2005 11 25 Wykład z biochemii


DNA - wielkocząsteczkowy nukleotyd złożony z reszt nukleozydofosforanowych. Nukleozydy składają się z zasad azotowych i cukrów ( w przypadku DNA zasady azotowe: adenina, cytozyna, guanina, tymina). Wolno występująca dezoksyryboza (pentoza), która przy C2 posiada dwa atomy H, nie posiada grup hydroksylowych. Czyli elementem struktury DNA są nukleozydomonofosforany. Są one związane wiązaniem fosfodiestrowym pomiędzy C 3' deoksyrybozy a grupą hydroksylową przy C 5' deoksyrybozy sąsiedniego nukleotydu. Zależnie od gatunku zwierząt, a także zależnie , czy DNA pochodzi z bakterii lub wirusów (prokariotów), posiada różną ilość nukleotydów w cząsteczce. I tak - ilość nukleotydów w DNA wirusowym jest rzędu 103 par nukleotydów, u bakterii - 106 par zasad, a u ssaków - 109 par zasad.

Spiralla DNA - podwójna, prawoskrętna (α - heliks) - główna forma, są jeszcze dwie.

Ilość nukleotydów jest równa wielkości cząsteczki , Długość cząsteczki DNA u wirusów jest rzędu μm, u bakterii - rzędu setek μm (np. e. Colli = 260 μm), podczas gdy DNA wirusowe wirusa SV40 wynosi 17μm. U człowieka długość DNA - 2m. Jest to cząsteczka bardzo długa, złożona z 2 łańcuchów. Jest bardzo upakowana, w połączeniu z białkami tworzy chromatynę.

[RYCINA]

Podwójna spiralla DNA wytwarza się dlatego, że nukleotydy wiążą się wiązaniami wodorowymi (A=T, C≡G).

[RYCINA]

Zasady azotowe znajdują się wewnątrz spiralli, a cukry i reszty fosforanowe - na zewnątrz. Ponieważ reszty fosforanowe są zjonizowane, DNA ma ładunek ujemny i może przez to wiązać się z dodatnio naładowanymi białkami (histonami) tworząc chromatynę.

Związanie cząsteczki DNA z białkami histonowymi tworzy specyficzne struktury - nukleosomy. Zawierają 4 klasy histonów: H2A, H2B, H3, H4, H1 nie wchodzi w skład nukleosomów. Białka histonowe ulegają licznym modyfikacjom kowalencyjnym - fosforylacja, ADP rybozylacja (do białek przyłącza się aktywowana przez ATP ryboza), acetylacja. Histon H2A jest związany kowalencyjnie z białkiem - ubikwityną. Ubikwityna (jej nazwa pochodzi od tego, że występuje ona we wszystkich komórkach) bierze udział w degradacji białek - system zależny od energii, występuje w cytozolu - proteazy uczestniczące w tym procesie tworzą proteasomy, zaznaczają białko do degradacji.

W skład nukleosomów wchodzibiałko - nukleoplazmina. Opisano 3 formy molekularne DNA - B, A oraz Z. Forma B i A - prawoskrętna, forma Z - lewoskrętna. Różnią się one znacznie, średnicą (1 Amstryll = 0,1 nm); średnica B - 20 amstremów. Nukleotydy (zasady)ułożone są nad sobą, ale każda jest obrócona pod kątem 36° (na 1 obrót - 10 zasad). W strukturze formy B możemy wyróżnić rowek większy i rowek mniejszy (głębokość - 34 amstremy). Rowek większy - szeroki i głęboki, rowek mniejszy - wąski i też głęboki). Forma A różni się od B tym, że jest bardziej upakowana, na 1 obrót - 11 zasad - zasady te są skręcone pod kątem 33°, zawiera rowki większe (głęboki i wąski) i mniejsze (płytki i szeroki).

W formie A środek cząsteczki pozostaje wolny, tam mogą gromadzić się cząsteczki wody, część obwodowa - równomiernie wypełniona. Forma B - upakowana.

Forma Z DNA - lewoskrętna, średnica - 18 amstremów (najcieńsza nić), natomiast na 1 skręt przypada 12 zasad (o 2 więcej niż w B). Rowek większy jest płaski, mniejszy - płytki i głęboki (obserwujemy tylko rowek mniejszy).

Znaczenie tych struktur - rowki stanowią miejsce wiązania białek w procesie replikacji i transkrypcji DNA - wiązanie białek zależne od kolejności nukleotydów w obszarze tworzącym rowek. Natomiast w obszarze, w którym nie ma rowków, białka nie są wiązane.

