BLOK Ia
Monika Zakrzewska
Katedra i Zakład Genetyki Medycznej Akademii Medycznej w Poznaniu
PROJEKT POZNANIA GENOMU CZA
OWIEKA
Cele programu:
- skonstruowanie szczegółowych map fizycznych i genetycznych całego genomu
człowieka,
- zlokalizowanie wszystkich genów w obrębie genomu człowieka,
- wypracowanie metod przechowywania i udostępniania 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 działalności programu, ogłoszenie kompletnych sekwencji
genomu
Genom człowieka -budowa
Genom - całkowity DNA komórki lub organizmu, obejmujący zarówno wszystkie geny, jak i
odcinki międzygenowe.
Genom zawiera około 20 000  25 000 genów, ale odcinki kodujące stanowią ok. 1% całego
genomu.
Około 30% stanowią sekwencje ulegające transkrypcji oraz sekwencje związane z genami.
Pozostała część genomu to sekwencje powtarzające się oraz sekwencje unikatowe.
Geny i sekwencje związane z genami to: eksony, introny, pseudogeny,
fragmenty genów, sekwencje regulatorowe, sekwencje początkowe i końcowe
genów.
Pozagenowy DNA to: sekwencje unikatowe, sekwencje powtórzone
(repetytywne).
Typy sekwencji powtórzonych:
ATTCC CGTAATGGT ATTCC
1) Sekwencje powtórzone rozproszone
CAG CAG CAG CAG
2) Sekwencje powtórzone tandemowe (zwarte)
1
20-25tys. genów
y
ródło: Przykłady analiz DNA (pod redakcją
Ryszarda Słomskiego), Wydawnictwo AR w
Poznaniu, Poznań 2004; zmodyfikowano
2
BUDOWA FIZYCZNA GENOMU
Genom jądrowy:
- zbudowany z ponad 3 Gp (3 miliardy zasad)
- złożony z 24 różnych dwuniciowych liniowych cząsteczek DNA  chromosomów
- zakres wielkości cząsteczek (chromosomów) od 55 Mbp do 250 Mbp
- wśród chromosomów wyróżniamy autosomy i heterosomy
Genom mitochondrialny:
- zbudowany z około 16 569 zasad (dużo mniejszy niż genom jądrowy)
- kolista dwuniciowa cząsteczka DNA
- występuje w mitochondrium w kilku kopiach (4-10 czasteczek)
- obecny we wszystkich mitochondriach
- nie zawiera intronów
- zawiera:
13 genów kodujących białka związane z fosforylacją oksydacyjną
22 geny kodujące tRNA
2 geny kodujące rRNA
GEN
To określony ciąg nukleotydów w łańcuchu DNA, który za pośrednictwem RNA
koduje pojedynczy łańcuch polipeptydowy lub cząsteczkę RNA np. rRNA
W skład wielu białek wchodzi więcej niż jeden polipeptyd, stąd białka mogą być
kodowane przez więcej niż jeden gen
Geny człowieka są nieciągłe  odcinki kodujące (eksony) są poprzedzielane
odcinkami niekodującymi (intronami)
DNA  KWAS DEZOKSYRYBONUKLEINOWY
Cząsteczka DNA jest biopolimerem, zbudowanym z dwóch przeciwrównoległych
łańcuchów, zwiniętych wokół wspólnej osi
Podstawowym elementem DNA jest nukleotyd zbudowany z: cukru  deoksyrybozy,
reszty fosforanowej i jednej z czterech zasad (adeniny, guaniny, cytozyny, tyminy)
3
 A
ańcuchy fosforanowe połączone z deoksyrybozą ułożone są na zewnątrz, natomiast
środek helisy tworzą odpowiednio dopasowane pary zasad (komplementarnie)
Zasady połączone są wiązaniami wodorowymi w pary A-T (dwa wiązania wodorowe)
i G-C (trzy wiązania wodorowe)
Zasady występujące w DNA to:
Zasady purynowe: adenina (A) i guanina (G)
Zasady pirymidynowe: tymina (T) i cytozyna (C)
Jednostką długości DNA jest  para zasad  pz (ang. bp)
1000 pz = 1 kpz
1 000 000 pz = 1 Mpz
ATGGTCGGCATGA
TACCAGCCGTACT
RNA  KWAS RYBONUKLEINOWY
Cząsteczka jednoniciowa (może tworzyć lokalnie struktury dwuniciowe)
Może przyjmować różne konformacje przestrzenne
Zasady występujące w RNA są takie same, jak w DNA z jednym wyjątkiem -
zamiast tyminy występuje uracyl
Cząsteczka cukru wchodzącą w skład RNA to ryboza
Trzy podstawowe typy RNA : mRNA (informacyjne), tRNA (transportujące) i
rRNA (RNA związane z rybosomami)
4
REPLIKACJA
Replikacja to proces służący podwojeniu materiału genetycznego przed każdym
podziałem komórkowym.
Podczas replikacji dwuniciowa helisa rozplata się i każda pojedyncza nić służy jako
matryca do komplementarnej nici potomnej.
Poprawność odtwarzanych łańcuchów zapewnia komplementarność zasad AT i GC.
