Przepływ informacji

genetycznej

DNA

hnRNA

mRNA

Pre-pro-białko

Białko dojrzałe

DNA

Replikacja

Transkrypcja

Obróbka potranskrypcyjna

Translacja

Obróbka potranslacyjna

Cechy DNA

 Polimer 4

deoksyrybonukleotydów

(zawierających

deoksyrybozę

)

– d

A

MP

– d

G

MP

– d

C

MP

– d

T

MP

 Monomery połączone są wiązaniami

3’, 5’-fosfodiestrowymi

 Cząsteczka jest

polarna

(kierunek

5’ → 3’

)



Dwuniciowy

→

A=T

i

G=C

– nici połączone

wiązaniami wodorowymi

między parami zasad

puryna-pirymidyna:

A=T

,

G≡C

– nici są

przeciwległe

(pasmo

matrycowe

i

kodujące

)

 zawiera sekwencje kodujące (

eksony

), niekodujące (

introny

)

oraz

regulatorowe

 kształt

podwójnej helisy

z dwoma

rowkami

Struktura DNA

Funkcje DNA



Przechowywanie

informacji genetycznej

 Haploidalny genom człowieka zawiera ok.

3 000 000 000 par

zasad



Replikacja

semikonserwartywna



Transkrypcja

Cechy RNA

 Polimer 4

rybonukleotydów

(zawierających

rybozę

)

–

A

MP

–

G

MP

–

C

MP

–

U

MP

 Monomery połączone są wiązaniami

3’, 5’-

fosfodiestrowymi

 Cząsteczka jest

polarna

(kierunek

5’ → 3’

)

 Zawiera fragmenty

jednoniciowe

(pętle) i

dwuniciowe

(szypuły) połączone

wiązaniami

wodorowymi

między parami zasad

– A <> C <> G <> U

 bardzo

heterogenne

Rodzaje RNA

 Jądrowy

heterogenny

RNA

 Jest

komplementarny

do nici

matrycowej

DNA

i

identyczny

z jego nicią

kodującą

(z wyjątkiem

T→U

)



Duża masa

cząsteczkowa (> 10

7

Da)

 Zawiera w większości sekwencje

niekodujące

 Podlega złożonej

obróbce potranskrypcyjnej

do mRNA

(

składanie

=

splicing

=

wycinanie intronów

+

łączenie

eksonów

)

 Duża część jest

degradowana

w obrębie jądra

hnRNA

Rodzaje RNA

Informacyjny RNA
Zawiera głównie sekwencje

kodujące

, z wyjątkiem

końców

5’ i 3’

Na końcu

5’:

 czapeczka

7-metylo-GTP

połączona przez 3 reszty

fosforanowe z

2’-O-metylorybonukleozydem

 Chroni przed

5’-egzonukleazami

 Ułatwia wiązanie do podjednostki

40S

rybosomu

 Rozpoznawana przez

mechanizm translacyjny

Na końcu

3’

sekwencja 200-250 nukleotydów

poli(A)

 Chroni przed

3’-egzonukleazami

Często zawiera inne

metylowane zasady

Jest

matrycą

do syntezy

białka

mRNA

Rodzaje RNA

 Transportujący RNA


31 rodzajów

specyficznych wobec aminokwasów

 Kształt

liścia koniczyny

utrzymywany przez

sparowane zasady

 Zawiera ramiona



Akceptorowe

 Zakończone

C-C-A-3’-OH

 Wiąże aminokwas wiązaniem

estrowym



Antykodonowe

 Sekwencja Pur*-

X-Y-Z

-Pir-Pir

 Triplet

X-Y-Z

jest

komplementarny

do

kodonu

mRNA

 Może zawierać

hipoksantynę



D

 Zawiera

dihydrourydynę

 Rozpoznawane przez

syntetazę aminoacylo-tRNA



TΨC

Zawiera sekwencję zasad

pirymidynowych

Wiąże

aminoacylo-tRNA

do

rybosomu



Dodatkowe

 Bardzo

zmienne

 Jest

pośrednikiem

między sekwencją kwasu nukleinowego (

antykodon

) a

sekwencją białka (

aminokwas

związany z ramieniem akceptorowym)

tRNA

t RNA

Rodzaje RNA

Rybosomalny RNA
Połączony z białkami:

nukleoproteiny

Podjednostki 60S + 40S = 80S

 Podjednostka

60S

 3 różne cząsteczki rRNA
 Ponad 50 polipeptydów

 Podjednostka

40S

 1 cząsteczka rRNA
 Ponad 30 polipeptydów

W dużym stopniu

zmetylowane

Rdzeń systemu

biosyntezy białek

Rybosomy asocjują tworząc

polisom

Ma aktywność transferazy peptydylowej

(

rybozym

)

rRNA

Rodzaje RNA

Drobnocząsteczkowe jądrowe RNA
Zawierają 90-300 nukleotydów
Uczestniczą w:

