WYKŁAD 2, WYKŁAD 2 14


WYKŁAD 2 14.10.2004

Kwasy nukleinowe wyodrębnione w 1868 roku.

W 1944 roku stwierdzono, że DNA to nosicie informacji genetycznej.

DNA koduje mRNA

rDNA - koduje tylko tRNA

tDNA koduje TRNA

sDNA nie zaigra informacji genetycznej

Budowa RNA:

mRNA - powstaje na matrycy DNA i przenosi informacje

tRNA - transportuje aminokwasy do rybosomów

rRNA - buduje rybosomy

Kod genetyczny to sposób zapisu białek w DNA. Sposób, według którego jest tłumaczona informacja genetyczna z języka nukleotydów na język aminokwasów.

Podstawowa jednostką kodu genetycznego jest kodon (triplet) - stanowia go trzy kolejne nukleotydy.

Cechy kodu genetycznego:

64 kodony 61kodonów - kodują aminokwasy,

3 kodony to kodony nonsensowe - kodony stop

20 aminokwasów

Ten sam aminokwas może być kodowany przez 1 lub więcej kodonów (trójek).

Spośród naszego DNA tylko kilka procent to kodujące DNA naszego łańcucha polipeptydowego, reszta to tzw. DNA śmietnikowe.

EKSONY (EGZONY), genet. elementy genów złożonych w organizmach eukariotycznych; obszary (sekwencje nukleotydowe DNA) kodujące kolejne odcinki polipeptydu, przedzielone odcinkami niekodującymi, czyli intronami.

Proces składania genów to pomijanie intronów z łańcucha i układania egzonów w kolejności.

Chromosomy homologiczne to pary chromosomów, wyglądają tak samo ale materiał mają trochę inny.

W 1957 roku potwierdzono dogmat biologii molekularnej, że informacja z DNA jest przepisywana na mRNA, a stamtąd do białek.

W 1966 roku złamano kod genetyczny, trójka nukleotydów DNA koduje jeden aminokwas - jedna cegiełka kodująca białko.

Informacja zapisana w nukleotydach DNA przepisywana jest na mRNA powoduje włączenie określonych aminokwasów w odpowiednie miejsce łańcucha peptydowego.

Selekcja aminokwasów w łańcuchu białkowym jest zgodna z zapisem informacji w DNA.

ROZMNAŻANIE SSAKÓW — SPERMATOGENEZA

Równowaga hormonalna w obrębie jądra jest niezbędna do prawidłowego wytworzenia się plemników w czasie spermatogenezy. Dwa podstawowe typy komórek somatycznych (tzn. nie będących komórkami rozrodczymi) wchodzą w skład jąder. Są to komórki Sertoliego i komórki Leydiga. Dzięki ich skoordynowanym funkcjom pierwotne spermatocyty przechodzą proces spermatogenezy i różnicują się w spermatozoidy przechodzące proces mejozy. W trakcie spermatogenezy następuje utrata większości cytoplazmy gamet męskich, a DNA ich jąder komórkowych przechodzi proces ścisłego upakowania zbliżonego do krystalizacji. Wytwarza się również witka, dzięki której przyszły plemnik będzie mógł się przemieszczać w drogach rodnych samicy. Mejoza męska charakteryzuje się wytworzeniem czterech komórek potomnych spermatocytów z jednego spermatogonium. Po opuszczeniu jąder plemniki nie są jeszcze w stanie zapłodnić komórki jajowej. Przechodzą one proces dojrzewania w najądrzu. Nieprawidłowości w procesie spermatogenezy i dojrzewania plemników w najądrzach są częstym powodem bezpłodności męskiej. Ingerując farmakologicznie w przebieg tych procesów można wywoływać czasową bezpłodność, co wykorzystuje się w antykoncepcji męskiej.

