KOD GENETYCZNY

KOD GENETYCZNY

Kod genetyczny – sposób zapisu informacji genetycznej. Określa, w jaki sposób sekwencja RNA jest tłumaczona na sekwencję informacji w białku. Przyporządkowuje trójką nukleotydów w RNA znaczenie. Błędne jest stwierdzenie: poznanie kodu genetycznego jakiegoś organizmu (tak naprawdę chodzi o genom, a kod genetyczny jest ciągle ten sam).

Cechy kodu genetycznego:

  1. Trójkowy – kodony = trójki nukleotydów, zapisują aminokwasy

  2. Jednoznaczny – każda trójka ma jednoznaczne znaczenie, jedna trójka może zapisywać tylko jedną informację

  3. Zdegenerowany – jeden aminokwas może być zapisywany przez różne trójki nukleotydów (tylko tryptofan i metionina są zapisywane tylko przez jeden kodon)

  4. Występują kodony przestankowe = kodony stop – UAA, UAG, UGA- nie istnieją dla nich w komórce tRNA, nie zapisują aminokwasów, ich znaczenie – terminują, kończą translację

  5. Nieuniwersalny (czasami też jest pisane, że jest uniwersalny;)) – z drobnym przybliżeniem jest uniwersalny. Przez długi czas sądzono, że jest to kod uniwersalny. Dopiero w 1970 wykazano, że nie jest uniwersalny (Sanger – podwójny noblista; 1958 – metody sekwencjonowania białek; 1970 – opracowanie metod analizy sekwencji DNA – stąd metoda Sangera – stwierdzili, że znaczenie genomów jest inne w genomie mitochondrialnym – np. zamiast kodonu stopu, ten kodon koduje tryptofan). Wyjątki od tej reguły są skatalogowane, odczytywanie kodonu w zależności od kontekstu – tylko w niektórych warunkach odczytywanie tych kodonów jest zmienione.

Gen ulega transkrypcji – powstaje mRNA (5’3’) – na obu końcach istnieją odcinki nie podlegające translacji: 5’ UPR, 3’ UTR; translatowany jest tylko fragment mRNA pomiędzy nimi. Ich długość jest różna dla różnych mRNA. Translacja kończy się w miejscu przy kodonie stop, a rozpoczyna w miejscu inicjatorowym, miejscu inicjacji (zwykle AUG, kodon metioniny; oprócz tego mogą być GUG i UUG – walina i leucyna)

Kod trójkowy został określony na zasadzie dedukcji przez Marshalla Nirenberga wraz z jego znajomym matematykiem. To on zasugerował, że kod musi być trójkowy. Powstała hipoteza. Dwójkowy i jedynkowy kod nie wyczerpywałby wszystkich możliwości.

W jaki sposób można było to sprawdzić?

Sprawdzono znaczenie najprostszego kodonu, czyli UUU. Chemicy zsyntetyzowali polimer składający się z samych UUU. Poprzez to powinno powstać białko w warunkach laboratoryjnych składające się tylko z jednego typu aminokwasu. Tym aminokwasem była fenyloalanina. UUU zawsze znajduje się po lewej stronie (bo był pierwszy). W podobny sposób przypisano znaczenie pozostałym kodonom.

Często przyjmuje się, że kod genetyczny jest uniwersalny. Ekspresja genu eukariotycznego w komórce prokariotycznej (np. wytwarzanie insuliny w komórkach bakteryjnych). Gdyby kod genetyczny nie był uniwersalny, wtedy ten eksperyment nie byłby możliwy. Można też wprowadzać zmiany w kodzie genetycznym i spodziewać się rezultatów w postaci wytwarzanych białek (znowu uniwersalność kodu).

FUNKCJE BIAŁEK – ogromna różnorodność

  1. Kataliza biochemiczna – enzymy

  2. Struktura – np. białka budujące cytoszkielet komórki, tworzące strukturę włosów

  3. Ruch – struktur wewnątrzkomórkowych jak i całych organizmów, (białka kurczliwe: aktyna, miozyna)

  4. Transport – transport w osoczu (zależy od np. albuminy – transportuje wiele substancji: tłuszcze, hormony), ale też białka transportujące substancje do wnętrza komórki (kanały i pompy błonowe)

  5. Regulacja procesów komórkowych – białka sygnałowe, wiele z nich działa w ten sposób, że reagują z sekwencjami genów i kontrolują ich ekspresję

  6. Ochrona organizmu – chronią np. przed czynnikami wywołującymi reakcję alergiczną, przeciwciała, biorące udział w krzepnięciu krwi

  7. Magazynowanie – np. ferrytyna (gromadzi żelazo w organizmach eukariotycznych)

Aminokwasy posiadają różne grupy funkcyjne – łączone w różnych sekwencjach i o różnej długości skutkuje to posiadaniem różnorodnych białek pełniących różnorodne funkcje

