Wyklady 2006.pdf

Wykład I

• Podstawowa cegiełka budowy DNA to nukleotyd.

• Nukleozyd = cukier + zasada.

• Nukleotydy łączą się ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym 3' jednego końca i 5' drugiego.

• Zasady azotowe są komplementarne w każdym genomie począwszy od wirusów, (które nie są

żywymi organizmami).

• Adenina z tyminą- podwójne wiązanie wodorowe.

• Cytozyna z guanina- potrójne wiązanie wodorowe.

• Cząsteczka DNA jest zbudowana z równoległych przeciwstawnych łańcuchów.

• Formy B-DNA (prawoskrętne) są w przyrodzie najliczniejsze.

• DNA tworzy genom, który występuje u wszystkich organizmów żywych oraz wirusów.

• Wirusy się namnażają a nie rozmnażają.

• Nukleoproteid- tym jest wirus, cała budowa wirusa to DNA,RNA i białko.

• Wirusy wykorzystują do reprodukcji wszystkie składniki komórki, w której się znajdują.

Struktura rzędowa DNA:

• α-heliks- długość jednego skrętu wynosi 3,4 nm a średnica 2 nm, na jeden skręt helisy przypada 10

nukleotydów, odległości pomiędzy jednym a drugim nukleotydem w DNA wynosi 0.34 nm. Jest to I-

rzędowa struktura DNA.

• Wiązania wodorowe i hydrofobowe tworzą II- rzędową strukturę DNA.

• III- rzędowa struktura DNA to ułożenie α-heliksu w przestrzeni.

• IV- rzędowa struktura DNA to wzajemne oddziaływania poszczególnych cząsteczek DNA mających

już strukturę I, II, III- rzędową.

Replikacja:

• To wieloetapowy enzymatyczny proces syntezy nowego łańcucha DNA na matrycy starego.

• Synteza nowego łańcucha odbywa się zawsze w kierunku 5'→ 3'.

• Proces ten jest niezwykle szybki i precyzyjny.

• U Prokaryota ok. 30000 nukleotydów/ min.

• U Eukaryota ok 3000 nukleotydów/ min.

• Przeciętnie 1 błąd na ok milion nukleotydów.

• W fazie G1 mamy 2C DNA, faza G1 To faza bardzo intensywnych procesów biochemicznych,

fizjologicznych, transkrypcja i translacja odbywają się prawie nieprzerwanie, powstaje wtedy

największa liczba białek. Trwa 6-12h.

• Po fazie G1 następuje faza S i tu odbywa się replikacja DNA. Trwa 6-8h. W pierwotnym etapie fazy

S jest replikowana euchromatyna (chromatyna aktywna genetycznie - na jej bazie transkrybowane są

białka). Pod koniec fazy S następuje replikacja nieaktywnej genetycznie (nie ulegającej transkrypcji)

skondensowanej heterochromatyny, występującej tylko w sekwencjach intronowych. Na końcu fazy

S odbywa się replikacja Y.

• Po replikacji, pod koniec fazy S mamy 4C DNA.

• Faza G2 - procesy transkrypcji i translacji odbywają się dużo wolniej, ponieważ komórka

przygotowuje się do podziału.

• Inicjacja replikacji rozpoczyna się od rozpoznania miejsca inicjacji przez wysoko wyspecjalizowane

białko, w miejscu ORI (origin).

• W bakteryjnym i wirusowym DNA jest jedno miejsce ORI, u Eucaryota jest ich wiele.

• Region DNA ulegający replikacji, zawierający 1 miejsce ORI nazywamy replikonem.

• W miejscach ORI znajdują się specyficzne sekwencje nukleotydów, aby mogły być rozpoznane

przez odpowiedni zestaw białek – prymosom, pozwalający na rozpoczęcie inicjacji replikacji.

http://wojsk-lek.org/

• DNA:

• U E.coli prymosom ori składa się z:

- białka pri ABC

- kompleks DNA B i C

- prymaza

- starter

- helikaza

- białko SS

• W skład replisomu wchodzi:

- DNA

- helikazy

- prymosom

- polimeraza DNA

- topoizomeraza

- ligazy

• Inicjacja replikacji rozpoczyna się od rozkręcenia podwójnej helisy, dokonują tego helikazy DNA

rozcinając wiązania wodorowe kosztem energii z ATP- widełki replikacyjne.

• Ponownemu skręceniu pojedynczych nici DNA zapobiega białko SSB, które łącząc się z DNA

tworzy tzw płaszcz.