Przekształcaniu

hnRNA→ mRNA

Tworzeniu prawidłowego

końca 3’ RNA

i

obróbce

poli(A)



Regulacji

ekspresji genów

Mogą posiadać

aktywność

katalityczną

snRNA

Replikacja DNA

 Semikonserwatywna
 Jednocześnie

na obu niciach

(w

przeciwnych kierunkach

)



Rozplecenie

dsDNA → ssDNA (

helikazy

,

topoizomerazy

)

 Utworzenie

widełek replikacyjnych

Synteza

primerów RNA

(

primaza

)

Inicjacja

Atak nukleofilowy grupy

3’-OH primera RNA

na

-fosforan dNTP

sparowanego z siostrzanym pasmem DNA z

odszczepieniem PPi

Elongacja (

polimeraza DNA

)

 Tworzenie nowej nici zawsze od końca

5’ do 3’

 Zachodzi

jednocześnie

w wielu miejscach

(

bańki replikacyjne

)

Pasmo

wiodące

: sposób

ciągły

Pasmo

opóźnione

: sposób

nieciągły

fragmenty

Okazaki

(uczestniczy również

helikaza

i

primaza

)



Usunięcie primerów

RNA (ale mogą zostać w mitochondrialnym DNA)



Uzupełnienie ubytków

DNA

 Ligacja (

ligaza DNA

)

DNA

DNA + DNA

dATP, dGTP, dCTP, dTTP

Replikacja DNA

Transkrypcja

 Dotyczy tylko

pasma matrycowego

DNA

 Powstaje RNA o

sekwencji pasma kodującego

DNA (ale

T→U

)

 Różne polimerazy RNA uczestniczą w transkrypcji

rRNA (klasa I)

,

hnRNA (klasa II)

i

tRNA (klasa III)

 Tworzenie nici RNA zawsze od końca

5’ do 3’



Inicjacja



DNA-zależna polimeraza RNA

przyłącza się do

promotora

genu

 Przyłączenie pierwszego

nukleotydu purynowego



Elongacja



Rozwijanie

helisy (aktywność

polimerazy RNA

i

topoizomerazy

)

 Dołączanie

kolejnych nukleotydów RNA

z uwolnieniem

PPi



Terminacja

 Destabilizacja i

rozdzielenie kompleksu DNA/RNA



Oddzielenie polimerazy RNA

od DNA

DNA

DNA + RNA

ATP, GTP, CTP, UTP

Transkrypcja

Obróbka potranskrypcyjna RNA

 Zachodzi na terenie

jądra komórkowego

i/lub

cytoplazmy

 W

jądrze

:

Dodanie

czapeczki metylacyjnej

na końcu

5’

Dodanie

poli(A)

na końcu

3’

Łączenie

eksonów

, wycinanie

intronów

Sprzężenie reakcji

litycznych

z reakcjami

ligacji

Biorą udział liczne cząsteczki

snRNA

Transport dojrzałych cząsteczek mRNA z

jądra

do

cytoplazmy

 W

cytoplazmie

:

Dodatkowe reakcje

metylacji

Czasami dodanie ogona

poli(A)



Alternatywne składanie mRNA

może prowadzić do syntezy

białek

różniących się sekwencją

aminokwasową na bazie

jednej matrycy DNA

hnRNA

mRNA

Liczne snRNA, białka

Translacja (1)

 Od końca

5’ do 3’ mRNA

 Od końca

–NH

2

do –COOH białka

 Koszt energetyczny:

4

wiązania

wysokoenergetyczne

P~P

na

każdy AA w białku (

2

z reakcji

ATP→AMP

i

2

z reakcji

2 GTP→2

GDP

)

 Rybosomy związane z jedną cząsteczką mRNA tworzą

polisom

 Miejsce translacji:



Wolne

polisomy w cytoplazmie → białka na potrzeby

komórki

 Polisomy

związane z siateczką śródplazmatyczną

→ białka na

eksport



Aktywacja

aminokwasu

Połączenie grupy

–COOH

AA z odpowiednim

tRNA

wiązaniem

estrowym

do reszty 3’-OH

adenozyny

(C-C-

A-3’-OH

)

