Kwasy nukleinowe kolokwium:
2. DNA i RNA – budowa, rodzaje, właściwości, miejsce i rola w komórce.
DNA:
DNA - kwas deoksyrybonukleinowy - jest nośnikiem informacji genetycznej. Jego struktura odkryta została w 1954 r. przez dwóch uczonych: Jamesa Watsona i Francisa Cricka.
Cała cząsteczka zbudowana jest z dwóch nici spiralnie okręconych wokół siebie tworzących podwójną helisę. Każda nić zbudowana jest z pojedynczych nukleotydów.
DNA ma postać heliksu (inaczej "podwójnej helisy"). Zbudowane jest z deoksyrybonukleotydów. W skład pojedynczego deoksyrybonukletydu wchodzą: - zasada azotowa: adenina lub guanina (dwupierścieniowa puryna), cytozyna lub tymina (jednopierścieniowa pirymidyna) - 2-deoksyryboza (pentoza), - reszta fosforanowa.
RODZAJE DNA:
1. Ze względu na pełnione funkcje:
- mtDNA/mDNA- kolista cząsteczka mitochondrialnego DNA. Obecnośc własnego DNA pozwala tej strukturze dzielić się niezależnie od komórki
- chlDNA- chloroplastowy DNA- kolsite cząsteczki DNA. Chloroplasty moga przeprowadzac syntezę białka nizezależnie od komórki w oparciu o ekspresję informacji genetycznej w plastydowym DNA i translacji na własnych rybosomach.
2. Ze względu na budowę przestrzenną:
- ssDNA- jednoniciowy DNA. powstają np. w wyniku dysocjacji dwuniciowego DNA
- dsDNA – dwuniciowy DNA i formach:
- B-DNA- forma prawoskrętnej helisy. Skłąda się z dwóch owinietych wokół wspólnej osi nici. (DŁUŻSZA I WĘŻSZA). Proporcja większego rowka: szeroki o pośredniej głębokości; mniejszego rowka: wąski o pośredniej głębokości.
- A-DNA- prawoskrętna helisa. W przeciwieństwie do poprzedniej (B-DNA) jest szersza i krótsza (KRÓTKA I SZEROKA). Proporcja większego rowka: bardzo wąski lecz bardzo głęboki; mniejszego rowka: bardzo szeroki, ale płytki.
- Z-DNA- lewoskrętna helisa, dwuniciowa o najmniejszej średnicy ze wszytskich wymienionych (DŁUGA I WĄSKA). Proporcja większego rowka: spłaszczony na powierzchni helisy; mniejszego rowka: bardzo wąski i bardzo głęboki.
MIEJSCE I ROLA W KOMÓRCE:
DNA – nośnik informacji genetycznej, bo zawiera geny, samopowiela się w procesie replikacji i przekazuje informacje genetyczna z pokolenia na pokolenie. Występuje w jądrze komórkowym, a także w mitochondrium. Jądro komórkowe w czasie rozmnażania ulega podziałowi, informacja genetyczna również, dlatego ilość DNA przed podziałem musi zostać podwojona. Jest to proces replikacji. Najpierw DNA musi ulec rozpleceniu, następnie na matrycy starej nici dobudowywana jest nowa. Nukleotydy dobudowywane są na zasadzie komplementarności.
RNA:
RNA - kwas rybonukleinowy jest przeważnie jednoniciowy i w przestrzeni przyjmuje bardzo różne formy. Nić, podobnie jak w DNA, zbudowana jest z nukleotydów. Cukier zawarty w RNA to ryboza, a nie deoksyryboza. Zamiasty tyminy (T) RNA zawiera uracyl (U).
RODZAJE RNA:
1. mRNA- matrycowy, przenosi informacje genetyczna z jadra do cytoplazmy( na rybosomy, gdzie zachodzi synteza białek).
2. tRNA- transportowy, przenosi aminokwasy na rybosomy (gdzie zachodzi synteza bialek)
3. rRNA- rybosomalny, razem z białkami buduje rybosomy (składnik rybosomów), czyli miejsce w którym powstają (są syntezowane) białka.
4. snRNA – to RNA jąderkowe.
MIEJSCE I ROLA W KOMÓRCE:
RNA, czyli kwas rybonukleinowy występuje przede wszystkim w rybosomach, w jądrze komórkowym, na retikulum endoplazmatycznym i w cytoplazmie. RNA przepisywane jest z DNA i bierze udział w biosyntezie białek (RNA odpowiada za syntezę białek, warunkuje ekspresję informacji genetycznej zapisanej w DNA).
3. Replikacja, transkrypcja – etapy, enzymy (kom. pro- i eukariotyczne)
Replikacja rozpoczyna się w specjalnych obszarach zwanych miejscami inicjacji replikacji – ori (z ang. origin, czyli początek). Do nich to przyłączają się enzymy replikacyjne. U bakterii występuje tylko jedno takie miejsce, zaś u Eucaryota jest ich wiele.
Rozpoczęcie replikacji wymaga syntezy krótkich starterów RNA (1-60 nukleotydów), które później są usuwane i zastępowane odpowiednimi fragmentami DNA. Nowe odcinki DNA tworzone są w widełkach replikacyjnych, czyli miejscach w których macierzysta cząsteczka rozdwaja się na dwie nowe nici.
