-
DNA składa się z czterech prostszych jednostek, zwanych nukleotydami, a każda z nich zbudowana jest z odpowiedniej zasady azotowej:
-
adeniny (A) - puryna
-
tyminy (T) - pirymidyna
-
guaniny (G) - puryna
-
cytozyny (C) - pirymidyna
połączonej z 5-węglowym cukrem - deoksyborozą (C5H10O4) - oraz resztą kwasu fosforowego (P).
-
Nukleozyd = zasada azotowa + deoksyboroza.
-
Nukleoson - zawiera oktanier histonów.
-
Reguła Chargaffa (tylko do DNA dwuniciowego): A=T, C≡G, w ten sposób nici są komplementarne (wzajemnie się uzupełniające). Nici są antyrównoległe.
-
Przestrzenna dwuniciowa cząsteczka DNA nosi nazwę podwójnej helisy.
-
Długość 1 DNA to około 5 cm. Łączna długość u człowieka ok. 176 cm. 1 cząsteczka DNA = 1 chromatyda.
-
Skracanie długości DNA polega na łączeniu się DNA z histonami (nawija się na nie):
-
budowa nukleosonowa,
-
solenoidy
-
domeny
-
chromatyna
-
W chromosomie cząsteczka DNA jest skrócona 11000 razy.
-
RNA jest jednoniciowe. Jego nici również zawierają cztery nukleotydy, ale odpowiednikiem tyminy (T) jest uracyl (U), połączone z 5-węglowym cukrem - rybozą (C5H10O5), oraz resztą kwasu fosforowego.
-
Rodzaje kwasów rybonukleinowych:
Rodzaj RNA
|
Nazwa
|
Miejsce syntezy
|
Rola
|
mRNA
|
matrycowe
|
jądro
|
zmienia informację genetyczną
|
HnRNA
|
heterogenne
|
jądro
|
produkt pośredni translacji
|
rRNA
|
rybosomalne
|
jąderko
|
buduje rybosomy
|
tRNA
|
transportujące
|
jądro
|
transportuje aminokwasy z cytoplazmy do rybosomów
| -
Funkcje histonów:
-
baza budulcowa
-
utrudniają dostęp enzymów do DNA
-
funkcja ochronna przed działaniem mutagennym
-
Hipotezy dotyczące przebiegu replikacji:
-
replikacja konserwatywna - do jednej cząsteczki DNA dobudowywana jest druga
-
replikacja semikonserwatywna - jedna cząsteczka DNA rozplata się i dobudowywane są dwie połówki
-
replikacja przypadkowa - jedna cząsteczka DNA rozpada się na fragmenty i do każdego fragmentu dobudowywany jest drugi
-
Replikacja DNA, czyli replikacja semikonserwatywna - jedna nić jest stara druga nowa:
-
przed replikacją następuje odłączenie białek histonowych od DNA
-
rozplecenie nici podwójnej helisy -> rozerwanie wiązań pomiędzy komplementarnymi zasadami przy udziale helikazy
-
do nici wiodącej przyłącza się primaza, tworzy krótki fragment kwasu RNA, do niego przyłącza się polimeraza DNA, która na nici wiodącej replikuje nową nić w sposób ciągły
-
na nici opóźnionej nowa nić DNA jest wytwarzana w postaci krótkich odcinków (tzw. fragmentów Okazaki)
-
na opóźnionej nici polimeraza DNA wycina primery (krótkie fragmenty kwasu RNA) i wydłuża fragmenty Okazaki
-
wydłużone fragmenty Okazaki są łączone w całość przy pomocy ligazy
-
tworzą się wiązania pomiędzy zasadami (nowa nić jest komplementarna do starej)
-
odtwarzanie struktury przestrzennej dwuniciowej helisy.