ROZMNAŻANIE SSAKÓW — OOGENEZA

Podstawową funkcją jajników jest oogeneza, czyli produkcja dojrzałych komórek rozrodczych żeńskich — oocytów. Pierwotne oocyty zwiększają stopniowo swoje rozmiary gromadząc materiały odżywcze, głównie w postaci białek i lipidów. Gromadzony jest też zapas kwasów rybonukleinowych: mRNA — zwierających informację genetyczną niezbędną do rozwoju przyszłego zarodka i rRNA — zaangażowanych w syntezę białek. Równolegle ze wzrostem samych oocytów ewoluuje również pęcherzyk jajnikowy otaczający każdy oocyt. Kiedy oocyt osiągnie krytyczne rozmiary, a jego pęcherzyk jajnikowy zakończy swoje dojrzewanie następuje proces dojrzewania mejotycznego oocytu. Procesy te są regulowane hormonalnie. Oocyty przechodzą pierwszy podział mejotyczny, w trakcie którego następuje wyrzucenie maleńkiego ciałka kierunkowego. W ten sposób podział mejotyczny nie zmniejsza ilości materiałów odżywczych zgromadzonych w trakcie wzrostu oocytu. Oocyt zostaje zablokowany w stadium metafazy drugiego podziału mejotycznego. Dzieje się tak na skutek zadziałania wewnątrzkomórkowego mechanizmu stabilizującego stan metafazowy oocytu. W tym stadium następuje owulacja, czyli usunięcie oocytu z pęcherzyka jajnikowego, a zarazem z samego jajnika do światła jajowodu wypełnionego płynem jajowodowym.

MEJOZA I MITOZA

MEJOZA [gr.], kariokineza redukcyjna, podział redukcyjny, podział jądra komórkowego prowadzący do redukcji liczby chromosomów w powstających komórkach o połowę w stosunku do innych komórek ciała; zachodzi przy powstawaniu gamet u zwierząt tkankowych oraz zarodników lub ich odpowiedników — u roślin; zapewnia stałość zespołu chromosomów w kolejnych pokoleniach — zapobiega podwajaniu się ich liczby przy zapłodnieniu.

Mejoza obejmuje 2 sprzężone kolejne podziały jąder, podobne do mitozy, ale chromosomy dzielą się tylko raz. W profazie pierwszego podziału mejotycznego (właściwy podział redukcyjny) zachodzi koniugacja chromosomów, tj. łączenie się chromosomów homologicznych w pary, zw. biwalentami; ponieważ każdy chromosom jest podzielony na 2 chromatydy, biwalent składa się z 4 chromatyd; w dalszym etapie podziału do biegunów wrzeciona podziałowego rozchodzą się chromosomy (a nie chromatydy, jak w mitozie); obydwa jądra potomne (tzw. interfazowe) otrzymują więc o połowę mniejszą liczbę chromosomów niż jądro wyjściowe i zawierają tylko po 1 chromosomie z każdej pary; stanowi to wyjaśnienie prawa czystości gamet (Mendla prawa); po krótkim okresie interfazowym zachodzi drugi podział mejotyczny, w których chromosomy każdego z jąder dzielą się tak, jak w mitozie; cytoplazma może dzielić się po pierwszym podziale jądra lub po zakończeniu obu; ostatecznie w wyniku mejozy z 1 komórki diploidalnej powstają 4 komórki haploidalne. W mejozie następuje też niezależna, przypadkowa segregacja chromosomów (segregacja); tłumaczy ona drugie prawo Mendla — niezależnego dziedziczenia się cech — i powoduje, w połączeniu z procesem crossing-over, powstawanie nowych kombinacji genów (rekombinacja). Odkrycia dotyczące mejozy (koniec XIX i pocz. XX w.) są związane gł. z nazwiskami: W. Mayzela, Th. Boveriego, Th.H. Montgomery'ego, F.A. Janssensa, C.D. Darlingtona.

PROFAZA [gr.], genet. pierwsza faza podziału jądra komórkowego; z masy jądra wyróżnicowują się chromosomy, zanika jąderko oraz błona jądr. i zaczyna się tworzyć wrzeciono podziałowe.

WRZECIONO PODZIAŁOWE, wrzeciono kariokinetyczne, struktura plazmatyczna powstająca w komórce podczas jej podziału (mitoza, mejoza), złożona z licznych białkowych rurkowatych struktur (mikrotubule), o średnicy 25 mm układających się w dwubiegunowe wrzeciono; mikrotubule tzw. chromosomowe, połączone z odcinkiem chromosomów zw. centromerem, biorą udział w rozdziale chromosomów, mikrotubule ciągłe, biegnące od bieguna do bieguna wrzeciona podziałowego — w podziale cytoplazmy, czyli cytokinezie; u zwierząt i niektórych roślin wrzeciono podziałowe powstaje przy udziale centrioli, które dzieląc się tworzą 2 bieguny wrzeciona.

