View
144
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
Genetyka ogólna Biosynteza białka (transkrypcja i translacja) Replikacja. Zagadnienia szczegółowe. Ekspresja genu. Biosynteza białka. Rybosomy. Jąderko. Kod genetyczny. Aparat enzymatyczny procesu transkrypcji i translacji. Replikacja DNA . - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Genetyka ogólnaBiosynteza białka
(transkrypcja i translacja)Replikacja
Zagadnienia szczegółowe
Ekspresja genu. Biosynteza białka. Rybosomy. Jąderko. Kod
genetyczny. Aparat enzymatyczny procesu transkrypcji
i translacji.
Replikacja DNA. Faza S cyklu komórkowego. Aparat
enzymatyczny procesu replikacji
Rola biologiczna jąderkaJąderko - ultraelement jądra komórkowego, odpowiedzialny za syntezę rRNA. Składa się z zagęszczonej chromatyny. W trakcie podziału komórkowego jąderko zanika. Można to uzasadnić zablokowaniem transkrypcji genów kodujących rRNA, ponieważ wtedy chromosomy ulegają kondensacji.Jąderko tworzone jest z obszaru jąderkotwórczego (NOR), u człowieka występuje 10 NOR-ów (znajdujących się na ramionach chromosomów par 13, 14, 15, 21 i 22), a np. u świni 4 NOR-y. Jąderko jest luźno zawieszone w kariolimfie. Jąderko nie jest obłonione, w czym przypomina rybosom.Organizator jąderka (NOR z ang. nucleolus organizer region) jest to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące cząsteczki 18S i 28S rRNA, podzielone intronami. Po zakończeniu podziału komórkowego i odtworzeniu normalnej struktury jądra komórkowego ten odcinek chromosomu znajdzie się wewnątrz jąderka.
Budowa jądra komórkowego 1. błona jądrowa (kariolemma) 2. rybosomy; 3. pory w błonie jądrowej; 4 jąderko; 5. skłębione nici chromatynowe; 6. jądro komórkowe; 7. retikulum endoplazmatyczne; 8. kariolimfa.
Jąderko powstaje poprzez kondensację części chromosomu (lub kilku chromosomów) zwanych obszarami jąderkotwórczymi (NOR); - jest kulistą, często pojedynczą, strukturą wewnątrz jądra komórkowego nie otoczoną żadną błoną. Zbudowane jest głównie z białek i w mniejszym stopniu z RNA i DNA. Odpowiada za syntezę rRNA oraz składanie rybosomów. 4 – jąderko, 5 -
chromatyna
Organizatorem jąderka jest odcinek DNA zawierający geny dla rRNA•Niezależna całość, strukturalna odrębność•miejsce syntezy rRNA przy udzialepolimerazy I; •posttranskrypcyjne dojrzewanie rRNA i montaż prerybosomówW jąderku pierwotny transkrypt rRNA jest posttranskrypcyjnie modyfikowany i łączony z białkami w podjednostki rybosomowe
Organizacja jąderka przez obszary NOR obecne w chromosomach zawierających geny dla rRNA
10 obszarów NOR u człowieka (5x2) 13,
14, 15, 21 i 22
Synteza rybosomalnego RNA w jąderku
U góry: (mikrografia z TME): chromosomy w postaci luźnej chromatyny zawierające regiony z genami dla rRNA tj. rDNA. DNA w regionie organizacji jąderka (NOR) wygląda jak choinka. Szczyt drzewa jest miejscem inicjacji transkrypcji. Widać wyraźnie gałęzie ,,drzewa’’. Każda gałąź jest rosnącym brzegiem morza rybosomalnego RNA. Informacja genetyczna z rDNA jest przepisywana i powstałe sekwencje nukleotydowe rRNA zasilają morze RNA. Źródło: Bloom i Fawcett, Textbook Histology, Chapman i Hall, 1994.