-
Przyczyny różnicy w przebiegu replikacji na nici wiodącej i opóźnionej:
-
cząsteczka DNA jest zbudowana z nici antyrównoległych
-
polimeraza DNA działa zawsze w jedną stronę (3’->5’ starej nici)
-
Czynniki niezbędne do replikacji:
-
nukleotydy
-
energia (ATP)
-
jony magnezu
-
enzymy
- primaza (polimeraza RNA) - rozpoczyna syntezę krótkich kwasów RNA
- polimeraza DNA - zgodnie z regułą komplementarności - przyłącza nukleotydy do starej nici; rozpoznaje błędy w replikacji i je naprawia; wycina fragmenty kwasu RNA i wydłuża fragmenty Okazaki
- helikaza - rozcina wiązania wodorowe między nićmi DNA
- ligaza - łączy fragmenty Okazaki
-
Ogólna budowa DNA taka sama w całym świecie ożywionym. Odmienne są liczba i wielkość DNA, miejsce występowania w komórce, sekwencja nukleotydów.
-
Świat dzielimy na organizmy:
-
prokariotyczne (bakterie - bez jądra komórkowego) - 1 kolista, nieoddzielona od reszty komórki, naga (nie połączona z białkami) cząsteczka DNA.
-
eukariotyczne (reszta - z jądrem) - od kilku do kilkudziesięciu DNA w jądrze komórkowym (w postaci cząsteczek liniowych), w mitochondriach (mitDNA) oraz w chloroplastach (chloDNA) - tylko u roślin i niektórych protestów - cząsteczki nagie, kuliste. Liczba DNA jest cechą gatunkową
-
Proces transkrypcji (przepisania informacji genetycznej) na kwas mRNA zachodzi w fazie G1 i G2 interfazy w jądrze komórkowym. mRNA jest roboczą kopią DNA.
-
Do transkrypcji niezbędne są:
-
rybonukleotydy
-
energia (ATP, GTP)
-
enzymy:
- helikaza
- polimeraza RNA
-
Przebieg transkrypcji:
-
przed rozpoczęciem transkrypcji, pod wpływem pewnych bodźców zostaje aktywowany gen
-
inicjacja:
- cząsteczka DNA musi ulec odłączeniu od histonów
- na pewnych odcinkach dochodzi do rozróżnienia struktury DNA - powstają widełki.
- do miejsca w DNA zwanego promotorem (ma on określoną sekwencję nukleotydów) przyłącza się polimeraza RNA
-
elongacja - wydłużanie łańcucha polinukleotydowego: do matrycy DNA zgodnie z regułą komplementarności przyłączane są kolejne rybonukleotydy
-
terminacja - zakończenie procesu transkrypcji: gdy polimeraza RNA dotrze do obszaru DNA określanego mianem terminatora
-
w komórkach eucariotycznych pierwotnym produktem transkrypcji jest tzw. heterogenny RNA (HnRNA). Jest to produkt przejściowy, który zawiera sekwencje zarówno kodujące (eksony/egzony) jak i geny niekodujące (introny)
-
introny zostają wycięte z HnRNA, eksony są łączone i powstaje mRNA
-
mRNA ulega obróbce posttranskrypcyjnej, w wyniku której do jednego końca cząsteczki przyłącza się tzw. sekwencja kapturkowa (CAP), a do drugiego poliA. Obydwie końcówki chronią kwas mRNA przed działaniem enzymów.
-
Transkrypcja w komórkach pro i eukariotycznych:
Komórka
|
Procaryota
|
Eucaryota
|
miejsce zachodzenia transkrypcji
|
cytoplazma
|
jądro komórkowe
|
produkt transkrypcji
|
gotowy do translacji
|
półprodukt HnRNA, który wymaga dalszej obróbki
|
mRNA
|
policistronowe (na 1 cząsteczce mRNA zapisana jest informacji o syntezie wielu białek)
|
monocistronowe (na 1 cząsteczce mRNA zapisana jest informacji tylko o jednym rodzaju białka)
| -
Kod genetyczny dotyczy rozmieszczenia i rodzajów aminokwasów i łańcuchów polipeptydowych
-
Białka - liniowe makrocząsteczki zbudowane z aminokwasów.
