BIOLOGIA - WYKŁAD I - podstawy genomiki

genomika

• dyscyplina genetykia

• charakterystyka genomu i struktyry

• strukturalna

• funkcjonalna - badanie ekspresji genów

STRUKTURA DNA

• biopolimer deoksyrybonukleotydów

nukleotyd

• ester fosforanowy nukleozydu

• nukleozyd

• zasada azotowa (C≡G, A=T)

• cukier 5-węglowy

• DNA - β-D-2-deoksyryboza

• RNA - β-D-ryboza

• wiązanie - β-N-glikozydowe

• wiązanie fosfodiestrowe

• między nukleotydami

• grupa 5'-fosforanowa + grupa 3'-hydroksylowa

REPLIKACJA DNA

Faza S

• podwojenie DNA

• polimerazy

• syntetyzowana przez polimerazę RNA, prymazę

• rodzaje α, β, γ, δ, ε

• α i δ - replikują chromosomy jądrowe

• β i ε - naprawa DNA

• γ - replikuje DNA mitochondrialny

• polimeraza α

• nić opóźniona

• tworzy startery

• brak aktywności egzonukleazy 3'5' - brak korekty nici opóźnionej, potrzebne białko pomoc.

• polimeraza δ

• nić wiodąca

• 3'5' aktywność egzonukleazy - korekta na nici wiodącej

• polimeraza I

• łączenie kolejnych deoksyrybonukleotydów

• aktywność polimeryzacyjna 5' 3'

• aktywność edytorska - egzonukleolityczna 3'5'

• naprawa błędów - wierność procesu replikacji - błąd 1 na 10⁸ zasad

• aktywność egzonukleolityczna 5'3'

• usuwanie starterów RNA

• uzupełnianie luk DNA

• wymaga:

• startera z wolną grupą 3'-OH

• αNTPs

• jonów Mg ²⁺

• matrycy

• polimeraza II i III

• katalizują reakcję polimeryzacji DNA 5'3'

• egzonukleazy 3'5'

• brak aktywności egzonukleolitycznej 5'3'

• polimeraza II uzupełnia właściwości naprawcze polimerazy I

origin

• 200-300 par zasad

• inicjacja replikacji

• zawiera replikony

• replikon

• odcinek DNA z własnym miejscem inicjacji

• replikowany jako samodzielna jednostka

• bakteria - 1

• Eucaryota - wiele

replikacja semikonserwatywna

• 1 nić nowa, 1 nić stara

• nić wiodąca

• cząsteczka syntetyzowana w sposób ciągły wraz z otwieraniem się widełek replikacyjnych

• nić opóźniona

• druga cząsteczka, powstaje skokowo

• synteza fragmentów Okazaki

• niezbędny starter (wydłużany przez polimerazę DNA III)

• spajane ligazą

oczko replikacyjne

• miejsce gdzie dwuniciowa helisa jest rozplatana

• od niego przemieszczają się widełki replikacyjne

białka pomocniczne

• helikaza DNA

• rozplata helisę przed replikacją

• białka SSB - single-stranded-DNA binding protein

• zapobiegają zlepianiu się ponownie rozplecionych nici

• topoizomeraza I

• nacina i ponownie łączy nici DNA

• znosi napięcia

TERMINACJA REPLIKACJI

• miejsce terminacji

• topoizomeraza II

• rozdziela dwie cząsteczki potomne

replikacja u Eucaryota

• semikonserwatywna

• ruch widełek 10x wolniejszy

• miejsca inicjacji co 3-300 par zasad

• wiele replikonów

• jednostka replikacyjna

• 20-80 replikonów

REPLIKACJA TELOMERÓW

• koniec 3' jest dłuższy

• telomeraza

• dołącza dodatkowe nici matrycy

• zawiera cząsteczkę RNA komplementarnego do 6-nukleotydowych powtórzeń na końcach

• starter przy 3' - synteza DNA 5'3'

• uzupełnia nić opóźnioną

• naprawa DNA

• aktywność zmniejsza się z wiekiem

STRUKTURA RNA

• tymina uracyl

• cukier - ryboza

• jednoniciowe odcinki

• zawierają komplementarne struktury - typu spinki do włosów (tRNA, rRNA)