U góry: jądro fibroblastu z jąderkami wybarwionymi na purpurowo
Typy RNATyp Umiejscowienie Budowa i funkcja
Matrycowy RNA (mRNA) jądro i cytoplazma
Zmienne rozmiary, sekwencja zasad komplementarna do transkrybowanego
DNA, 1 % całkowitego komórkowego kwasu nukleinowego, okres półtrwania
7- 24 godzin
Transportujący RNA (tRNA)
cytoplazma
Kształt pętelki, szpilki do włosów, około 40 typów, swoiste aminokwasy, 70-90
nukleotydów w każdym tRNA
Rybosomowy RNA (rRNA)
rybosomy i jąderka
Około 80% całkowitego komórkowego RNA, syntetyzowany i przechowywany w jąderkach
Heterogeniczny RNA (HnRNA)
jądro Prekursory mRNA o dużej masie cząsteczkowej
Budowa genu
Budowa nukleotydów
Replikacja DNA. Elementy składowe DNA. Zasady azotowe
Pirymidyny
Puryny
Podwójna helisa = podwójny helix
Elementami zmiennymi podwójnej helisy są zasady azotowe, pozostałą część nukleotydu, tworzącą
rdzeń cukrowo-fosforanowy, jest elementem niezmiennym
Ekspresja genu – w węższym i szerszym sensie. Biosynteza białka
Eukaryota Prokaryota
Różnice: brak intronów w genach prokariontów, w związku z tym brak splicingu – procesu dojrzewania mRNA, brak sekwencji regulatorowych dla każdego genu, zamiast tego organizacja genów w operony, transkrybujące od wspólnej sekwencji operatora.
Ekspresja genu: pierwszy etap – transkrypcja, drugi etap - translacja
Transkrypcja
Pasma DNA :Kodujące --------5’TGG AAT TGT GAG CGG ATA ACA ATT TCA ATG- 3'Matrycowe --------3’ACC TTA ACA CTC GCC TAT TGT TAA AGT TAC- 5’(transkrybowaneale niekodujące)
mRNA 5’ UGG AAU UGU GAG CGG AUA ACA AUU UCA AUG-3’
Zależność między transkryptem RNA i sekwencją jego genu. Powyżej przedstawiono kodujące i niekodujące pasma DNA i ich polarność. Transkrypt RNA 5’ do 3’ ma taką samą polarność i taką samą sekwencję jak w paśmie DNA kodującym (nietranskrybowanym), z wyjątkiem U w transkrypcie, zastępującym T w DNA. (wg Biochemii Harpera, 2005. Zmodyfikowane)
Splicing mRNA
U góry: prosta ilustracja exonów i intronów w pre-mRNA oraz powstającego na drodze splicingu dojrzałego mRNA. Sekwencje UTRs są niekodującymi częściami exonów a także końcami mRNA
Powstawanie 3 rodzajów rRNA i formowanie rybosomu
Składanie rybosomów z różnych białek oraz rRNA
Mikrografia z TME ukazująca obecność milionów rybosomów związanych z błoną ER
Morfologia rybosomów
1.Dużapodjednostka; 2.Małapodjednostka
Struktura dużej podjednostki 50S rybosomu. Kolorem niebieskim
Struktura dużej jednostki rybosomalnej; na niebiesko zaznaczone są białka, żółtym rRNA, a czerwonym kluczowa adenina 2486 w centrum
aktywnym
Transportujący RNA - tRNA
Schemat budowy cząsteczki tRNA
Przestrzenna struktura tRNA. Pętla z antykodonem
znajduje się u dołu, wybarwiona na niebiesko, a antykodon jest czarny. czarny.