Białka wiążące się: receptory hormonów (głównie steroidowych - płciowe męskie - androgeny, płciowe żeńskie - estrogeny, progesteron, glukokortykosteroidy, mineralokortykosteroidy - kontrolują gospodarkę Ca2+, hormone które powstają w wyniku hydroksylacji witaminy D3 w skórze, hormony tarczycy), izoprenoidy, pochodne karotenu (retinol, kwas retinoiowy.

Sekwencje, z którymi wiążą się te hormony to „elementy odpowiedzi”. Z nimi wiążą się także białka aktywowane w odpowiedzi na estrogeny środowiskowe i ksenobiotyki (niektóre leki).

Prokariotyczny DNA - kolisty

[RYCINA]

Występuje w 3 postaciach:

  1. forma rozluźniona

  2. forma ściśnięta

  3. forma supracoiled, przypominająca 8, liczba skrętów może być większa - i wtedy cząsteczka ta jest jeszcze bardziej upakowana.

[Ryc. 1]

„O” - origin - decyduje o początku replikacji , „T” - kończące replikację - przyłączają się tu specyficzne białka. U prokariotów replikacja odbywa się w obu kierunkach, równocześnie w obu niciach DNA. W wyniku replikacji z komórki macierzystej powstają 2 komórki potomne o tej samej sekwencji.

U prokariotów występuje 1 miejsce inicjacji replikacji (ori), natomiast u eukariotów (np. człowiek) bardzo wiele miejsc replikacji - sekwencje ARS (sekwencje replikujące się autonomicznie_.

Replikacja rozpoczyna się jednocześnie w wielu miejscach - powstaje druga nić o tej samej sekwencji.

[Ryc. 2]

W mitochondriach występuje DNA podobne do bakterii. Przebieg replikacji DNA jądrowego nie jest poznany dokładnie - dlatego tłumaczymy na przykładzie DNA prokariotycznego.

[Ryc. 3]

Sekwencje ori C - początkowe. W ramach tego miejsca występuje 13 odcinków DNA o identycznej sekwencji, zapoczątkowana tą samą obecnością nukleotydów. Oprócz tych 13 sekwencji występuje także 9 identycznych sekwencji - stanowią one miejsce wiązania białka - DnaA.

Przyłączenie DnaA do odcinków zawierających 9 nukleotydów powoduje zminy strukturalne DNA, następnie przyłączają się kolejne cząsteczki - w sumie około 40 i powstaje kompleks inicjujący (I etap replikacji). Kompleks I składa się z DNA (matryca i 20 - 30 cząsteczek białek DnaA. Kolejny etap stanowi lokalne rozłączenie obu nici z wytworzeniem oczka replikacyjnego. W dalszej kolejności przyłącza się białko DnaB - występuje w formie heksameru - 6 cząsteczek. DnaB wiąże się ze sobą i ten heksamer łączy się z drugim heksamerem - DnaC. Przyłączenie ich wymaga energii i DnaT. Tworzy się kompleks otwarty (II etap replikacji., DnaB posiada aktywność helikazy DNA - rozplatanie nico.

Kolejny etap - związanie białek z jednoniciowym DNA - SSB. Bańka replikacyjna powiększa się, tworzą się widełki replikacyjne (wygląd widelca). Do widełek przyłącza się kompleks 2 białek - prymaza oraz PriA. Występują one w kompleksie priB i priC. Kompleks ten ulega dysopcjacji i priA z primazą łączą się po obu stronach. Kompleks primaza + dnaB tworzy primosom. Tworzeniu primosomu towarzyszy odłączenie DnaA od cząsteczki DNA.

Kolejny etap - przyłączenie starterów. Na jednej z nici DNA - prowadzącej przyłącza się tylko 1 starter, natomiast na nici komplementarnej (opóźnionej) przyłącza się wiele starterów. Startery - cząsteczki RNA o długości około 10 nukleotydów (krótkie odcinki RNA.

Kolejny etap - polimeraza III. Kompleks polimeraza I i DNA - ligazy oraz 2 białek przyłącza się przed widełkami replikacyjnymi - topoizomerazy I i II - gieraza.

Dwie podjednostki polimerazy III tworzą klamrę oplatającą 1 nić cząsteczki DNA - z każdą z nici łączy się dimer podjednostki polimerazy III.

