1

08. Biochemia

Podstawy biologii molekularnej

Wiele bakterii zawiera plazmidy.
Plazmidy są to małe, koliste cząsteczki DNA.

Wprowadzenie plazmidu do bakterii nazywamy transformacją

Klonowanie:
włączanie fragementu DNA
do wektora (plazmidu)

Enzymy restrykcyjne rozpoznają charakterystyczne

sekwencje DNA i rozcinają je

Klonowanie:
do plazmidu przeciętego
enzymem restrykcyjnym
wprowadzamy
fragment DNA
zawierający końce
komplementarne
do końców
utworzonych
przez ten enzym.

2

Klonowanie rekombinowanych plazmidów

Wektory ekspresyjne pozwalają na
ekspresję białka, którego DNA zostało
wklonowane do plazmidu

PCR (Polymerase Chain
Reaction):
Reakcja Łańcuchowa
Polimerazy pozwala na
uzyskanie fragementów DNA
in vitro.

Amplifikacja
fragmentu DNA
za pomocą
polimerazy Taq.
Polimeraza Taq jest odporna
na wysokie temperatury,
dlatego po każdej reakcji
próbka jest podgrzewana
do 90

o

C. Następuje

denaturacja powstałych
dupleksów DNA, i po
ochłodzeniu i ponownym
związaniu starterów
reakcja zaczyna się
od nowa.

Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) pozwala na otrzymanie
(amplifikację) fragmentu DNA, z zastosowaniem dużej cząsteczki DNA jako
matrycy.

Warunkiem jest zastosowanie odpowiednich starterów, czyli
krótkich oligonukleotydów, które wiążą się do miejsc na początku
i końcu sekwencji, która ma zostać zamplifikowana.

Real-Time PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy czasu rzeczywistego)
pozwala na

ilościowe określenie stężenia badanego fragmentu DNA

.

Barwnik fluoryzujący daje sygnał tylko wtedy, gdy fragment DNA
zostaje włączony do amplifikowanego DNA.

3

Real-Time PCR (Reakcja łańcuchowa polimerazy czasu rzeczywistego)

Fluorescencja pojawia się
w wyniku uwolnienia barwnika
i jest odwrotnie proporcjonalna
do ilości badanej
sekwencji DNA.

Plazmid Ti zmusza roślinę zakażoną
Agrobacterium tumefaciens
do produkcji auksyn (roslinnych
czynników wzrostu)

Produkcja
roślin
transgenicznych

Plazmid Ti łącznie
z plazmidem niosącym
oporność na antybiotyk
oraz obcy gen
(np. odporność na gąsienice)
zostaje włączony
do komórki roślinnej.
Rośliny zawierające
plazmid są transgeniczne.

Pomidor zawierający gen kodujący białko toksyczne dla owadów
nie jest zjadany przez gąsienice.

Soja odporna na Glyphosate









po traktowaniu tym herbicydem

Najczęściej uprawiane rośliny transgeniczne

soja kukurydza bawełna

4

Rekombinowane retrowirusy
moga wprowadzać obce geny
do komórek zwierzęcych

Transfekcja może wprowadzić obce DNA do zarodka myszy.
DNA wprowadzone do zarodka może zintegrować się do genomu.
Zarodek (zapłodnione jajo) jest następnie wprowadzany do samicy.
Zazwyczaj, wiele kopii (1-150) genu inkorporuje się w genomie.
Otrzymanie homozygoty wymaga sparowania heterozygot.

Ta mysz została stransformowana ludzkim hormonem wzrostu

Transgen może leczyć choroby:
hypogonadyzm u myszy
z zespołem hpg (delecja fragmentu genu)
może być wyleczony
przez włączenie transgenu
zawierającego kompletny gen.

Terapia genowa u ludzi: na razie bez rewelacji

5

Terapeutyczny gen włącza się do genomu. Ale gdzie?
U człowieka włączenie się genu w „niebezpiecznych”
miejscach może spowodować powstanie nowotworu.