-
3 kolejne nukleotydy nazywamy:
-
triplet (w DNA)
-
kodon (w mRNA)
-
antykodon (w tRNA)
-
Cechy kodu:
-
4 literowy - A, G, C, T/U
-
trójkowy - 3 kolejne nukleotydy określają 1 aminokwas (np. ACG TAC AAC)
-
zdegenerowany - poszczególne aminokwasy kodowane są przez więcej niż 1 kodon
-
uniwersalny - we wszystkich organizmach taki sam
-
jednoznaczny - dana trójka koduje wyłącznie 1 aminokwas
-
bezprzecinkowy - między trójkami kodującymi nie ma żadnych dodatkowych elementów
-
nie zachodzący - trójki nie zachodzą na siebie
-
Jest 20 rodzajów tRNA - każdy dopasowany do odpowiedniego aminokwasu.
-
Podjednostki rybosomu łączą się pod wpływem jonów Mg(2+).
-
W komórkach eukariotycznych proces biosyntezy białka odbywa się na polisomach (układ 5-8 rybosomów połączonych w jedną cząsteczkę), czyli może powstać 5-8 cząsteczek identycznego kwasu.
-
W podjednostce mniejszej rybosomu są dwa specyficzne miejsca:
-
peptydowe (P)
-
aminokwasowe/aminoacylowe (A)
-
Translacja - biosynteza białek - ostatni etap ekspresji informacji genetycznej, w wyniku którego informacja genetyczna zapisana podczas transkrypcji w układzie nukleotydów RNA zostaje przełożona na sekwencję aminokwasów budujących syntetyzowane białka; zachodzi w fazie G1 i G2 interfazy.
-
Do translacji niezbędne są:
-
rybosomy w cytoplazmie
-
energia
-
aminokwasy
-
wszystkie rodzaje RNA
-
jony Mg(2+)
-
enzymy:
- syntetaza aminoacylowa - aktywuje tRNA i umożliwia jego połączenie z odpowiednimi aminokwasami
- GTP-aza (w rybosomie) - odpowiada za rozpad związków wysokoenergetycznych; uwolniona energia wykorzystywana do syntezy wiązań peptydowych
-
Przebieg translacji (od 5’ do 3’):
-
łączenie się aminokwasów z tRNA
-
do podjednostki mniejszej rybosomu przyłącza się kwas mRNA
-
inicjacja:
- do miejsca (P) przyłącza się Met-tRNA - (tRNA z metioniną - pierwszym aminokwasem)
- mRNA przesuwa się aż do napotkania nukleotydu AUG -> tam się przyłącza podjednostka większa rybosomu
- całość tworzy kompleks gotowy do elongacji
-
elongacja - wydłużenie łańcucha polipeptydowego, polegające na przyłączaniu kolejnych aminokwasów do metioniny tak długo, jak duga ma być cząsteczka:
- do miejsca (A) napływają kolejne cząsteczki tRNA z aminokwasami
- pomiędzy tRNA w miejscu (P) a aminokwasem a miejscu (A) tworzy się wiązanie peptydowe
- translokacja - przesunięcie się rybosomu wzdłuż mRNA o 1 kodon (czyli w miejscu (P) jest teraz poprzednia cząsteczka tRNA z aminokwasem, a miejsce (A) jest już wolne)
-
terminacja - czyli zakończenie procesu biosyntezy białka - kiedy w miejscu (A) znajdzie się jeden z 3 kodonów nonsensownych: UAA, UAG, UGA
-
odłączenie rybosomu i mRNA oraz odcięcie metioniny
-
Ewolucja pojęcia „genu”:
-
1 gen = 1 cecha – fałsz
-
1 gen = 1 białko – fałsz
-
1 gen = 1 łańcuch polipeptydowy – obecnie prawdziwe
-
Gen – obszar DNA, w którym zapisana jest informacja o sekwencji aminokwasów w 1 łańcuchu polipeptydowym.