SYNTEZA RNA

• inicjacja

• elongacja

• terminacja

POLIMERAZA RNA

• rozpoznaje miejsca promotorowe

• sekwencja 5' - TATAAT - 3' - ramka Pribnowa - region 10

• sekwencja 5' - TTGACA - 3' - region 35 (liczba = oddalony o tyle od miejsca transkrypcji)

• brak startera

• przebieg procesu 5'3' - orientacja nici powstającej - transkrybowana jest nić niekodująca, antysensowna 3'5'

• przejściowa, hybrydowa helisa RNA-DNA

• DNA jest rozplatany bąblem transkrypcyjnym

TERMINACJA TRANSKRYPCJI

• sygnał terminacji

• palindromowa sekwencja np. AAATAA (N) TTTATT - dąży do parowania wewnątrzcząsteczkowego

• niekiedy brak spinki terminacyjnej - potrzebne białko rho

Procaryota

• pierwotny transkrypt - gotowy mRNA

• dojrzewanie tRNA, rRNA

Eucaryota

• polimeraza I (jąderko)

• transkrybuje geny podjednostek rybosomowych

• polimeraza II (nukleoplazma)

• geny kodujące białka i większość snRNA

• polimeraza III (nukleoplazma)

• geny tRNA (5SrRNA, mRNA, 7SRNA)

• zbudowane z 12 podjednostek

• inicjacją syntezy RNA kieruje 1 miejsce promotorowe

• niekodująca - antysensowna 3'5'

transkrypcja eukariotycznych genów kodujących białka

• miejsce promotorowe

• kaseta TATA (region 25 - podobne do regionu 10 Procaryota)

• element inicjatorowy

• niezbędne białka

• ogólne czynniki transkrypcyjne TF II

• elongacja

• terminacja

• pierwotny transkrypt

• heterogenne jądrowe RNA

• duża

• niestabilna

• wymagająca dojrzewania cząsteczka

• dojrzewanie

• modyfikacja końca 5'

• dodanie czapeczki 7-metyloguanozyny (inicjuje translację)

• modyfikacja końca 3'

• poliadenylacja

• polimeraza poli-A dodaje ogon poli-A - ok. 250 reszt adenylowych (zwiększa wydajność transkrypcji)

• transport poza jądro

• składanie (splicing) RNA

• usunięcie intronów, połączenie egzonów

• spliceosom

• kompleks małych jądrowych RNA z białkami

• zbliżenie egzonów, złączenie ich

• katalizuje reakcje transestryfikacji

• alternatywny splicing

• białka regulatorowe uaktywniają lub blokują miejsca splicingowe

• pozwala na syntezę różnych białek z tego samego transkryptu pierwotnego z jednego genu

• redagowanie RNA

• dodanie lub usunięcie pojedynczych nukleotydów

• inny polipeptyd niż kodowany przez dany gen

• nie jest to powszechne zjawisko

• heterogenne jądrowe kompleksy rybonukleoproteinowe - transportowane do cytoplazmy

TRANSLACJA

• wymaga

• matrycy mRNA

• rybosomów

• tRNA do transportu aminokwasów

• aminokwasów

• energii

rybosom

• metoda ultrawirowania - współczynnik sedymentacji

• Procaryota

• rybosom 70S

• duża podjednostka 50S

• 23S rRNA

• 5S rRNA

• mała podjednostka 30S

• 16S rRNA

• 21 białek

• Eucaryota

• rybosom 80S

• duża podjednostka 60S

• 28 S rRNA

• 5S rRNA

• 5,8S rRNA

• ~69 białek

• mała podjednostka 40S

• 18S rRNA

• ~33 białka

KODON

• 3 nukleotydy mRNA warunkujące włączenie jednego aminokwasu, zatrzymanie syntezy (STOP)

ANTYKODON

• 3 nukleotydy tRNA komplementarne do kodonu

• odczytywanie nukleotydów 5'3'

tRNA

• liść koniczyny

• ramiona

• D - z pętlą dihydrouracylową

• antykodonowe - z pętlą antykodonową

• TψC - rybotymidynowe

• dodatkowe

• aminoacylo-tRNA

• połączone z aminokwasem

• rozpoznaje właściwy kodon

mała podjednostka rybosomu

• miejsce A

• aminoacylo-tRNA

• miejsce P

• wiązanie peptydylo-tRNA

• miejsce E

• wiązanie wolnego tRNA

etapy translacji

• inicjacja

• elongacja

• terminacja

• aminokwas - N-formylometionina

kodon START - kodon AUG dla metioniny