Siedem cech groszku, które badał Grzegorz Mendel

Biały kolor, nieobecny w pokoleniu F1, pojawia się w następnym pokoleniu

Cecha recesywna

:

zamaskowana przez cechę
dominującą
w pokoleniu F1, pojawia się
w następnym pokoleniu.

samozapylenie

1 Prawo Mendla: każda cecha jest determinowana przez 2 geny

F: kolor czerwony
(cecha dominująca)

f: kolor biały
(cecha recesywna)

Kolor biały pojawi
się tylko u homozygoty ff.

Allele dominujące i recesywne

allel

: jedna z serii możliwych form genu, różniących się sekwencją DNA

i wpływających na pojedynczy produkt

heterozygota

: osobnik diploidalny lub polidiploidoalny,

który ma różne allele w jednym locus dwie różne formy genu

homozygota

: osobnik posiadający identyczme allele w tym samym locus

2 prawo Mendla: geny warunkujące różne cechy dziedziczą się

niezależnie od siebie

6

Dziedziczenie grup ABO jako przykład cechy
kodowanej przez kilka alleli

I

A

i

I

B

kodują grupę krwi A i B,

są genami kodominującymi

i

koduje grupę O,

jest genem recesywnym

kodominacja

: sytuacja,

gdy w układzie
heterozygotycznym dochodzi
do pełnej ekspresji dwóch alleli
tego samego genu.

Przykład: grupa AB.

Dochodzenie ojcostwa

matka ma grupę A, dziecko 0. Kto jest ojcem?

matka

ojciec

ojciec

dzieci

dzieci

Cecha recesywna oznacza brak białka, odpowiedzialnego
za powstanie danej cechy. Przykład: niebieski kolor oczu
jest spowodowany brakiem barwnika. Grupa krwi „O”
jest wynikiem braku enzymów kodujących grupy A i B.
W obu przypadkach białka kodujące enzymy są defektywne.

Ponieważ każdy ma dwie pary genów, kodujące daną cechę,
to w przypadku cechy recesywnej, oba geny muszą kodować
defektywne białka.

Przykłady dominujących genów u człowieka: brązowy kolor
oczu, kręcone włosy, zdolność do zwijania języka w trąbkę,
przyrośnięty płatek ucha, umieszczenie lewego kciuka na górze
przy składaniu rąk.

Takie cechy zawsze się ujawniają.

Wiele cech dziedziczy się zgodnie z prawami Mendla:
kto jest mamą Wandy?

Epistaza: jednokierunkowe oddziaływanie na siebie genów nieallelicznych

(jeden gen maskuje
ekspresję drugiego)

geny kodujące barwnik:

B

: czarny, dominujący

bb

: brązowy, recesyny

E/e

: gen regulujący rozkład

barwnika w futrze,
recesywny

Brak E (fenotyp ee) ⇒

⇒

⇒

⇒

kolor barwnika
nie ma znaczenia,
ponieważ nie
dostanie sie do futra

≡≡≡≡

recesywna epistaza

Imprinting: blokada jednego allela u potomka

7

Relikacja: synteza DNA na matrycy DNA

(powielenie DNA)

Cykl komórkowy

Mitoza

Cykl komórkowy: etapy, przez które
komórka przechodzi w czasie podziału.

Mitoza

(faza M): etap, w czasie którego

komórka się rozmnaża (dwa łańcuchy DNA
rozdzialają się, i każdy służy jako matryca
dla nowego).

Interfaza

: okres pomiędzy podziałami

mitotycznymi: G1; S; G2.

G1

: okres między mitozą i początkiem

replikacji DNA.

S

: okres, w którym następuje synteza DNA.

Ilość DNA wzrasta z 2n do 4n.

G2

: okres miedzy fazą S i mitozą.

MEJOZA

: podział redukcyjny.