MIKROTUBULE [gr.-łac.], stały składnik cytoplazmy komórek; występują we wrzecionie podziałowym, centriolach, witkach, są skupione pod błoną komórkową, w pobliżu połączeń międzykomórkowych; wydłużone struktury, o kształcie pustych cylindrów o średnicy 25 nm, zmiennej długości (do ponad metra w wypustkach neuronów), zbud. zwykle z 13 protofilamentów przebiegających spiralnie; gł. składnikiem m. jest białko tubulina, do którego przylegają tzw. białka towarzyszące; są układem dynamicznym — stała depolimeryzacja z jednego końca i repolimeryzacja z drugiego powoduje zmiany ich długości, wpływając tym samym na kształt i ruchy struktur komórkowych (np. nibynóżek u pierwotniaków); niektóre alkaloidy (np. winblastyna) używane w terapii nowotworów powodują ich depolimeryzację, hamując mitozy.

CENTRIOLE [łac. < gr.], organelle komórkowe biorące udział w tworzeniu wrzeciona podziałowego w dzielących się komórkach oraz różnicowaniu się rzęsek i wici; 1 lub 2 w komórce (zw. wtedy diplosomem), kształtu cylindrycznego, średnicy ok. 150 nm, mają skomplikowaną budowę wewn., identyczną z ciałkami podstawowymi rzęsek; podczas podziału komórki występuje dokoła centrioli tzw. centrosfera — obszar cytoplazmy z rozchodzącymi się promieniście włókienkami; centriole wraz z centrosferą określa się jako centrosom, śródciałko lub centrum komórkowe.

SEGREGACJA [łac.], genet. oddzielanie się i rozchodzenie pojedynczych alleli genów do odrębnych komórek płciowych, gamet, podczas mejozy, w wyniku rozdziału chromosomów homologicznych; osobnik, który wskutek segregacji ma genotyp odmienny od rodzicielskich, zw. jest segregantem; segregacja alleli genów znajdujących się w różnych chromosomach lub daleko od siebie w jednym chromosomie jest niezależna, zgodna z drugim prawem Mendla; segregacja występuje też w komórkach somatycznych jako wynik haploidyzacji, tzn. stopniowej przemiany komórki diploidalnej w haploidalną (diploidalność, haploidalność), w tzw. cyklu paraseksualnym występującym u grzybów.

CROSSING-OVER [ang.], genet. wymiana odpowiadających sobie odcinków między chromatydami chromosomów homologicznych złączonych w parę w profazie pierwszego podziału mejotycznego jądra komórkowego; prowadzi do rekombinacji czynników dziedzicznych i w następstwie do powstawania nowych kombinacji cech organizmów.

REKOMBINACJA [łac.], genet. występowanie u potomstwa odmiennych kombinacji czynników dziedzicznych — genów, a w następstwie i innych zespołów cech niż u form rodzicielskich lub nawet cech nowych; u organizmów rozmnażających się płciowo rekombinacja jest wynikiem przypadkowej, niezależnej segregacji chromosomów i procesu crossing-over, zachodzących podczas mejotycznego podziału jądra komórkowego przy powstawaniu gamet, oraz wynikiem losowego łączenia się gamet o różnym składzie genet.; rekombinacja u wirusów i bakterii polega prawdopodobnie na wymianie odcinków DNA — kwasu deoksyrybonukleinowego — między materiałem genet. (cząsteczka DNA) 2 organizmów; zmienność rekombinacyjna stanowi łącznie ze zmiennością mutacyjną podstawę selekcji i procesów ewolucyjnych w przyrodzie. Rozróżnia się rekombinację uprawnioną — między odcinkami DNA o przynajmniej częściowo homologicznej sekwencji nukleotydów, i rekombinację nieuprawnioną, zachodzącą, gdy pewne odcinki DNA genoforu, np. bakterii, fagów, plazmidów, rekombinują mimo braku homologiczności sekwencji nukleotydowych DNA.

