A

G

 

C

A

G

 

C

A

G

 

C

A

G

 

background image

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ródło: Przykłady analiz DNA (pod redakcj   

Ryszarda  Słomskiego),  Wydawnictwo  AR  w 

Poznaniu, Pozna  2004;  zmodyfikowano

 

 

 

 

20-25tys. genów 

background image

BUDOWA FIZYCZNA GENOMU 

 

Genom j drowy: 

-  zbudowany z ponad 3 Gp (3 miliardy zasad) 

-  zło ony z 24 ró nych dwuniciowych liniowych cz steczek DNA – chromosomów 

-  zakres wielko ci cz steczek (chromosomów) od 55 Mbp do 250 Mbp 

-  w ród chromosomów wyró niamy autosomy i heterosomy 

 

Genom mitochondrialny: 

-  zbudowany z około 16 569 zasad (du o mniejszy ni  genom j drowy) 

-  kolista dwuniciowa cz steczka DNA 

-  wyst puje w mitochondrium w kilku kopiach (4-10 czasteczek) 

-  obecny we wszystkich mitochondriach 

-  nie zawiera intronów 

-  zawiera:  

13 genów koduj cych białka zwi zane z fosforylacj  oksydacyjn  

22 geny koduj ce tRNA 

2 geny koduj ce rRNA 

 

GEN 

To  okre lony  ci g  nukleotydów  w  ła cuchu  DNA,  który  za  po rednictwem  RNA 

koduje pojedynczy ła cuch polipeptydowy lub cz steczk  RNA np. rRNA 

W  skład  wielu  białek  wchodzi  wi cej  ni   jeden  polipeptyd,  st d  białka  mog   by  

kodowane przez wi cej ni  jeden gen 

Geny  człowieka  s   nieci głe  –  odcinki  koduj ce  (eksony)  s   poprzedzielane 

odcinkami niekoduj cymi (intronami) 

 

DNA – KWAS DEZOKSYRYBONUKLEINOWY 

Cz steczka  DNA  jest  biopolimerem,  zbudowanym  z  dwóch  przeciwrównoległych 

ła cuchów, zwini tych wokół wspólnej osi 

Podstawowym elementem DNA jest nukleotyd zbudowany z: cukru – deoksyrybozy, 

reszty fosforanowej i jednej z czterech zasad (adeniny, guaniny, cytozyny, tyminy) 

background image

Ła cuchy fosforanowe poł czone z deoksyryboz  uło one s  na zewn trz, natomiast 

rodek helisy tworz  odpowiednio dopasowane pary zasad (komplementarnie) 

Zasady poł czone s  wi zaniami wodorowymi w pary A-T (dwa wi zania wodorowe) 

i G-C (trzy wi zania wodorowe) 

Zasady wyst puj ce w DNA to: 

Zasady purynowe: adenina (A) i guanina (G) 

Zasady pirymidynowe: tymina (T) i cytozyna (C) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jednostk  długo ci DNA jest „para zasad” – pz (ang. bp) 

1000 pz = 1 kpz 

1 000 000 pz = 1 Mpz 

 

 

 

RNA – KWAS RYBONUKLEINOWY 

Cz steczka jednoniciowa (mo e tworzy  lokalnie struktury dwuniciowe)

 

Mo e przyjmowa  ró ne konformacje przestrzenne

 

Zasady  wyst puj ce  w  RNA  s   takie  same,  jak  w  DNA  z  jednym  wyj tkiem  -  

zamiast tyminy wyst puje uracyl

 

Cz steczka cukru wchodz c  w skład RNA to ryboza

 

Trzy  podstawowe  typy  RNA  :  mRNA  (informacyjne),  tRNA  (transportuj ce)  i 

rRNA (RNA zwi zane z rybosomami)

 

A

T

GG

T

C

GG

C

A

T

G

 

T

A

CC

A

G

CC

G

T

A

C

background image

 

REPLIKACJA 

Replikacja  to  proces  słu cy  podwojeniu  materiału  genetycznego  przed  ka dym 

podziałem komórkowym. 

Podczas replikacji dwuniciowa helisa rozplata si  i ka da pojedyncza ni  słu y jako 

matryca do komplementarnej nici potomnej. 

Poprawno  odtwarzanych ła cuchów zapewnia komplementarno  zasad AT i GC. 

Replikacja  rozpoczyna  si   od  jednego  miejsca  inicjacji  i  post puje,  a   do  miejsca 

terminacji.  Chromosomy  człowieka  zawieraj   wiele  miejsc  startu  replikacji,  a 

zreplikowane fragmenty ł cz  si  pó niej ze sob . 

Replikacja u człowieka jest semikonserwatywna, poniewa  cz steczka potomna składa 

si  zarówno z nici matrycowej , jak i nowo utworzonej. 

SYNTEZA BIAŁEK 

Proces prowadz cy do wytworzenia funkcjonalnych cz steczek białek, zachodz cy we 

wszystkich  ywych komórkach (z wyj tkiem erytrocytów, które nie posiadaj  j der).

 

Proces syntezy przebiega w dwóch etapach: transkrypcji i translacji, rozdzielonych w 

przestrzeni – transkrypcja zachodzi w j drze, translacja w cytoplazmie.