Każda komórka potomna zawiera połowę
materiału genetycznego komórki somatycznej.

Mejoza ma miejsce w komórkach płciowych
(plemnikach i jajach).

Komórka haploidalna: zawiera po jednym
chromosomie. Plemniki i jaja są haploidalne.

Komórka diploidalna: zawiera po parze
chromosomów każdego rodzaju.
Wszystkie komórki oprócz płciowych
są diploidalne.
Jeden chromosom dziedziczymy po ojcu,
a drugi po matce.

organizm diploidalny

MEJOZA

haploidalne
jajo

haploidalny
plemnik

ZAPŁODNIENIE

diploidalna zygota

MITOZA

diploidalny

organizm

Porównanie podziału
mejotycznego i mitotycznego

Mitoza: komórka
potomna zawiera tyle samo
chromosomów,
co komórka macierzysta.

Mejoza: komórka potomna
zawiera połowę materiału
genetycznego.

MEJOZA MITOZA

Replikacja kolistego plazmidu

Replikacja jest dwukierunkowa i rozpoczyna się w miejscu Ori

widełki

replikacyjne

początek
replikacji

W organizmach eukariotycznych replikacja rozpoczyna się
w wielu miejscach i przebiega w obu kierunkach
od każdego z nich.

8

Każda macierzysta nić DNA jest matrycą

Synteza DNA następuje w kierunku 5’

→

→

→

→

3’

i jest nieciągła na nici opóźnionej

Nić wiodąca

Nić opóźniona

fragmenty Okazaki

Kierunek ruchu
widełek replikacyjnych

Nowopowstałe nici DNA mają różne właściwości:

nić wiodąca jest ciągła, a nić opoóźniona nieciągła

Nukleotydy dodawane do 3’-końca
w sposób ciągły

poprzedni fragment ostatni fragment pojedyncza nić

nić wiodąca

nić opóźniona

Polimeraza DNA syntezuje DNA
i ma aktywność egzonukleazową;
sprawdza każdą włączoną
do powstającej nici zasadę
i odłącza zasady, które nie pasują

„Dłoń” zawiera miejsce katalityczne (przyłącza nukleotydy).
„Palce” biorą udział w pozycjonowaniu matrycy.
„Kciuk” wiąże podwójną nić DNA w momencie
wyjścia z centrum aktywnego.

Polimeraza DNA jako prawa ręka

Polimeraza DNA rozróżnia deoksyrybonukleotydy od rybonukleotydów,
których stężenie w komórce jest 10 razy wyższe

9

Synteza DNA na nici wiodącej i opóźnionej

nić wiodąca

polimeraza DNA

DNA B
helikaza

prymaza
(syntezuje
primer RNA)

primer RNA

nić opóźniona

prymaza

nowa podjednostka

ββββ

związana z primerem RNA

stara podjednostka

ββββ

ślizgająca się
klamra

Rola metylacji w naprawie DNA

replikacja

macierzysta nić
jest częściowo metylowana,
co pozwala na odróżnienie nici

przez krótki czas po replikacji,
macierzysta nić jest metylowana

metylaza Dam metyluje N

6

adeniny

w sekwencji GATC

obie nici są metylowane i nierozróżnialne

Sprawdzanie błędów przez
polimerazę DNA

Rzadka tautomeryczna forma

C

, która

tworzy parę z A, zostaje włączona

Przemiana w „normalną” formę

C

:

zasady nie są sparowane prawidłowo

Niesparowane zasady hamują dalsze wydłużanie DNA
Polimeraza DNA cofa się

Usunięcie niesparowanej zasady

Polimeraza DNA podejmuje aktywność

Ludzki genom ma wiele genów
odpowiedzialnych za naprawę
zmutowanego DNA

U eukariotów, uszkodzenie DNA
może być rozwinięte przez
helikazy XPB-XPG (nazywane
czynnikiem TFIIH), następnie
wycięte przez endonukleazy
XPG i XPF.