-
Rodzaje genów:
-
struktury – kodujące białka
-
nie kodujące – np. introny; funkcje ochronne; materiał, który ulega przekształceniom w trakcie ewolucji (źródło nowych genów)
-
letalne – ich obecność powoduje śmierć
-
regulatory – wpływają na funkcjonowanie innych genów
-
modyfikatory – mogą zmienić aktywność innych genów
-
wędrujące/skaczące (transpozony) – są zdolne do replikacji i włączania ich nowych kopii w nowym położeniu w genomie gospodarza
-
Ekspresja genów – ich aktywność – ujawnia się w rodzaju wytworzonego białka:
-
u organizmów eukariotycznych – zmiany aktywności genów są wynikiem powstania różnicowania (specjalizacji)
-
u bakterii - zmiana aktywności genów jest wynikiem adaptacji; geny działają w zespołach zwanych operonami.
-
Mechanizm ekspresji genu na przykładzie operonu laktozowego u E. Coli:
-
gen regulator (GR) -> transkrypcja -> mRNA -> translacja -> białko represorowe
-
brak laktozy -> białko represorowe przyczepia się do genu operatora (O) -> brak transkrypcji i translacji na dalszym odcinku RNA
-
jest laktoza -> białko represorowe łączy się z laktozą (powstaje represor) -> geny struktury (X/Y/Z) -> transkrypcja -> mRNA -> translacja -> enzymy -> trawienie laktozy
-
Genom - zestaw wszystkich genów danego osobnika występujących w haploidalnym zestawie chromosomów (1n).
-
U człowieka jest 35 tysięcy genów.
-
Sekwencje powtarzające się w genomie człowieka:
-
rozproszone:
- SINE – powtórzenia o wielkości 100-500 par zasad
- LINE – długie powtórzenia – kilka lub więcej zasad
-
powtórzone (tandemowe) -> satelitarny DNA
-
Genotyp – zestaw genów danego osobnika (AA, Aa, aa).
-
Fenotyp – ogół cech organizmu.
-
Geny dominujące (A) – ujawniają się zawsze w fenotypie, niezależnie czy są w stanie homo- (AA) czy heterozygotycznym (Aa).
-
Geny recesywne (a) – ujawniają się tylko w stanie homozygotycznym (aa).
-
Czysta linia – pokolenie osobników homozygotycznych.
-
Heterozja – szczególna bujność mieszańców występujących tylko w pokoleniu F1.
-
Prawa Mendla:
-
I - prawo czystości gamet - „Z danej pary alleli warunkujących daną cechę do gamet przechodzi tylko po 1 z nich.”
-
II - prawo niezależnej segregacji alleli – „W przypadku dziedziczenia większej liczby genów w gametach powstają wszystkie kombinacje alleli, a w pokoleniu F2 uzyskujemy różne fenotypy w ściśle określonym stosunku liczbowym.”
-
Allel – wariant genu (A, a).
-
Dominacja niezupełna – kiedy jedna kopia genu nie wystarcza aby uwarunkować daną cechę.
-
Odstępstwa od praw Mendla:
-
geny zlokalizowane w tym samym chromosomie, czyli tzw. „geny sprzężone z płcią”
-
geny w mitochondrialnym lub chloroplastowym DNA (bo jest wiele kopii tego DNA w komórce i często są przekazywane są tylko przez komórkę jajową, a nie przez plemnik)
-
choroby związane z mutacjami dziedziczone tylko po matce
-
grupy krwi:
- A – I(A)I(A) lub I(A)i
- B – I(B)I(B) lub I(B)i
- AB – I(A)I(B)
- 0 – ii
-
hemofilia:
- X(H)X(H) – kobieta zdrowa
- X(H)X(h) – kobieta nosicielka
- X(h)X(h) – kobieta chora
- X(H)Y – mężczyzna zdrowy
- X(h)Y – mężczyzna chory
-
kolor skóry, wzrost – tzw. geny polimeryczne – te cechy są uwarunkowane wieloma genami np. AABB i aabb lub, że potrzebny jest po jednym genie dominującym np. AaBb, AABb, ale już nie aaBB, żeby cechy były widoczne.
|