Replikacja rozpoczyna się od jednego miejsca inicjacji i postępuje, aż do miejsca
terminacji. Chromosomy człowieka zawierają wiele miejsc startu replikacji, a
zreplikowane fragmenty łączą się póz
niej ze sobą.
Replikacja u człowieka jest semikonserwatywna, ponieważ cząsteczka potomna składa
się zarówno z nici matrycowej , jak i nowo utworzonej.
SYNTEZA BIAA
EK
Proces prowadzący do wytworzenia funkcjonalnych cząsteczek białek, zachodzący we
wszystkich żywych komórkach (z wyjątkiem erytrocytów, które nie posiadają jąder).
Proces syntezy przebiega w dwóch etapach: transkrypcji i translacji, rozdzielonych w
przestrzeni  transkrypcja zachodzi w jądrze, translacja w cytoplazmie.
Transkrypcja jest syntezą jednoniciowego RNA na matrycy DNA, katalizowana przez
polimerazę RNA i wymagająca obecności prekursorowych rybonukleotydów. Jedna z
nici helisy DNA służy jako matryca do utworzenia informacyjnej cząsteczki kwasu
rybonuklieonowego  mRNA (messenger RNA).
mRNA utworzone po transkrypcji  pre-mRNA - zawiera oprócz odcinków
kodujących (eksonów) również niekodujące (introny), które muszą zostać usunięte w
procesie składania genów tzw. splicingu RNA. W końcowym etapie składania genów
zmianom ulęgają także oba końce transkryptu. Do końca 5 zostaje dołączona tzw.
czapeczka (7-metyloguanozyna), a do końca 3  ogon złożony z poli(A).
Modyfikacja końców decyduje o stabilności i trwałości transkryptu.
Po wycięciu intronów dojrzałe mRNA może zostać przetransportowane do
cytoplazmy, gdzie odbywa się proces translacji.
W procesie translacji biorą udział cząsteczki tRNA i rybosomy. Cząsteczki tRNA
umożliwiają rozszyfrowanie kodu zawartego w strukturze mRNA oraz dostarczają
odpowiednie aminokwasy. Tworzenie łańcucha polipeptydowego odbywa się na
rybosomie.
Proces translacji rozpoczyna się od odczytania kodonu AUG i przyłączenia metioniny.
W trakcie odczytywania kolejnych kodonów tRNA dostarczają aminokwasy jeden po
drugim zgodnie z odczytywaną informacją na mRNA. W ten sposób powstaje
wydłużający się polipeptyd. Sygnałem kończącym translację jest sekwencja zasad
zawierająca kodon typu stop (nonsens)  UUA, UAG, UGA.
5
KOD GENETYCZNY
Jest to zasada określająca sposób zapisywania informacji o strukturze białek w postaci
kolejno uszeregowanych nukleotydów na podstawie której możliwe jest odtworzenie łańcucha
polipeptydowego. Kod genetyczny jest:
Trójkowy  każdemu aminokwasowi odpowiada przynajmniej jeden zbiór trzech
kolejno występujących po sobie nukleotydów tzw. kodon
Zdegenerowany  niektóre aminokwasy są zakodowane przez kilka różnych trójek
nukleotydowych
Bezprzecinkowy  każdy nukleotyd wchodzi w skład tylko jednego kodonu
Uniwersalny  ma zastosowanie do wszystkich organizmów (z małymi wyjątkami)
Trzy kodony nie odpowiadają żadnym aminokwasom, są to tzw. kodony stop  UAA,
UAG, UGA
CHROMOSOMY
Są zbudowane z DNA i białek, głównie histonowych (H2A, H2B, H3, H4).
Kompleks kwasów nukleinowych i białek jest nazywany chromatyną  jest ona
widoczna w jądrze interfazowym jako struktura o różnym stopniu kondensacji.
Chromatyna o wysokim stopniu kondensacji to heterochromatyna; euchromatyna to
chromatyna mniej skondensowana.
Chromosomy jako indywidualne struktury są widoczne tylko podczas podziału
komórkowego  chromatyna silnie skondensowana.
Podstawową jednostką strukturalną chromosomu jest nukleosom. Jest on zbudowany z
oktamerowego rdzenia histonowego i oplatającej go 2 i 1/2 raza helisy DNA.
Nukleosomy łącza się ze sobą w strukturę przypominająca sznur korali, a następnie w
wyniku skręcania i pofałdowania tworzą tzw. solenoid  włókno chromatynowe.
W końcowym etapie kondensacji, liczne wypętlenia i pofałdowania tworzą
chromosom metafazowy (10 000 razy bardziej skondensowany niż chromatyna
interfazowa).
Chromosomy metafazowe są zbudowane z dwóch identycznych (siostrzanych)
chromatyd.
Centromer (tzw. przewężenie pierwotne) dzieli chromosom na dwa ramiona: krótkie
 p i długie  q .
Ze względu na położenie centromeru chromosomy możemy podzielić na:
metacentryczne, submetacentryczne, akrocentryczne i telocentryczne (nie występują u
człowieka).
Końcowe odcinki chromosomów nazywamy telomerami.
Na krótkich ramionach chromosmów akrocentrycznych występują grudki
chromatynowe zwane satelitami.
Numeracja chromosomów od 1 do 22 odpowiada zmniejszającej się wielkości
cząsteczek DNA.
6