Nazwa czynników XP
pochodzi od choroby
Xeroderma pigmentosum,
w której te czynniki
są uszkodzone.

Choroba autosomalna,
recesywna, polega na
nadwrażliwości skóry
na światło słoneczne.

10

Replikacja w organizmach eukariotycznych jest bardziej złożona

U bakterii jest tylko jedno miejsce inicjacji replikacji.

U eukariotów miejsc takich jest wiele (ok. 400 u drożdży).

Komórki eukariotyczne zawierają kilka polimeraz DNA.

Terminacja replikacji liniowych chromosomów
eukariotycznych jest powiązana z telomerami
(strukturami na końcach chromosomów).

Rekombinacja DNA

Hipotetyczny organizm: 3 pary chromosomów
(komórka jest diploidalna)

Replikacja: każda zreplikowana cząsteczka DNA = chromatyda

Profaza I: 3 homologiczna pary chromosomow tworzą tetrady.
Cross over ma miesce w obrębie chiasmata.

Homologiczne pary migrują w stronę przeciwnych
biegunów dzielącej się komórki

Pierwszy podział mejotyczny daje 2 komórki potomne,
każda z 3 parami chromatyd

Homologiczna pary układają się w poprzek komórki,
w przygotowaniu do podziału chromatyd
(nazywanych odtąd chromosomami)

Drugi podział mejotyczny daje 4 haploidalne komórki potomne,
każda z 3 chromosomami. Chromosomy sa zrekombinowane.

Po replikacji, powstałe kopie DNA są zasocjowane poprzez centromery
i nazywa siostrzanymi chromatydami.

Na tym etapie, każdy każdy zestaw 4 homologicznych chromosomów
istnieje jako 2 pary chromatyd.

Genetyczna informacja jest wymieniana między homologicznymi
chromatydami poprzez homologiczną rekombinację,
proces polegający na przerywaniu i łączeniu DNA,

Proces ten nazywany jest

crossing over

.

Crossing over łączy dwie pary siostrzanych chromatyd w miejscach
zwanych chiazmata.

Crossing Over

homologiczna
para

tetrada

homolog

siostrzana
chromatyda

centromery

punkt cross over
(chiazma)

wymiana materiału genetycznego

chromatydy

Rekombinacja może dać wzajemną
wymianę jednoniciowych odcinków.

Otwarcie struktur Hollidaya
może generować rodzicielskie
lub rekombinowane dupleksy,
w zależności od tego, która
nić została nacięta.

Oba typy produktów zawierają
heterodupleksy.

11

Transkrypcja: synteza mRNA (informacyjnego RNA)

na matrycy DNA

W syntezie białek biorą udział 3 rodzaje RNA: mRNA, tRNA i rRNA

mRNA (informacyjny RNA)

ma sekwencję odpowiadającą białku

500 - 10 000 pz

tRNA (transportowy RNA)

przenosi aminokwasy

74 - 95 pz

rRNA (rybosomowy RNA)

ma rozbudowaną strukturę
drugorzędową i asocjuje z białkami,
tworząc rybosomy
1500 - 1900 pz (małe rRNA)
2900 - 4700 pz (duże RNA).
Rybosomy produkują białko
na matrycy mRNA.

Jedna nić DNA jest transkrybowana (przepisywana) w RNA

nić kodująca

nić matrycowa

Jednostka transkrypcyjna: odcinek między promotorem i terminatorem

Synteza RNA wymaga
rozplecenie DNA
i powstania
„transkrypcyjnej bańki”

nić kodująca

nić matrycowa

W czasie transkrypcji, polimeraza RNA rozplata i splata DNA,

jednocześnie syntezując RNA

12

Eukariotyczne mRNA jest modyfikowane na obu końcach:

czapeczka („cap”)

na 5’-końcu i

poliadenylacja

na 3’-końcu

„Cap” (czapeczka) blokuje 5’-koniec mRNA

i może być metylowany w kilku pozycjach

5’----5’

Struktura czapeczki: GpppApNp

5’ 5’

większość eukariotów z wyjątkiem jednokomórkowych

10-15% mRNA

7-metyloguanozyna
związana z 5’-końcem
przez wiązanie
5’,5’-trifosforanowe

Transkrypcja ma 4 etapy

1. Rozpoznanie promotora

i związanie.