• Widełki mogła się poruszać z wyznaczoną prędkością obrotu DNA wokół własnej osi, dzięki

enzymom zwanym topoizomerazami.

• Istnieją dwa typy topoizomeraz;

• Topoizomeraza I- katalizuje przejściowe rozerwanie pojedynczej nici w helisie DNA.

• Topoizomeraza II- katalizuje przejściowe rozerwanie podwójnej nici w helisie DNA.

• Enzymami syntetyzującymi nową nić DNA na matrycy nici macierzystej nazywamy polimerazy

DNA.

• Polimerazy nie mogą rozpoczynać syntezy nowego łańcucha, wymagają one starterów- primerów.

• Startery to krótkie ok 10 nukleotydów, odcinki RNA z wolną grupą -OH na końcu 3'

• Syntezę starterów lokalizuje polimeraza.

Polimerazy DNA:

• u Procaryota – polimeraz I, II, III.

• Polimeraza I katalizuje syntezę DNA tworząc wiązanie fosfodiestrowe.

• Polimerazy to enzymy typu egzonukleaz – czuwają nad prawidłowością procesu, potrafią zadziałać

w przeciwnym kierunku 3'→ 5' aby wyciąć błąd, a potem dalej działać jak polimeraza. Ma zdolność

wycinania starterów DNA.

• Egzonukleazy wycinają głównie dimery pirymidynowe.

• Polimeraza DNA II- ma właściwości takie jak egzonukleazy.

• Polimeraza DNA III- ma większą aktywność replikacyjną niż polimeraza I.

• U Eucaryota mamy 5 typów polimeraz.(α, β, ε, γ, δ, γ- mitochondrialna)

• α- synteza starterów , nie wykazuje aktywności 3'→ 5' (nie ma zdolności egzonukleaz), przyjmuje

się, że bierze udział tylko w inicjacji.

• ε,β- uczestniczą w naprawie DNA, rola β nie jest do końca poznana

• ε- uczestniczy także w syntezie DNA

Terminacja replikacji:

• W każdym replikonie są sekwencje Ter, które są rozpoznawane przez białko tus, które zatrzymuje

poruszające się widełki replikacyjne.

• U Eucaryota w każdym chromosomie jest wiele replikonów, nie posiadają one sekwencji

terminalnych, replikacja kończy się tam, gdy spotykają się widełki replikacyjne dwóch sąsiednich

replikonów..

http://wojsk-lek.org/

Wykład II

• Białka pełnią kierowniczą rolę w komórce.

• Ekspresja genetyczna- przekazanie zapisu informacji genetycznej na białko, ulegają jej tylko te

części DNA, na matrycy których powstają wszystkie cząsteczki RNA i wszystkie białka.

O ile u bakterii i sinic transkrypcja i translacja obejmuje cały genom o tyle o człowieka ekspresji

genetycznej ulega tylko 20% genomu. Reszta zapisu informacji genetycznej jest nie tknięta.

O tym czy dany fragment DNA uległ ekspresji wiemy na podstawie powstałego białka i jego

wykryciu.

• Kod genetyczny - zapis informacji genetycznej w DNA, ciąg tripletów w DNA.

• Cechy kodu genetycznego

• Kodon - trójka nukleotydów w mRNA, powstaje na matrycy tripletu w procesie transkrypcji

• Mamy 20 aminokwasów podstawowych- syntetyzowanych ze związków nieorganicznych w

komórkach roślinnych.

• Ile tripletów potrzeba aby zakodować 20 aminokwasów- wystarczyło by 20 ale mamy 4³ = 64; w

tym 61 to kodony sensowne- kodujące aminokwasy, 3 to kodony nonsensowne, tzw kodony stopu,

nie kodują one żadnego aminokwasu, na nich kończy się translacja. Z 20 aminokwasów tylko 2

metionina i tryptofan kodowane są przez 1 kodon, pozostałe aminokwasy koduje więcej niż jeden

kodon.

• Gen - odcinek DNA, na matrycy którego w procesie transkrypcji powstaje cząsteczka mRNA

kodująca jedno białko.

• Genom - zbiór wszystkich genów danego organizmu.

• U Eukaryota są 3 polimerazy RNA :

- polimeraza I (A) – występuje w jąderku i transkrybuje rDNA na rRNA. (na etapie interfazy

jąderko ukształtowane jest z rDNA). W komórce, najwięcej jest rRNA, potem tRNA a na końcu

mRNA. Największe zapotrzebowanie jest na polimerazę I.