Ta podjednostka - dnaN - jest to białko o dużym ciężarze cząsteczkowym, które posiada też funkcje naprawcze i nukleacyjne - nukleazy 3' i 5'. Polimeraza I, która występuje w kompleksie z ligazą DNA oprócz funkcji polimeryzacyjnej, ma też funkcję egzonukleazy 3' 5' oraz 5' 3'. Spełnia rolę w syntezie i usuwaniu starterów oraz pełni funkcję naprawy DNA.

Funkcja polimerazy II nie została wyjaśniona.

Funkcja poszczególnych białek w replisomie

W tym kompleksie występują: helikaza, prymaza oraz priA, a także podjednostka β polimerazy DNA I, a także białka wiążące się z 1 - niciowym DNA,

- Funkcja helikazy - rozplatanie podwójnej spiralli. Wymaga to energii - ATP.

- PriA - usuwanie białek wiążących się z jednoniciowym DNA (sB)

- Podjednostka β - dodawanie nukleotydów do startera

- Prymaza syntetyzuje sterter - primer

- Polimeraza I - usuwanie primera

Część nukleotydów dobudowywana do startera - fragmenty Okazaki - wydłuża się on do momentu, gdy 2 fragmenty Okazaki zetkną się. Następnie polimeraza I usuwa nukleotydy primera i w ich miejsce dodaje deoksynukleotydy. Połączenie dwóch fragmentów Okazaki następuje dzięki DNA - ligazie. Łączy ona oba fragmenty - z grupą - OH 3' jednej i z wolną grupą przy 5' dezoksyrybozy. Połączenie wymaga ATP lub NAD (u eukariotów wyłącznie NAD).

W 1 etapie - ligaza jest adenylowana z ATP enzym (AMP i nieorganiczny monofosforan). Adenylacja na lizynie, która występuje w cząsteczce DNA - ligazy. Adenylowany enzym przekazuje AMP na 5'DNA - powstaje adenylowany 5' - staje się bardziej reaktywny. I ten reaktywny 5' reaguje z 3' wiązanie fosfodiestrowe i połączenie.

Funkcja DNA - ligazy - połączenie 2 fragmentów Okazaki pozbawionych nukleotydów.

[Ryc. 5]

W replikacji uczestniczą też topoizomerazy I i II.

Topoizomeraza I zapobiega tworzeniu się bardzo gęstych skrętów DNA.

[Ryc. 6]

Pierwszym etapem - połączenie z cząsteczką DNA, potem - przecięcie jednej z nici, następnie rotacja wolnego końca 3' wokół osi, po czym - ligacja (utworzenie wiązań fosfodiestrowych) i odłączenie cząsteczki.

Inhibitorem jest camptotecyna - np. w zakażeniach bakteryjnych.

Topoizomeraza II - przerywa obie nici. Jest to dimer złożony z 2 podjednostek A i B. Jej działanie wymaga ATP. Działanie topoizomerazy II (gyrazy) - zamiana pozytywnej superhelisy na negatywną superhlisę. Umożliwia to prawidłowy przebieg replikacji. Inhibitory - leki przeciwbakteryjne.

[Ryc. 7]

Replikacja przebiega do momentu, gdy z jednej cząsteczki macierzystej powstają dwie potomne. Terminacja - proces aktywny, wymaga sekwencji terminujących - TA, TB, TC, TD - miejsce wiązania białek Tus.

[Ryc. 8]

W konsekwencji z 1 cząsteczki macierzystej powstają 2 cząsteczki potomne.

Replikacja jest półzachowawcza - połowa cząsteczki macierzystej pozostaje w cząstecze potomnej.

[Ryc. 9] - odkrycie DNA.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
11 11 25 wyklad algebra
b9.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
wykłady, 11, WYKŁAD 11 25
sprawozdanie biochemia 25.11, BIOLOGIA UJ, BIOCHEMIA WBBiB
Biochemia 11.12.2011 wyklad, Biochemia
Podstawy psychologii - wyklad 11 [25.10.2001], INNE KIERUNKI, psychologia
Elementy Filozofi Wykład 6 18 11 2013, wykład 7 25 11 2013
WYKŁAD BIOCHEMIA MOCZU 3 11 2008
b29.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
b8.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
b23.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
b30.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
AiR 11 12 wyklad 08 25 11 2011 MDW
b16.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
Ochrona własności intelektualnej wykład 4 18 11 2013, wykład 5 25 11 2013
b22.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
b15.11, Prywatne, Biochemia WYKŁADÓWKA I, Biochemia wykładówka 1, WYKŁADY, wykłady I
Glukoneogeneza Biochemia( 11 2014r Wyklad V

więcej podobnych podstron