2. Inicjacja

3. Wydłużenie (elongacja)

4. Terminacja

Transkrypcja = synteza RNA na matrycy DNA przez polimerazę RNA

nić kodująca

nić matrycowa

kanał dNTP

miejsce aktywne

kierunek transkrypcji

hybryda DNA-RNA,
8 pz

Nici: kodująca i matrycowa
RNA odpowiada nici kodującej

DNA nić kodująca
DNA nić matrycowa

RNA transkrypt

Struktura polimerazy RNA z E. coli

podjednostka

α

αα

α

podjednostka

ββββ

podjednostka

ββββ

’

bez podjednostki

ββββ

miejsce aktywne
z kationem Mg

2+

DNA

RNA

13

Polimeraza RNA rozpoznaje sekwencję -35,

rozplata DNA przy sekwencji -10

Promotory E. coli rozpoznawane przez polimerazę RNA

Sekwencja DNA rozpoznawana przez polimerazę RNA
nazywana jest

promotorem

.

Inicjacja transkrypcji polega
na chronologicznym
przyłączaniu się

czynników

transkrypcyjnych.

Pierwszym etapem jest
związanie

TF

II

D

do sekwnencji TATA.

Potem następuje związanie
czynników

TF

II

A

,

TF

II

B

i

TF

II

F

.

Czynnik

TF

II

F

ma aktywność

helikazy (rozplata DNA)
i sprowadza polimerazę RNA
do kompleksu.

Inhibitory transkrypcji: aktynomycyna D i akrydyna

Planarna część cząsteczki interkaluje DNA między parami C

≡≡≡≡

G, deformując DNA,

co powstrzymuje ruch polimerazy RNA wzdłuż DNA.

Muchomor sromotnikowy (Amanita phalloides)

Muchomor jadowity (Amanita virosa)

14

α

αα

α

- Amanityna: cykliczny 8-aminokwasowy peptyd

Silny inhibitor polimerazy II RNA.
Dawka śmiertelna dla człowieka: 0.1 mg/kg ciała.
Przeciętna zawartość w grzybie: 1 mg/10 g.
Aby spowodować śmierć człowieka, wystarczy 70 g grzyba.
Śmierć po 4-5 dniach w wyniku niewydolności nerek i wątroby.

Amanityna blokuje przemieszczanie się polimerazy II RNA po DNA.

Ekspresja genów eukariotycznych może być regulowana

przez sygnały wewnątrzkomórkowe lub pochodzące z zewnątrz komórki

błona

komórkowa

nowe
białko

zmiana
funkcji
komórki

translacja

jądro

transkrypcja

1. Hormon (H) przenika przez błonę komórkową

i wiąże się z receptorem (Rec).

2. Receptor ze związanym hormonem oraz innymi

białkami wiąże się z sekwencją DNA rozpoznawaną
przez receptor (Hormone Response Element)
w sąsiedztwie swoistego genu.

3. Związanie receptora dla hormonu powoduje

zmiany w transkrypcji (wzrost lub zmiejszenie się

ilości mRNA kodującego dane białko).

4. Nowo wytworzone białko wpływa na zmianę

funkcji komórki.

Elementy regulatorowe w bakteriach, drożdżach i u człowieka:
są coraz bardziej złożone.

Chromosom X (determinuje płeć żeńską) podlega inaktywacji
u różnych gatunków. U ssaków zawsze jeden z chromosomów
jest inaktywowany, a drugi aktywny, z tym, że mogą to być
różne chromosomy w różnych komórkach.