 Katalizowana przez swoistą

syntetazę aminoacylo-tRNA

zależną od

ATP

 Powstaje aktywowany AA:

Aminoacylo-AMP-

Enzym

, reagujący ze swoistym

tRNA

mRNA

mRNA + białko

20 AA, tRNA, rRNA, ATP, GTP, liczne IF,
EF

Aktywacja aminokwasu

Translacja (2)

 Inicjacja

 Utworzenie kompleksu

metionylo-tRNA – GTP – IF-2

i przyłączenie go

do podjednostki

40S

rybosomu

 Dołączenie

mRNA

dzięki związaniu czapeczki

7Me-

GTP

z kompleksem

eIF-4A

 Dołączenie podjednostki

60S

rybosomu



Hydroliza GTP

i uformowanie rybosomu

80S

z aminoacylo-tRNA

w

miejscu P

 Elongacja

Utworzenie kompleksu

aminoacylo-tRNA – EF-1

–

GTP

i jego wejście

w miejsce A rybosomu

z uwolnieniem EF-1 i GDP+Pi

 Przeniesienie

peptydylo-tRNA z miejsca P

na grupę -aminową

aminoacylo-tRNA w miejscu A

przy udziale

peptydylotransferazy

podjednostki 60S z

utworzeniem wiązania peptydowego



Dysocjacja tRNA

z miejsca P



Translokacja

peptydylo-tRNA

z miejsca

A do P

(

GTP

→GDP+Pi)

 Terminacja

 Po rozpoznaniu jednego z

3 kodonów STOP

w miejscu A



Hydroliza peptydu od tRNA

w miejscu P

 Uwolnienie białka i tRNA


Dysocjacja rybosomu

na podjednostki

Inicjacja translacji

Elongacja translacji

Modyfikacje potranslacyjne

Częściowa proteoliza

 Usuwanie peptydów sygnałowych (

pre-pro-białko → pro-

białko

)

 Przemiana

pro-białko → białko dojrzałe

np. insulina

Hydroksylacja

Pro, Lys

Acetylacja
Fosforylacja

Dotyczy reszt Ser, Tyr, Thr

Glikozylacja

Większość białek w organizmie

Pre-pro-białko

Aminopeptydazy

Pro-białko

Białko dojrzałe

Liczne enzymy

Kod genetyczny

 Kodon

=

triplet nukleotydów

kodujących aminokwas

Cechy

 Zdegenerowany

 1 AA

→

>1 kodon

 Zwykle

3. zasada

kodonu jest mniej dyskryminująca

 Jednoznaczny

 1 kodon

→

1 AA

 Nienakładający się

 1

kodon

→

3 kolejne zasady:

123 123 123 itd.

a nie 231 231 231 itd.

 Bezprzestankowy



Ciągły odczyt

sekwencji AA od kodonu START do STOP

(dotyczy

mRNA

)

 Uniwersalny



Taki sam

u wszystkich organizmów żywych,

ale …

 Są

wyjątki

(np. mtDNA)

Mutacje

 Punktowe



Tranzycja: Pur↔Pur, Pir↔Pir

;

Transwersja: Pur↔Pir

 Skutki dla struktury białka:



„silent” (ciche):

brak zmian sekwencji AA (efekt

degeneracji

kodu)



„missense” (zmiany sensu):

zmiana 1 AA na inny



Akceptowalne

,

częściowo akceptowalne

lub

nieakceptowalne

z punktu widzenia

funkcji

białka



„nonsense”:

wprowadzenie kodonu

STOP

i przedwczesna

terminacja

 Zwykle skrócone białko

nieaktywne

 Delecje i insercje

 jeśli wielokrotność

3 par zasad

→

zmiana

liczby AA

w białku

 jeśli

nie

wielokrotność

3 par zasad

→

przesunięcie ramki

odczytu

 całkowite

zniekształcenie sekwencji AA

za miejscem mutacji

 zwykle

przedwczesna terminacja

(błędne odczytanie kodonu STOP)

 czasem

opóźniona terminacja

(pominięcie kodonu STOP)

 jeśli

delecja

zrównoważona późniejszą

insercją

Zniekształcenie sekwencji AA między tymi miejscami

Odwrotna transkrypcja DNA

Enzym

RNA-zależna polimeraza DNA

(

odwrotna transkryptaza)

u

retrowirusów

Na matrycy RNA powstaje hybrydowa

cząsteczka DNA-RNA

Degradacja pasma RNA
Utworzenie dsDNA