MITOZA [gr.], kariokineza somatyczna, podział pośredni jądra komórkowego z wyróżnicowaniem się chromosomów i wytworzeniem wrzeciona podziałowego, prowadzący do powstania 2 jąder potomnych o takim samym zespole chromosomów, jak w jądrze wyjściowym; także podział komórki obejmujący opisany podział jądra. W okresie między dwiema mitozami, czyli w interfazie, zachodzi podwojenie liczby chromosomów — odtworzenie przez każdy chromosom nowego, podobnego chromosomu (replikacja DNA); podczas mitozy jednakowe chromosomy zostają rozdzielone między jądra potomne — jest to więc proces warunkujący stałość składu genowego we wszystkich powstających komórkach somatycznych organizmu. W przebiegu mitozy rozróżnia się 4 fazy: profazę, metafazę, anafazę, telofazę; po zakończeniu telofazy, gdy już są uorganizowane 2 jądra potomne, następuje zwykle podział cytoplazmy komórki macierzystej (cytokineza, podział komórki) i powstają 2 komórki potomne. Proces mitozy trwa ok. 1 godz. (z dość dużymi odchyleniami, najdłużej kilka godzin), okres między 2 kolejnymi mitozami może trwać od 8 godz. do ponad 1 roku (cykl komórkowy). Odkrycie mitozy w latach 80. XIX w. jest związane gł. z pracami W. Mayzla, E.A. Strasburgera, O. Bütschliego i W. Flemminga, który uogólnił wyniki badań w tym zakresie (także własnych) i wprowadził 1882 nazwę mitoza

INTERFAZA [łac.-gr.], genet. stadium pomiędzy 2 kolejnymi podziałami mitotycznymi jądra komórkowego (cykl komórkowy); okres najbardziej aktywnych przemian metabolicznych; zachodzi w nim transkrypcja informacji genet. (dziedzicznej) z DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego) na mRNA (informacyjny kwas rybonukleinowy) oraz replikacja DNA (replikacja chromosomów); chromosomy są w interfazie niewyróżnialne, chromatyna występuje w postaci skomplikowanej gęstej sieci długich nici, pasm; także stadium właściwe dla komórek zróżnicowanych i już nie dzielących się.

CYKL KOMÓRKOWY, biol. cykl zmian i procesów zachodzących w komórce między 2 kolejnymi jej podziałami mitotycznymi; w typowej diploidalnej komórce cykl komórkowy rozpoczyna się fazą G1 następującą bezpośrednio po zakończonym podziale komórki, trwa ona najdłużej i charakteryzuje się intensywnym metabolizmem; drugą jest faza S, w której odbywa się replikacja DNA i powstawanie siostrzanych chromatyd; po replikacji DNA następuje stosunkowo najkrótsza faza G2, w której zachodzą procesy przygotowawcze do podziału komórki; cykl kończy faza M, czyli podział mitotyczny jądra i podział komórki; w różnych organizmach i różnych typach komórek cykl komórkowy może trwać od 8 godz. do ponad 1 roku.

REPLIKACJA DNA, podwajanie się, synteza w żywych komórkach nowych cząsteczek DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego) zawierającego zakodowaną informację genetyczną organizmu; na każdym starym łańcuchu podwójnej spirali DNA jest syntetyzowany komplementarny, nowy łańcuch DNA; obie nowo powstające cząsteczki DNA mają więc 1 łańcuch stary i 1 nowy replikacja semikonserwatywna. Proces replikacja DNA jest b. precyzyjny i stanowi podstawę przekazywania identycznej informacji genet. do nowych komórek i pokoleń osobników (dziedziczność). Replikację przeprowadzają enzymy polimerazy (nukleotydylotransferazy) DNA; syntetyzują one komplementarne nowe łańcuchy DNA (wg matrycy istniejącego DNA) z występujących w komórce pojedynczych nukleotydów, łącząc je wiązaniami estrowymi; syntezę poprzedza rozkręcanie podwójnej spirali DNA wskutek działania innych enzymów; powstają krótkie odcinki 1-łańcuchowe, tworzące tzw. widełki replikacyjne; następnie polimeraza DNA III syntetyzuje na obu odcinkach — matrycach, nowe krótkie odcinki DNA, zw. fragmentami Okazaki; polimeraza DNA I (polimeraza Kornberga) dosyntetyzowuje luki między fragmentami Okazaki, a następnie enzym ligaza łączy odcinki w 1 ciągły łańcuch. Oprócz ogólnej replikacji. DNA występują jeszcze zjawiska replikacji lokalnej DNA: reperacyjnej — usuwanie uszkodzeń w DNA, i rekombinacyjnej, związanej z wymianą odcinków między 2 cząsteczkami DNA. Błędy w replikacji DNA mogą prowadzić do powstawania mutacji. Replikacja zachodzi w pewnym okresie interfazy, oznaczanym jako faza S (podział komórki, cykl komórkowy).

1


Wyszukiwarka