 

Transkrypcja jest syntez  jednoniciowego RNA na matrycy DNA, katalizowana przez 

polimeraz  RNA i wymagaj ca obecno ci prekursorowych rybonukleotydów. Jedna z 

nici  helisy  DNA  słu y  jako  matryca  do  utworzenia  informacyjnej  cz steczki  kwasu 

rybonuklieonowego – mRNA (messenger RNA).

 

mRNA  utworzone  po  transkrypcji  –  pre-mRNA  -  zawiera  oprócz  odcinków 

koduj cych (eksonów) równie  niekoduj ce (introny), które musz  zosta  usuni te w 

procesie składania genów tzw. splicingu RNA. W ko cowym etapie składania genów 

zmianom  ul gaj   tak e  oba  ko ce  transkryptu.  Do  ko ca  5’  zostaje  doł czona  tzw. 

czapeczka  (7-metyloguanozyna),  a  do  ko ca  3’  „ogon”  zło ony  z  poli(A). 

Modyfikacja ko ców decyduje o stabilno ci i trwało ci transkryptu.

 

Po  wyci ciu  intronów  dojrzałe  mRNA  mo e  zosta   przetransportowane  do 

cytoplazmy, gdzie odbywa si  proces translacji. 

W  procesie  translacji  bior   udział  cz steczki  tRNA  i  rybosomy.  Cz steczki  tRNA 

umo liwiaj   rozszyfrowanie  kodu  zawartego  w  strukturze  mRNA  oraz  dostarczaj  

odpowiednie  aminokwasy.  Tworzenie  ła cucha  polipeptydowego  odbywa  si   na 

rybosomie. 

Proces translacji rozpoczyna si  od odczytania kodonu AUG i przył czenia metioniny. 

W trakcie odczytywania kolejnych kodonów tRNA dostarczaj  aminokwasy jeden po 

drugim  zgodnie  z  odczytywan   informacj   na  mRNA.  W  ten  sposób  powstaje 

wydłu aj cy  si   polipeptyd.  Sygnałem  ko cz cym  translacj   jest  sekwencja  zasad 

zawieraj ca kodon typu stop (nonsens) – UUA, UAG, UGA. 

 

 

 

 

background image

 

KOD GENETYCZNY 

Jest  to  zasada  okre laj ca  sposób  zapisywania  informacji  o  strukturze  białek  w  postaci 

kolejno uszeregowanych nukleotydów na podstawie której mo liwe jest odtworzenie ła cucha 

polipeptydowego. Kod genetyczny jest: 

Trójkowy  –  ka demu  aminokwasowi  odpowiada  przynajmniej  jeden  zbiór  trzech 

kolejno wyst puj cych po sobie nukleotydów tzw. kodon 

Zdegenerowany  –  niektóre  aminokwasy  s   zakodowane  przez  kilka  ró nych  trójek 

nukleotydowych 

Bezprzecinkowy – ka dy nukleotyd wchodzi w skład tylko jednego kodonu 

Uniwersalny – ma zastosowanie do wszystkich organizmów (z małymi wyj tkami) 

Trzy kodony nie odpowiadaj   adnym aminokwasom, s  to tzw. kodony stop – UAA, 

UAG, UGA 

CHROMOSOMY 

S  zbudowane z DNA i białek, głównie histonowych (H2A, H2B, H3, H4). 

Kompleks  kwasów  nukleinowych  i  białek  jest  nazywany  chromatyn   –  jest  ona 

widoczna w j drze interfazowym jako struktura o ró nym stopniu kondensacji. 

Chromatyna  o  wysokim  stopniu  kondensacji  to  heterochromatyna;  euchromatyna  to 

chromatyna mniej skondensowana. 

Chromosomy  jako  indywidualne  struktury  s   widoczne  tylko  podczas  podziału 

komórkowego – chromatyna silnie skondensowana. 

Podstawow  jednostk  strukturaln  chromosomu jest nukleosom. Jest on zbudowany z 

oktamerowego rdzenia histonowego i oplataj cej go 2 i 1/2 raza helisy DNA. 

Nukleosomy ł cza si  ze sob  w struktur  przypominaj ca sznur korali, a nast pnie w 

wyniku skr cania i pofałdowania tworz  tzw. solenoid – włókno chromatynowe. 

W  ko cowym  etapie  kondensacji,  liczne  wyp tlenia  i  pofałdowania  tworz  

chromosom  metafazowy  (10  000  razy  bardziej  skondensowany  ni   chromatyna 

interfazowa). 

Chromosomy  metafazowe  s   zbudowane  z  dwóch  identycznych  (siostrzanych) 

chromatyd. 

Centromer (tzw. przew enie pierwotne) dzieli chromosom na dwa ramiona: krótkie 

„p” i długie „q”. 

Ze  wzgl du  na  poło enie  centromeru  chromosomy  mo emy  podzieli   na: 

metacentryczne, submetacentryczne, akrocentryczne i telocentryczne (nie wyst puj  u 

człowieka). 

Ko cowe odcinki chromosomów nazywamy telomerami. 

Na  krótkich  ramionach  chromosmów  akrocentrycznych  wyst puj   grudki 

chromatynowe zwane satelitami. 

Numeracja  chromosomów  od  1  do  22  odpowiada  zmniejszaj cej  si   wielko ci 

cz steczek DNA.