- polimeraza II (B) - występuje w jądrze komórkowym, syntetyzuje prekursory mRNA

(pre mRNA)

- polimeraza III (C) - występuje w jądrze i syntetyzuje pre tRNA

• Są jeszcze polimerazy mitochondrialna i plastydowa.

• Najlepiej poznane są geny u bakterii, u Prokaryota geny zlokalizowane są w tzw operony, czyli

zbiór sąsiadujących ze sobą nukleotydów stanowiących jeden lub więcej genów, na których

syntetyzowana jest pojedyncza cząsteczka mRNA.

• Najlepiej poznany jest operon laktozowy.

• Białko represorowe- ma powinowactwo do laktozy, jeśli wejdzie ona do cytoplazmy to represor

łączy się z nią- powstaje kompleks represor-laktoza, polimeraz transkrybuje RNA, odcinek

promotora zostaje wycięty przez restryktazę, a dalsza część idzie do rybosomu, powstaje

galaktozydaza, B- permeaza, C- transacetylaza.

Gdy nie dodamy do środowiska laktozy, to białko represorowe będące w cytoplazmie komórki ma

powinowactwo do operonu i tworzy się blok represor- operon, który blokuje transkrypcję.

Polimeraza nie jest w stanie rozpoznać promotora, (jest on zablokowany przez kompleks represor –

operon) przyłączyć się i transkrybować, w wyniku czego nie powstają powyższe 3 enzymy.

• U Eukaryota nie wykryto do tej pory operonów. Geny u Eukaryota nie mają już budowy ciągłej, w

skład wchodzą egzony i introny. Gdy powstają pierwsze kompleksy transkrypcyjne pre RNA muszą

podlegać obróbce.

http://wojsk-lek.org/

1) Uniwersalny - dana trójka nukleotydów koduje ten sam aminokwas u wszystkich organizmów

żywych.

2) Trójkowy - dany aminokwas kodowany jest przez 3 nukleotydy- triplet.

3) Bezprzecinkowy .

4) Niezachodzący- ani pojedynczo ani podwójnie

5) Wieloznaczny- zdegenerowany

• U Prokaryota w każdym genie jest odcinek promotorowy, od którego zaczyna się transkrypcja.

Permutacje i mutacje.

• Mutacje dzieli się na spontaniczne i indukowane.

• Są one utrwalane i przekazywane z pokolenia na pokolenie, są to zmiany w DNA mające inną niż

wyjściowa sekwencja nukleotydów.

• Spontaniczne np u bakterii E.coli, występuje 1 błąd na 1 milion wbudowanych zasad podczas

replikacji.Najczęściej błędy popełniane są podczas replikacji DNA bądź samorzutnych mutacji

chemicznych zasad azotowych.

• Mogą być ciche jeśli występują w niekodującym lub nieregulatorowym regionie DNA lub w 3

zasadzie kodonu.

• Mutacja missensowna (zmieniająca sens) zmiana w genie prowadzi do zmiany aminokwasu w

produkcie białkowym.

• Mutacja nonsensowna - powoduje powstanie nowych kodonów stop, i powoduje skrócenie

produktów białkowych.

• Mutacje przesuwające ramkę odczytu w genach - insercje (wprowadzenie) lub delecje (utrata)

jednej lub kilku zasad, mogą powodować, że powstające w procesie translacji białko będzie miało

zmienioną sekwencję aminokwasów po końcowej stronie od miejsca mutacji.

• Gen dziki na drodze mutacji wstecznej staje się genem zmutowanym

• Gen zmutowany na drodze mutacji postępowej staje się genem dzikim.

• Mutacje wsteczne mogą zajść we wszystkich typach mutacji punktowych i spowodowanych

tranzycją, transwersją, delecją lub insercją.

• Mutagenem nazywa się każdy czynnik fizyczny, chemiczny, biologiczny podnoszący częstość

mutacji ponad poziom mutacji spontanicznych.

• Pomiędzy mutacjami spontanicznymi a indukowanymi nie ma różnic jakościowych ale są różnice

ilościowe.

Czynniki mutagenne:

1) Promieniowanie (czynnik fizyczny) – promieniowanie X, γ, kosmiczne, promieniowanie

niejonizujące UV.

2) Czynniki chemiczne :

- analogi zasad purynowych i pirymidynowych np. 6-merkaptopuryna, bromouracyl.

- interkalatory- barwniki akrylowe np akrydyna.