Myszy, u których kolor
futra jest zakodowany
na chromosomie X,
wykazują plamy na futrze,
ponieważ kolor zależy
od tego, który chromosom X
jest aktywny.

Mechanizm inaktywacji
chromosomu X:
RNA „Xist”,kodowane
przez chromosom X,
opłaszcza jeden
z chromosomów
i powoduje jego
inaktywację.

15

Gen SRY, obecny na chromosomie Y,
odpowiada za kształtowanie się jąder.

Różnice w rozwoju zarodka żeńskiego i męskiego zachodzą pod wpływem
testosteronu (T), dihydrotestosteronu (DHT) i Mullerowską Substancję
Hamującą (MIS), która powoduje zanik zawiązków żeńskich narządów
płciowych.

Translacja: synteza białka na matrycy mRNA

Rybosom wiąże mRNA i tRNA, syntezuje białko

Rybosomy są rybonukleoproteinami,
składającymi się białek i rRNA

mRNA i tRNA przesuwają się w rybosomie w tym samym kierunku.
Jednocześnie powstaje białko.

16

tRNA (transportowy RNA) zawiera aminokwas, i rozpoznaje kodon
który koduje ten aminokwas

Synteza białka ma 3 etapy:

Inicjacja
Elongacja
Terminacja

Inicjacja rozpoczyna się
od kodonu AUG (metionina),
dlatego pierwszym
aminokwasem jest

metionina

.

Inicjacja translacji

Początek syntezy łańcucha
polipeptydowego na matrycy mRNA.

Synteza białka rozpoczyna się
od pierwszego kodonu AUG,
licząc od początku mRNA.

Dalszy ciąg translacji:
przyłączenie drugiego aminokwasu

Teraminacja translacji:

do kodonu STOP

(UAG, UAA, UGA)
wiąże się
„czynnik uwolnienia”.

Terminacja (zakończenie translacji): Kodony:

UAA (ochre)
UAG (amber)
UGA (opal)

Kodony terminacji są rozpoznawane przez czynniki uwalniania
(a nie przez aminoacylo-tRNA).

17

Aminokwasy są kodowane przez kodony, czyli trójki nukleotydów

64 kodony:
61 kodonów koduje aminokwasy
3 kodony powodują zatrzymanie
translacji

Aminokwas może być kodowany przez 1 do 6 kodonów

Trzecia zasada w kodonie ma najmniejsze znaczenie

Sekwencja DNA lub RNA może być odczytana na 3 różne sposoby,
nazywane ramami odczytu. Tylko jedna rama odczytu jest
prawidłowa.

Rybosom selekcjonuje
aminoacylo-tRNA

Dowolny aminoacylo-tRNA może się
znaleźć w miejscu A rybosomu,
ale tylko ten, który tworzy stabilną parę
z antykodonem, jest stabilizowany
przez rybosom.

Kodon w mRNA jest rozpoznawany przez antykodon w tRNA.
tRNA ma przyłączony aminokwas, który koduje.

18

Wytwarzanie białka przez rybosomy
na matrycy mRNA

Białka wędrują do odpwiednich przedziałów w komórce

Białko przechodzi do retikulum endoplazmatycznego,

albo do mitochondrium za pośrednictwem struktury zwanej translokonem

Za lokalizację białek odpowiadają krótkie peptydy sygnałowe,

znajdujące się na N-końcu lub C-końcu białka

Białka mogą przejść do retikulum endoplazmatycznego

tylko w czasie syntezy

Retikulum endopazmatyczne stanowi zespół błon,

które zaczynają się przy jądrze

19

Peptyd sygnałowy (wiodący) powoduje, że powstające białko

wchodzi do retikulum endoplazmatycznego.

Peptydy sygnałowe sa hydrofobowe.

