Materiał genetyczny
CHROMATYNA
Jest to włóknista substancja występująca w jądrze komórkowym, zbudowana z DNA, histonów, RNA i niehistonowych białek. Stanowi główny składnik chromosomów.
Chromatyna może kurczyć się i rozkurczać, powodując zmianę upakowania struktury chromosomów.
Ze względu na upakowanie rozróżniamy:
EUCHROMATYNĘ - mniej skondensowaną luźną aktywną genetycznie chromatynę.
HETEROCHROMATYNĘ - zazwyczaj nieaktywna genetycznie chromatyna skondensowana o włóknach silnie upakowanych.
Chromatyna (szczególnie w warstwach
powierzchniowych komórki) łatwo się barwi
dzięki czemu często jest wykorzystywana w
badaniach.
Po raz pierwszy nazwę chromatyna użył
W. Flemming w 1882 roku.
DNA
Kwas deoksyrybonukleinowy - wielocząsteczkowy organiczny związek chemiczny, należący do kwasów nukleinowych. Występuje w chromosomach i pełni rolę nośnika informacji genetycznej organizmów żywych.
Model budowy DNA
DNA zbudowany jest z 4 prostych jednostek zwanych nukleotydami: adeninowego (A), tyminowego (T), guaninowego (G), cytozynowego (C).
Każdy nukleotyd zbudowany jest z odpowiedniej zasady azotowej (A, T, G, C), połączony z pięciowęglowym cukrem - deoksyrybozą - oraz z resztą kwasu fosforowego (P).
W większości wypadków DNA złożony jest z 2 nici leżących naprzeciwko siebie, przy czym każda nić to długi łańcuch nukleotydów (DNA jest więc dwuniciowym polinukleotydem). Nici są ze sobą połączone wiązaniami wodorowymi.
Cechy budowy DNA
Wiązania te powstają między parami zasad azotowych według prostych reguł wynikających ze struktury tych zasad. Tak więc adeina zawsze łączy się z tyminą, zaś cytozyna z guaniną. W ten sposób jedna nić DNA wyznacza budowę drugiej nici.
Oznacza to, że dwie nici są komplementarne czyli wzajemnie się uzupełniające.
Ze względu na formę przestrzenną dwuniciową cząsteczka DNA nosi nazwę podwójnej helisy.
RNA
Kwasy rybonukleinowe, RNA - polimery kondensacyjne rybonukleotydów, występujące zarówno w jądrze komórkowym, jak i w cytoplazmie. Nukleotydy połączone są typowym dla kwasów nukleinowych wiązaniem fosfodiestrowym.
Występuje wiele klas kwasów rybonukleinowych:
antysensowne RNA albo interferencyjne RNA
małe jądrowe
informacyjne zwane matrycowymi (mRNA)
rybosomowe (rRNA)
małe cytoplazmatyczne (w tym tRNA)
Budowa RNA
RNA jest zazwyczaj jednoniciowy; postać dwuniciowa, analogiczna do dwuniciowego DNA, występuje głównie jako materiał genetyczny niektórych wirusów i wiroidów.
Ułożenie zasad azotowych w RNA nie jest dowolne. Ich kolejność jest lustrzanym odbiciem kolejności ułożenia zasad azotowych w jednej z nici DNA.
Rys. 2. Porównanie DNA i RNA
Białka histonowe
Histony - zasadowe białka wchodzące w skład chromatyny, neutralizujące jej kwasowy charakter.
Charakteryzują się dużą zawartością aminokwasów zasadowych, zwłaszcza lizyny i argininy, co nadaje im właściwości polikationów. Wiążą się z helisą DNA, która jest polianionem, tworząc nukleoproteiny, które są obojętne elektrycznie.
Wyróżnia się pięć typów histonów:
H1 - najbardziej zasadowy, największy z histonów
H2A
H2B
H3
H4
Budowa białek histonowych:
Rdzeń każdego histonu jako białka jest niepolarną domeną globulinową. Polarne są obydwa końce, które zawierają aminokwasy zasadowe odpowiadające za polarność cząsteczki. Motyw C-końcowy, nazywany jest także zawinięciem histonowym, natomiast motyw N-końcowy (ogon histonu) jest często obiektem modyfikacji posttranslacyjnych.
Histony H2A, H2B, H3 i H4 tworzą rdzeń nukleosomu, a histon H1 spina DNA wchodzące i schodzące z nukleosomu.
Białka niehistonowe:
Białka wchodzące w skład chromatyny jądra komórkowego, ale nie należące do histonów. Do białek niehistonowych zalicza się między innymi enzymy przeprowadzające transkrypcję i replikację DNA (polimerazy RNA i DNA) oraz czynniki transkrypcyjne.
Chromosomy:
forma organizacji materiału genetycznego wewnątrz komórki. Nazwa pochodzi z greki, gdzie χρῶμα (chroma, kolor) i σῶμα (soma, ciało).
Chromosomy występują w formie mikroskopijnej struktury najlepiej widocznej w metafazie podziału komórkowego, kiedy to są najbardziej skondensowane.
Budowa chromosomu:
Chromosomy są zbudowane z dwóch chromatyd siostrzanych (podłużnych jego części) połączonych w jednym punkcie centromerem.
U organizmów prokariotycznych chromosom stanowi pojedyncza, kolista cząsteczka DNA, natomiast u organizmów eukariotycznych liniowa cząsteczka DNA.