Kod genetyczny
Nomenklatura: pełne nazwy aminokwasów, skróty trzyliterowe oraz
nowe skróty, jednoliterowe, międzynarodowe (czerwone)
Nomenklatura: pełne nazwy aminokwasów, skróty trzyliterowe oraz
nowe skróty, jednoliterowe, międzynarodowe (czerwone)
Ala A alanina
Arg R arginina
Asn N asparagina
Asp D kw asparaginowy
Cys C cysteina
gln Q glutamina
glu E kw glutaminowy
gly G glicyna
his H histydyna
ile I izoleucyna
Leu L leucyna
Lys K lizyna met M metionina
phe F fenyloalanina
pro P prolina
ser S seryna
thr T treonina
trp W tryptofan
tyr Y tyrozyna
val V walina
Współdziałanie tRNA oraz mRNA
a.Antykodon pętli tRNA łączy się z kodonem w mRNA
b.Dwie cząsteczki tRNA zajmują miejsce P (peptydylowe) oraz A – akceptorowe
c.Przyczyna i skutek – wytworzenie wiązania peptydowego między dwoma aa
Translacja na rybosomie
Wynik translacji
a. Nukleotydy mRNA; b. Kodony w mRNA; c. Aminokwasy powiązane wiązaniami peptydowymi; d. Wydłużający się peptyd
Polirybosom (polisom)
Model semikonserwatywnej replikacji DNA
Synteza DNA – replikacja w fazie S cyklu komórkowego w
komórkach dzielących się
Powstawanie widełek replikacyjnych
U góry, nić nr 1: Widełki replikacyjne przesuwają się w obu kierunkach od miejsc początku replikacji, które w chromosomie eukariotycznym występują w wielu miejscach w tym samym czasie. Nić nr 2 jest szkicem odtwarzającym etapy replikacji przedstawione na mikrografii znajdującej się na dole: żółte linie na szkicu to wyjściowe łańcuchy DNA (matrycowe), a brązowe stanowią nowo syntetyzowane łańcuchy DNA). Żródło: Podstawy biologii komórki. Alberts i wsp., PWN, 2005.
Białka obsługujące proces replikacji1.Helikaza – rozwijająca podwójny helix
2. Białka wiążące i stabilizujące pojedyńcze pasmo DNA
3.Topoizomeraza – białko, które ma zdolność rozkręcania spirali DNA, przecinania podwójnej helisy w miejscu powstania naprężeń, naprawy podwójnych złamań (podobnie do ligazy) ale bez udziału energii
4. Białko zwane ruchoma obręcz5. Prymaza (polimeraza RNA), syntetyzuje primer
RNA, który inicjuje replikację. Prymazy nie naprawiają błędów powstających w starterach RNA, więc mutacje występują z częstością 1nk/10 do 7 poprawnych przyłączeń. Primery powstają co 200 nk i są potem wycinane.
6. Nukleazy – usuwają primery po ich wykorzystaniu
7. Polimerazy replikacyjne – budują polimer DNA, mają zdolności redagowania DNA (naprawy). 8. Ligazy (rodzaj polimerazy DNA), łączą ze sobą fragmenty Okazaki, wymagają energii z ATP, katalizują powstanie wiązania fosfodiestrowe go i rdzenia cukrowofosforowego.
9. Naprawcza polimeraza DNA, uzupełnia fragmenty DNA, wycięte przez nukleazy w miejscu obecności starterów RNA.
10.Telomeraza – katalizuje powstawanie sekwencji RNA: CCCCAAU, do której polimeraza DNA przyłącza sekwencję powtarzalną DNA: GGGGTTA, zlokalizowaną na końcach chromosomu
Ciąg dalszy białek procesu replikacji
Schemat syntezy DNA w obrębie pojedyńczych widełek replikacyjnych
Aby replikacja przebiegła prawidłowo, podczas rozdzielenia obu nici nie może dojść do zaburzenia ich struktury I-rzędowej. Muszą także zostać spełnione następujące warunki: matryca DNA musi zostać dokładnie odczytana, dostępna musi być odpowiednia ilość wolnych nukleotydów, podczas procesu musi zostać zachowana komplementarność nici. Na koniec musi dojść do ewentualnego uzupełnienia braków na końcu nowo powstałego łańcucha i połączenia wiązaniami wodorowymi nowego łańcucha z łańcuchem macierzystym w podwójną helisę.
Replikacja DNA, faza S cyklu komórkowego
Aby replikacja przebiegła prawidłowo, podczas rozdzielenia obu nici nie może dojść do zaburzenia ich struktury I-rzędowej. Muszą także zostać spełnione następujące warunki: matryca DNA musi zostać dokładnie odczytana, dostępna musi być odpowiednia ilość wolnych nukleotydów, podczas procesu musi zostać zachowana komplementarność nici. Na koniec musi dojść do ewentualnego uzupełnienia braków na końcu nowo powstałego łańcucha i połączenia nowego łańcucha z łańcuchem macierzystym w helisę.
Szybkość replikacji
Dziękuję za uwagę
Recommended