- związki alkilujące np etylonitrozomocznik

- węglowodory pierścieniowe np benzen, piren

- reaktywne związki tlenu np rodnik hydroksylowy (·OH)

- związki reagujące z purynami i pirymidynami np kwas azotowy (V)

3) Czynniki biologiczne - np wirusy RNA, DNA, u człowieka HPV wywołuje nowotwory.

Podział mutacji:

1) Mutacje genowe (w tym punktowe)

- delecja – utrata par zasad

- insercja – dodanie par zasad

Mutacje punktowe:

- tranzycja- zamiana jednej zasady purynowej na drugą (np A na G), lub zamiana zasady

pirymidynowej na drugą zasadę pirymidynową (np T na C),

http://wojsk-lek.org/

- transwersja -zamiana jednej zasady purynowej na pirymidynową lub na odwrót (np A na C, G

na T)

2) Mutacje chromosomowe :

Aberracje chromosomowe powstają w komórkach somatycznych lub w gametach. Mogą być

dziedziczone od rodziców lub powstawać de novo. Aberracje chromosomowe dotyczą jednej

chromatydy, jednego chromosomu metafazowego, powstają w fazie S lub G2 cyklu

komórkowego. Ten typ aberracji powstaje głównie w wyniku czynników mutagennych.

· Aberracje liczbowe:

Aneuploidia- zestaw chromosomów, w którym ich liczba nie stanowi prostej wielokrotności

liczny haploidalnej np 47;XXY, 47;XX+21. Aneuploidia powstaje w wyniku nieprawidłowego

rozdzielenia się chromosomów homologicznych (nondysjunkcja) lub chromatyd siostrzanych

chromosomów w czasie podziału komórkowego,w mejozie najczęściej w I podziale.

Nondysjunkcja - może powstać w czasie mejozy lub w czasie podziałów mitotycznych zygoty.

Zachodzi częściej w oogenezie niż spermatogenezie. W wyniku nondysjunkcji mejotycznej

powstają nieprawidłowe gamety disomiczne lub nullosomiczne.

Nondysjunkcja mitotyczna prowadzi do powstania mozaikowości chromosomowej. Prowadzi do

powstania dwóch linii komórkowych 45;X/47;XXX.

· Aberracje strukturalne :

- inwersje

- translokacje zrównoważone i niezrównoważone

- delecje terminalne, interstycjalne

- duplikacje

- chromosomy pierścieniowate, dicentryczne

- izochromosomy

3) Mutacje genomowe :

Poliploidalne komórki, w których liczba chromosomów stanowi wielokrotności liczby

haploidalnej większej niż 2n (np 69;XXY triploidia, 92;XXXX tetraploidia). Triploidia u

człowieka powstaje najczęściej w wyniku zapłodnienia oocytu przez 2 plemniki (dispermia).

Poliplodia jest w zasadzie u człowieka cechą letalną.

Mutageniczny efekt promieniowania jonizującego:

Szczególnie wrażliwe są komórki szybko dzielące się np komórki szpiku kostnego, nabłonka

przewodu pokarmowego, plemnikotwórczego. Pod wpływem promieniowania jonizującego w

wyniku hydrolizy wody powstają H2O2 , rodnik hydroksylowy ·OH.

Skutki: uszkodzenie wiązań fosfodiestrowych w helisie DNA, modyfikacja zasad azotowych. Dochodzi do

pęknięć w łańcuchu DNA. To prowadzi do do powstawania aberracji strukturalnych chromosomów.

Mutageniczny efekt promieniowania UV:

Promieniowanie UV (260nm) prowadzi do powstania fotodimerów pirymidynowych np

dimerów tymidynowych, cytozynowych lub dimerów tyminy z cytozyną. Dimery

pirymidynowe zatrzymują w procesie replikacji wyłączanie nukleotydów przez polimerazę

DNA, do nowo zsyntetyzowanego łańcucha DNA.

u bakterii E.coli.

1) Aktywacja przez enzymy fotolizy.

Fotoliza, pod wpływem światła widzialnego (900-600nm) z udziałem zredukowanego dinukleotydu

flawonoadeninowego (FADH2), rozłącza dimery na monomery.

2) Naprawa przez wycinanie.

Zaangażowane są 4 białka enzymatyczne tworzące układ reperacyjny zwany endonukleaza UV.

echanizmy procesów naprawczych poznanych

http://wojsk-lek.org/

Regeneracja uszkodzeń wywołanych przez promienie UV - m

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: