1

BLOK Ia

Monika Zakrzewska

Katedra i Zakład Genetyki Medycznej Akademii Medycznej w Poznaniu

PROJEKT POZNANIA GENOMU CZŁOWIEKA

Cele programu:

- skonstruowanie szczegółowych map fizycznych i genetycznych całego genomu

człowieka,

- zlokalizowanie wszystkich genów w obr bie genomu człowieka,

- wypracowanie metod przechowywania i udost pniania uzyskanych danych; ulepszenie

metod sekwencjonowania,

- uzyskanie wiedzy na temat skutków społecznych, ideologicznych i etycznych nowych

technologii genetycznych.

15 luty 2001 – odczytanie genomu ludzkiego

2003 r. – podsumowanie działalno ci programu, ogłoszenie kompletnych sekwencji

genomu

Genom człowieka -budowa

Genom - całkowity DNA komórki lub organizmu, obejmuj cy zarówno wszystkie geny, jak i

odcinki mi dzygenowe.

Genom zawiera około 20 000 – 25 000 genów, ale odcinki koduj ce stanowi ok. 1% całego

genomu.

Około 30% stanowi sekwencje ulegaj ce transkrypcji oraz sekwencje zwi zane z genami.

Pozostała cz

genomu to sekwencje powtarzaj ce si oraz sekwencje unikatowe.

Geny i sekwencje zwi zane z genami to: eksony, introny, pseudogeny,

fragmenty genów, sekwencje regulatorowe, sekwencje pocz tkowe i ko cowe

genów.

Pozagenowy DNA to: sekwencje unikatowe, sekwencje powtórzone

(repetytywne).

Typy sekwencji powtórzonych:

1) Sekwencje powtórzone rozproszone

2) Sekwencje powtórzone tandemowe (zwarte)

A

TT

CC

C

G

T

AA

T

GG

T

A

TT

CC

C

A

G

C

A

G

C

A

G

C

A

G

2

ródło: Przykłady analiz DNA (pod redakcj

Ryszarda Słomskiego), Wydawnictwo AR w

Poznaniu, Pozna 2004; zmodyfikowano

20-25tys. genów

3

BUDOWA FIZYCZNA GENOMU

Genom j drowy:

- zbudowany z ponad 3 Gp (3 miliardy zasad)

- zło ony z 24 ró nych dwuniciowych liniowych cz steczek DNA – chromosomów

- zakres wielko ci cz steczek (chromosomów) od 55 Mbp do 250 Mbp

- w ród chromosomów wyró niamy autosomy i heterosomy

Genom mitochondrialny:

- zbudowany z około 16 569 zasad (du o mniejszy ni genom j drowy)

- kolista dwuniciowa cz steczka DNA

- wyst puje w mitochondrium w kilku kopiach (4-10 czasteczek)

- obecny we wszystkich mitochondriach

- nie zawiera intronów

- zawiera:

13 genów koduj cych białka zwi zane z fosforylacj oksydacyjn

22 geny koduj ce tRNA

2 geny koduj ce rRNA

GEN

To okre lony ci g nukleotydów w ła cuchu DNA, który za po rednictwem RNA

koduje pojedynczy ła cuch polipeptydowy lub cz steczk RNA np. rRNA

W skład wielu białek wchodzi wi cej ni jeden polipeptyd, st d białka mog by

kodowane przez wi cej ni jeden gen

Geny człowieka s nieci głe – odcinki koduj ce (eksony) s poprzedzielane

odcinkami niekoduj cymi (intronami)

DNA – KWAS DEZOKSYRYBONUKLEINOWY

Cz steczka DNA jest biopolimerem, zbudowanym z dwóch przeciwrównoległych

ła cuchów, zwini tych wokół wspólnej osi

Podstawowym elementem DNA jest nukleotyd zbudowany z: cukru – deoksyrybozy,

reszty fosforanowej i jednej z czterech zasad (adeniny, guaniny, cytozyny, tyminy)

4

Ła cuchy fosforanowe poł czone z deoksyryboz uło one s na zewn trz, natomiast

rodek helisy tworz odpowiednio dopasowane pary zasad (komplementarnie)

Zasady poł czone s wi zaniami wodorowymi w pary A-T (dwa wi zania wodorowe)

i G-C (trzy wi zania wodorowe)

Zasady wyst puj ce w DNA to:

Zasady purynowe: adenina (A) i guanina (G)

Zasady pirymidynowe: tymina (T) i cytozyna (C)

Jednostk długo ci DNA jest „para zasad” – pz (ang. bp)

1000 pz = 1 kpz

1 000 000 pz = 1 Mpz

RNA – KWAS RYBONUKLEINOWY

Cz steczka jednoniciowa (mo e tworzy lokalnie struktury dwuniciowe)

Mo e przyjmowa ró ne konformacje przestrzenne

Zasady wyst puj ce w RNA s takie same, jak w DNA z jednym wyj tkiem -

zamiast tyminy wyst puje uracyl

Cz steczka cukru wchodz c w skład RNA to ryboza

Trzy podstawowe typy RNA : mRNA (informacyjne), tRNA (transportuj ce) i

rRNA (RNA zwi zane z rybosomami)

A

T

GG

T

C

GG

C

A

T

G

A

T

A

CC

A

G

CC

G

T

A

C

T

5

REPLIKACJA

Replikacja to proces słu cy podwojeniu materiału genetycznego przed ka dym

podziałem komórkowym.

Podczas replikacji dwuniciowa helisa rozplata si i ka da pojedyncza ni słu y jako

matryca do komplementarnej nici potomnej.

Poprawno odtwarzanych ła cuchów zapewnia komplementarno zasad AT i GC.

Replikacja rozpoczyna si od jednego miejsca inicjacji i post puje, a do miejsca

terminacji. Chromosomy człowieka zawieraj wiele miejsc startu replikacji, a

zreplikowane fragmenty ł cz si pó niej ze sob .

Replikacja u człowieka jest semikonserwatywna, poniewa cz steczka potomna składa

si zarówno z nici matrycowej , jak i nowo utworzonej.

SYNTEZA BIAŁEK

Proces prowadz cy do wytworzenia funkcjonalnych cz steczek białek, zachodz cy we

wszystkich ywych komórkach (z wyj tkiem erytrocytów, które nie posiadaj j der).

Proces syntezy przebiega w dwóch etapach: transkrypcji i translacji, rozdzielonych w

przestrzeni – transkrypcja zachodzi w j drze, translacja w cytoplazmie.

Transkrypcja jest syntez jednoniciowego RNA na matrycy DNA, katalizowana przez

polimeraz RNA i wymagaj ca obecno ci prekursorowych rybonukleotydów. Jedna z

nici helisy DNA słu y jako matryca do utworzenia informacyjnej cz steczki kwasu

rybonuklieonowego – mRNA (messenger RNA).

mRNA utworzone po transkrypcji – pre-mRNA - zawiera oprócz odcinków

koduj cych (eksonów) równie niekoduj ce (introny), które musz zosta usuni te w

procesie składania genów tzw. splicingu RNA. W ko cowym etapie składania genów

zmianom ul gaj tak e oba ko ce transkryptu. Do ko ca 5’ zostaje doł czona tzw.

czapeczka (7-metyloguanozyna), a do ko ca 3’ „ogon” zło ony z poli(A).

Modyfikacja ko ców decyduje o stabilno ci i trwało ci transkryptu.

Po wyci ciu intronów dojrzałe mRNA mo e zosta przetransportowane do

cytoplazmy, gdzie odbywa si proces translacji.

W procesie translacji bior udział cz steczki tRNA i rybosomy. Cz steczki tRNA

umo liwiaj rozszyfrowanie kodu zawartego w strukturze mRNA oraz dostarczaj

odpowiednie aminokwasy. Tworzenie ła cucha polipeptydowego odbywa si na

rybosomie.

Proces translacji rozpoczyna si od odczytania kodonu AUG i przył czenia metioniny.

W trakcie odczytywania kolejnych kodonów tRNA dostarczaj aminokwasy jeden po

drugim zgodnie z odczytywan informacj na mRNA. W ten sposób powstaje

wydłu aj cy si polipeptyd. Sygnałem ko cz cym translacj jest sekwencja zasad

zawieraj ca kodon typu stop (nonsens) – UUA, UAG, UGA.

6

KOD GENETYCZNY

Jest to zasada okre laj ca sposób zapisywania informacji o strukturze białek w postaci

kolejno uszeregowanych nukleotydów na podstawie której mo liwe jest odtworzenie ła cucha

polipeptydowego. Kod genetyczny jest:

Trójkowy – ka demu aminokwasowi odpowiada przynajmniej jeden zbiór trzech

kolejno wyst puj cych po sobie nukleotydów tzw. kodon

Zdegenerowany – niektóre aminokwasy s zakodowane przez kilka ró nych trójek

nukleotydowych

Bezprzecinkowy – ka dy nukleotyd wchodzi w skład tylko jednego kodonu

Uniwersalny – ma zastosowanie do wszystkich organizmów (z małymi wyj tkami)

Trzy kodony nie odpowiadaj adnym aminokwasom, s to tzw. kodony stop – UAA,

UAG, UGA

CHROMOSOMY

S zbudowane z DNA i białek, głównie histonowych (H2A, H2B, H3, H4).

Kompleks kwasów nukleinowych i białek jest nazywany chromatyn – jest ona

widoczna w j drze interfazowym jako struktura o ró nym stopniu kondensacji.

Chromatyna o wysokim stopniu kondensacji to heterochromatyna; euchromatyna to

chromatyna mniej skondensowana.

Chromosomy jako indywidualne struktury s widoczne tylko podczas podziału

komórkowego – chromatyna silnie skondensowana.

Podstawow jednostk strukturaln chromosomu jest nukleosom. Jest on zbudowany z

oktamerowego rdzenia histonowego i oplataj cej go 2 i 1/2 raza helisy DNA.

Nukleosomy ł cza si ze sob w struktur przypominaj ca sznur korali, a nast pnie w

wyniku skr cania i pofałdowania tworz tzw. solenoid – włókno chromatynowe.

W ko cowym etapie kondensacji, liczne wyp tlenia i pofałdowania tworz

chromosom metafazowy (10 000 razy bardziej skondensowany ni chromatyna

interfazowa).

Chromosomy metafazowe s zbudowane z dwóch identycznych (siostrzanych)

chromatyd.

Centromer (tzw. przew enie pierwotne) dzieli chromosom na dwa ramiona: krótkie

„p” i długie „q”.

Ze wzgl du na poło enie centromeru chromosomy mo emy podzieli na:

metacentryczne, submetacentryczne, akrocentryczne i telocentryczne (nie wyst puj u

człowieka).

Ko cowe odcinki chromosomów nazywamy telomerami.

Na krótkich ramionach chromosmów akrocentrycznych wyst puj grudki

chromatynowe zwane satelitami.

Numeracja chromosomów od 1 do 22 odpowiada zmniejszaj cej si wielko ci

cz steczek DNA.