Budowa chromosomów:
Każda cząsteczka DNA buduje jedną chromatydę.
Zarówno u prokariotów, jak i eukariontów chromosomy zbudowane są z kompleksu DNA i białek histonowych.
1) chromatyda
2) centromer - miejsce złączenia dwóch chromatyd
3) ramię krótkie
4) ramię długie
Ekspresja informacji genetycznej:
Informacja genetyczna to informacja o sekwencji aminokwasów w białkach danego organizmu, a pośrednio też o jego cechach.
Nośnikiem informacji genetycznej są czasteczki kwasów nukleinowych.
Sposób zapisu informacji genetycznej nazywamy kodem genetycznym, a ujawnianie się zapisanych treści ekspresją informacji genetycznej.
Transkrypcja
Jest pierwszym etapem ekspresji informacji genetycznej i oznacza przepisanie tej informacji z DNA na RNA.
Oznacza proces syntezy RNA na matrycy DNA przez różne polimerazy RNA.
Matryca jest odczytywana w kierunku 3' → 5', a nowa cząsteczka RNA powstaje w kierunku 5' → 3'
Transkrypcję można podzielić na trzy etapy: inicjację, elongację i terminację.
Translacja:
Odkodowanie informacji zawartej w RNA i na tej podstawie utworzenie łańcucha polipeptydowego.
Istotą procesu jest synteza łańcucha polipeptydowego z aminokwasów dostarczanych przez cząsteczki tRNA w kolejności zapisanej na mRNA.
Podział komórkowy:
Wszystkie organizmu zbudowane są z komórek. Czas życia każdej z nich jest ograniczony, dlatego stare zużyte komórki musza być zastępowane nowymi.
Jedynym sposobem powstawania nowych komórek są podziały komórek już istniejących.
Ze względu na sposób rozdziału materiału genetycznego wyróżnia się dwa rodzaje kariokinezy: mitozę i mejozę.
Replikacja DNA
Przed każdym podziałem materiał genetyczny komórki macierzystej zostaje podzielony w procesie tzw. replikacji, dzięki czemu komórki potomne mogą utrzymać jego kopię.
W wyniku replikacji z jednej czasteczki DNA powstają dwie potomne identyczne z macierzystą.
Mitoza
Proces podziału pośredniego jądra komórkowego, któremu towarzyszy precyzyjne rozdzielenie chromosomów do dwóch komórek potomnych.
W jego wyniku powstają komórki, które dysponują materiałem genetycznie identycznym z komórką macierzystą.
Przebieg mitozy:
Interfaza:
Komórki przygotowują się do podziału w czasie tzw. interfazy, która wraz z następującym po niej podziałem składa się na cykl komórkowy.
Interfaza zajmuje około 90% czasu trwania cyklu komórkowego.
Składają się na nią trzy fazy:
Interfazy:
G1 -poprzedza ją zakończony podział mitotyczny i jest fazą wzrostową komórki.
S -dochodzi do replikacji DNA, czyli do podwojenia ilości kwasu.
G2 -następuje synteza białek wrzeciona podziałowego, głównie tubuliny jak również składników błony komórkowej potrzebnych do jej wytworzenia po zakończonym podziale.
W przypadku, gdy nie dojdzie do wytworzenia białek odpowiedzialnych za przejście faz G1 i G2 do następnego stadium, komórka przechodzi w fazę G0.
Przebieg mitozy:
Profaza- jest to pierwszy etap podziału komórki eukariotycznej.
Metafaza- dochodzi do uformowania wrzeciona podziałowego.
Anafaza- w anafazie chromosomy (już chromosomy potomne) wędrują do przeciwległych biegunów komórki oraz organella komórki dzielą się na dwa mniej więcej równe zespoły.
Telofaza- rozpoczyna się gdy chromosomy są już rozdzielone i oddalone od siebie na maksymalną odległość.
Cytokineza-ostatnie stadium w procesie podziału komórki na dwie identyczne komórki potomne.
I - interfaza
II - profaza
III - prometafaza
IV - metafaza
V, VI - anafaza
VII - telofaza
VIII - cytokineza
Mejoza
Polega na podziale jądra komórkowego, z którego powstają 4 jądra o połowie chromosomów (po jednym z każdej pary) komórki macierzystej.
Podczas mejozy zachodzą dwa sprzężone ze sobą podziały:
I podział mejotyczny:
Profaza I- wykształcenie się włókienka podziałowego.
Metafaza I- wrzeciono gotowe, zanik otoczki jądrowej i ustawienie chromosomów (tetrad) w płaszczyźnie równikowej komórki.
Anafaza I- Włókna wrzeciona skracają się i odciągają chromosomy do biegunów komórki - następuje redukcja liczby chromosomów.
Telofaza I- Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji, następuje cytokineza i powstają dwie komórki potomne.
II podział mejotyczny:
Profaza II- formowanie nowego wrzeciona podziałowego, zanika otoczka jądrowa.
Metafaza II - kończy się tworzenie wrzeciona podziałowego.
Anafaza II-Wrzeciono podziałowe kurczy się, centromery pękają, czego skutkiem jest oddzielenie się chromatyd.
Telofaza II- wyodrębnienie się jąder potomnych, despiralizacja chromosomów do chromatyny.
1