Replikacja jest dwukierunkowa – tzn. przebiega jednocześnie na dwóch niciach. Nowe łańcuchy syntetyzowane są zawsze w kierunku od 5’ do 3’. Wydłużanie nici wiodącej odbywa się w sposób ciągły, zgodnie z ruchem widełek replikacyjnych. Nić opóźniona syntetyzowana jest w kierunku przeciwnym, w sposób nieciągły, poprzez łączenie fragmentów Okazaki.
U Eucaryota replikacja kończy się w momencie zetknięcia się ze sobą widełek replikacyjnych wędrujących w różnych kierunkach. U Procaryota terminację wyznacza specyficzna sekwencja ter.
Białka biorące udział w procesie replikacji tworzą wieloenzymatyczny aparat, który jest umiejscowiony w widełkach replikacyjnych - replisom. W jego skład wchodzą:
• topoizomeraza – rozplata strukturę podwójnej helisy DNA;
• helikaza - rozrywa wiązania wodorowe między nićmi matrycowego DNA;
• prymaza – syntetyzuje startery RNA;
• polimeraza DNA – jest odpowiedzialna za poprawną syntezę nowych nici;
• białka wiążące jednoniciowy DNA – przeciwdziałają ponownemu połączeniu się rozplecionych łańcuchów;
• nukleaza DNA – usuwa startery;
• ligaza DNA- łączy fragmenty Okazaki, katalizuje tworzenie się wiązania fosfodiestrowego między grupą 3’-OH, a grupą 5’-fosforanową. Proces ten wymaga nakładu energii, zgromadzonej głównie w ATP;
• naprawcza polimeraza – dobudowuje DNA w miejscu usuniętych starterów.
ETAPY:
1. Inicjacja, czyli pierwszy proces, gdzie przyłączone zostaje białko inicjatorowe, zaczynają działać helikazy w celu rozdzielenia obu nici tworzących DNA, w tym procesie powstają widełki replikacyjne.
2. Elongacja, czyli proces wstawiania nowych nukleotydów (na zasadzie komplementarności), synteza-łączenie nowych nici DNA w ciągły sposób na nici, która jest skierowana do poruszających się widełek replikacyjnych oraz w sposób nieciągły, czyli poprzez tzw. Fragmenty Okazaki (krótkie fragmenty nici DNA, składające się z około 200 nukleotydów dobudowywane przez polimerazę DNA do startera w procesie replikacji DNA podczas syntezy nici opóźnionej) na drugiej nici.
3. Terminacja, czyli faza, w której są zupełniane brakujące odcinki DNA poprzez polimerazę, połączenie w ciągłą nić DNA katalizowane jest poprzez ligazy.
ENZYMY:
- polimeraza DNA : I, II, III, IV, V.
- ligaza DNA
- prymaza DNA – syntetyzuje starter
- helikaza – rozrywa wiązania wodorowe między nićmi matrycowego DNA, rozkręcając helisę i umożliwiając rozpoczęcie procesu.
- topoizomeraza - topoizomerazy zapobiegają zaplątaniu się DNA w trakcie replikacji i rozdziału chromosomów do komórek potomnych.
- egzonukleazy – usuwają startery RNA z nici
KOM. PROKARIOTYCZNE – REPLIKACJA -> ENZYMY
1. Polimeraza RNA
2. Replikacja DNA przez polimeraze III
3. Wycięcie RNA i wypełnienie „luki” przez polimeraze I
4. Przerwa/luka uszczelniona przez ligazę DNA
5. Super skręcanie/zwijanie przez gyrazę DNA.
TRANSKRYPCJA:
Przepisanie informacji genetycznej z DNA na RNA
Transkrybowana jest jedna nić (matrycowa).
Matrycowe DNA 3’→5’
Enzymy
- Polimerazy RNA – przyłączanie rybonukleotydów zgodnie z zasadą komplementarności
* Prokariota – jedna duża polimeraza RNA
* Eukariota – trzy różne enzymy:
I. Przepisuje geny rRNA (jąderko)
II. Przepisuje geny białek (nukleoplazma)
III. Przepisuje geny tRNA i rRNA (nukleoplazma)
Przebieg transkrypcji
Inicjacja
- Miejsce inicjacji transkrypcji = promotor
a) Prokariota
- Polimeraza łączy się bezpośrednio z promotorem
- Sygnałem rozpoczęcia jest odłączenie podjednostki enzymu, np. sigma σ
b) Eukariota
- Przyłączenie polimerazy umożliwiają czynniki transkrypcyjne
- Sygnałem rozpoczęcia transkrypcji jest fosforylacja polimerazy RNA
Elongacja
- DNA rozplecione na odcinku kilkunastu nukleotydów
- Synteza RNA o sekwencji komplementarnej do nici matrycowej DNA
- Syneza RNA zawsze w kierunku 5’→3’
- Polimeraza RNA nie ma zdolności naprawczych
a) Prokariota
- mRNA – informacja o kilku polipeptydach
- geny niepodzielone
b) Eukariota
- mRNA – informacja o jednym polipeptydzie
- geny podzielone (egzony, introny)
Terminacja
- Prokariota – mRNA
- Eukariota – pre-mRNA [hnRNA – heterogenny jądrowy RNA]