Rybosomy, które syntezują
białka wydzielnicze lub
transbłonowe,
są związane z błoną retikulum
endoplazmatycznego
za pośrednictwem sekwencji
sygnałowej w powstającym
białku.

Sekwencja sygnałowa wiąże się
do Signal Recognition Particle (SRP).
SRP hamuje translację, dopóki
SRP nie zwiąże się z receptorem dla SRP
w błonie ER.

Sekwencja sygnałowa jest odcinana
przez peptydazę sygnałową,
która działa w lumenie ER.

Powstający polipeptyd jest przenoszony bezpośrednio

z rybosomu w kanał translokonu. Rybosom zamyka translokon

od strony cytozolu, a wtedy kanał otwiera się od strony lumenu ER.

Translokacja białek wydzielniczych i transbłonowych jest zawsze

kotranlacyjna

(insercja następuje w czasie translokacji).

Białka mitochondriów i chloroplastów są translokowane

po translacji

, a czynnikiem kierującym te białka do odpowiednich

organelli są sekwencje sygnałowe. Sekwencje te są rozpoznawane
przez swoiste receptory w błonach organelli.

Mitochondrialna sekwencja sygnałowa składa się z aminokwasów

hydrofobowych, polarnych i zasadowych

Mitochondria mają receptory
dla importowanych z cytozolu
białek w zewnętrznej
i wewnętrznej błonie.

Jeżeli sekwencja sygnałowa
danego białka zostanie
rozpoznana przez receptor
zewnętrzny, białko to przejdzie
przez obie błony do matriks.

Jeżeli białko to ma dodatkowy
sygnał kierujący do przestrzeni
międzybłonowej, zostanie
z matriks reeksportowane.

20

Sekwencja sygnałowa mitochondialnego białka błony wewnętrznej
zawiera 2 sekwencje sygnałowe: pierwsza kieruje do mitochondrium,
a po jej odcięciu druga sekwencja (wewnątrz mitochondrium)
kieruje białko to wewnętrznej błony.

Chloroplasty również mogą miec 2 sekwencje sygnałowe

Translokony w zewnętrznej i wewnętrznej błonie mitochondrium
są różne; TOM (Outer Membrane) i TIM (Inner Membrane).
Białka przechodzą bezpośrednio z TOM do TIM.

Pory jądrowe służą do impotu białek z cytozolu do jądra,

oraz do eksportu RNA i białek z jądra do cytozolu

Struktura kanału jądrowego (Nuclear Pore Complex)

Jądrowe sekwencje sygnałowe (NLS; Nuclear Localization Signals)
zawierają zasadowe aminokwasy i proliny.
Niektóre białka mają dodatkowo NES (Nuclear Export Signals);
te sygnały umożliwiają eksport białek z jądra.

21

Białka bakteryjne mogą być eksportowane ko- lub posttranslacyjnie,
i mogą być kierowane do wewnętrznej lub wewnętrznej błony
komórkowej, lub do przestrzeni międzybłonowej.

Prawdopodobieństwo zachorowania na raka wzrasta z wiekiem

Jeżeli w komórce nastąpi
mutacji w genie mutatorowym,
to szybkość mutacji
wzrasta 10-krotnie.
Taka komórka może stać się
komórką nowotworową.

Ponadto, w komórkach
nowotoworowych
następują rearanżacje
chromosomów.

Jeżeli w wyniku mutacji
komórka zaczyna rosnąć szybciej,
następuje klonalna ekspansja:
komórki rosnące szybciej
zaczynają dominować
w danej populacji.

Klonalna selekcja powoduje,
że komórki są bardziej złośliwe
na każdym etapie.

3 cechy odróżniają komórki nowotworowe
od prawidłowych:

•

nieśmiertelność

: zdolność do wzrostu

w nieskończoność;

•

transformacja

: brak zahamowania

wzrostu (czynniki wzrostowe stają się
niekonieczne);

•

przerzutowanie (metastaza)

:

zdolność do tworzenia skupisk
(przerzutów) w innych tkankach

Prawidłowe fibroblasty rosną
w postaci pojedynczej warstwy;
transformowane fibrolblasty
tworzą skupiska wielu warstw.

22

Komórki nowotworowe
rosną w postaci
skupisk.

Onkogen powstaje w wyniku
mutacji w proto-onkogenie.

Znanych jest ok. 100 onkogenów.

Mutacja w onkogenie może
spowodować powstanie
fenotypu nowotworowego
(tzw. mutacja gain-of-function).

Mutacja w genie supresorowym
może również spowodować
powstanie fenotypu
nowotworowego
(tzw. mutacja loss-of-function).

Proto-onkogeny mogą
zostać zaktywowane
przez translokację
chromosomalną.

Przeniesienie protoonkogenu
c-myc w pobliże wzmacniacza
Ig (odpowiedzialnego za
ekspresję przeciwciał)
powoduje wzrost ekspresji
genu c-myc.

Translokacja
Philadelphia
generuje nowy
onkogen, obecny
u pacjentów
z ostrymi białaczkami.

Onkogen bcr-abl
aktywują kaskadę
Ras/MAPK.

Receptory dla czynników wzrostu po związaniu liganda ulegają
autofosforylacji. Utrata części receptora może powodować
konstytutywną aktywację receptora. Np: v-erb, skrócona wersja c-erb,
receptora dla czynnika wzrostu EGF.

p53 jest supresorem nowotworów, który jest nieobecny lub nieaktywny
w 50% raków.
Aktywacja p53 jest spowodowana przez uszkodzenie DNA.
W wyniku aktywacji następuje zahamowanie wzrostu lub smierć
komórki w wyniku apoptozy

Utrata p53 u myszy powoduje
podwyższoną śmiertelność
z powodu nowotworów.

U myszy p53

-/-

100% myszy

ma nowotwory.

23

p53 jest jądrowym, fosforylowanym białkiem, istniejącym jako tetramer.
„Dziki” p53 jest konieczny do zahamowania wzrostu.
Jego nieobecność powoduje nieograniczony wzrost. Wystarczy jedna
zmutowana podjednostka tetrameru, żeby p53 stracił aktywność.

Uszkodzenie DNA aktywuje p53.
Dalszy los komórki zależy od
cyklu komórkowego.

Na wczesnych etapach cyklu,
p53 aktywuje czynniki naprawcze
i sprawdzające, które zatrzymują
podziała komórki do czasu naprawienia
uszkodzenia.

Jeżeli jest już zbyt późno, p53
powoduje apoptozę.

p53 aktywuje kilka niezależnych ścieżek.
Aktywacja p21 może spowodować zatrzymanie cyklu komórkowego.
Aktywacja GADD45 powoduje niestabilność genomu.
Wszystko razem może spowodować apoptozę.

Apoptoza (programowana śmierć komórki) jest spodowana
zmianą struktury jądra i fragmentacją DNA.

p53 może być inaktywowane na wiele sposobów, w wyniku
mutacji w samym p53, lub mutacji które wpływają na ilość p53

p53 może być modyfikowany poprzez fosforylację lub acetylację.
Kinazy fosforylujące p53 są aktywowane przez obecność pęknięć
w DNA (ATM), promieniowanie UV i inne rodzaje stresu (ATR).

24

08. Biochemia - podstawy biologii molekularnej

Tematy do zapamiętania

1. Plazmidy, transformacja, klonowanie.
2. Reakcja łańcuchowa polimerazy.
3. Rośliny i zwierzęta transgeniczne.
4. Prawa Mendla.
5. Mitoza i mejoza.
6. Cykl komórkowy, replikacja.
7. Transkrypcja i jej regulacja.
8. Translacja, kodony.
9. Lokalizacja białek w komórce, peptydy sygnałowe.
10. Onkogeny.