EUKARIOTYCZNE GENOMY JĄDROWE

Genom jądrowy – zbiór liniowych cząsteczek DNA, które są obecne w chromosomach (brak wyjątków). Zmienność dotyczy liczby chromosomów (przynajmniej dwa). Nie ma jednak zależności pomiędzy złożonością organizmu a liczbą chromosomów (np. drożdże – 16, muszka owocowa – 4). Liczba chromosomów nie ma też prostego związku z wielkością genomu (niektóre salamandry posiadają genom będący wielokrotnie większy od genomu człowieka, ale jest on podzielony na około dwukrotnie mniej chromosomów)

Z liniowością cząsteczek DNA wiąże się pewien problem (długie cząsteczki (nawet 5cm) o małej średnicy (dwóch zasad)). W jaki sposób dochodzi do kondensacji cząsteczek DNA?

Budowa chromatydy została określona na podstawie eksperymentów:

  1. Analiza ochrony przed nukleazą chromatyny izolowanej z jąder komórkowych człowieka. – Chromatynę cechuje wyjątkowa regularność. Eksperyment polegał na: wyizolowaniu chromatyny poddanie jej działaniu enzymu – nukleazy – trawiącej jedynie DNA. a) enzym użyty w bardzo małej ilości – niewyczerpujące trawienie, nie do końca b) nukleazę użyto w takiej ilości, że całkowicie trawiła chromatynę. W obu przypadkach przebiegało trawienie. Produkty trawienia zbadano za pomocą elektroforezy (polega na poruszaniu się w polu elektrycznym cząsteczek obdarzonych ładunkiem, taką cząsteczką może być białko, ale też DNA oraz kompleksy białka z DNA; elektrofereza wykonywana jest najczęściej w żelu; w jej wyniku następuje rozdział cząsteczek ze względu na wielkość małe wędrują szybciej niż większe). W przypadku b) jeden rodzaj produktów o długości DNA ok. 140 par zasad a) różne produkty, pasma, których ruchliwość odpowiadała fragmentom DNA o długości 200, 400 par zasad (wielokrotność 200); wynik ten wskazywał na to, że chromatyna musi posiadać regularną strukturę, która jest długości 200 albo więcej par zasad. Następnie przeprowadzono obserwacje w mikroskopie elektronowym. Doprowadziło to do stworzenia modelu chromatyny – struktury regularnej, powtarzającej się – nukleosom (powtarzający się fragment) – kompleks DNA i białek. Każdy nukleosom składa się od 140 do 150 par zasad (wynik trawienia wystarczającego). Połączenia między nukleosomami od 190 do 220 par zasad (wynik trawienia niewystarczającego)

Nukleosom – białka je budujące to histony: H2A, H2B, H3 i H4. W każdym z nukleosomów oktany (osiem histonów, para każdego typu histonu) – taka cząstka to oktamer. Histony H1 – histony łącznikowe – utrzymuje nukleosom w całości, jednak nie jest konieczny (nieraz występuje wewnątrz nukleosomu, nieraz na chromatynie łączącej). Ogony – końce N białek histonowych – zlokalizowane na zewnątrz nukleosomów (niektórzy uważają, że oddziaływania między nimi stabilizują strukturę chromatyny, jednak ich modyfikacje destabilizują strukturę – rozluźnienie struktury)

W czasie interfazy chromatyna występuje w formie włókna chromatynowego (o średnicy 30nm) – jest to struktura z nukleosomami zwinięta w strukturę wyższego rzędu. Może być opisana modelem solenoidu albo spirali. Obserwuje się też chromosomy metafazowe – jeszcze głębsza kondensacja do struktur nie znanych obecnie do końca – skutkuje to skondensowaniem 5cm DNA tak, że może występować w komórce człowieka, skondensowaniem do chromosomu (chromosomy metafazowe są obserwowane pod mikroskopem świetlnym).

Chromosomy są utrzymywane jako całość dzięki centromerowi (jego położenie wydziela ramię długie i krótkie, co charakteryzuje poszczególne chromosomy), charakterystyczne też są sekwencje telomerowe (są różnej długości, położone są na końcach chromosomów)

Do charakteryzowania chromosomów stosuje się różne techniki barwienia (charakterystyczny rozkład prążków na chromosomach np. prążki G – ciemne pasma bogate w sekwencje AT, a jasne GC). Każda z nich daje charakterystyczny obraz dla danego chromosomu. Obserwując rozkład prążków a także długość ramienia długie i krótkiego można określić, jaki to chromosom. (21 chromosom najmniejszy; Y też względnie mały – występuje w nim bardzo duży fragment heterochromatyny – chromatyny zazwyczaj nieaktywnej, jest bardzo ubogi w geny)

U niektórych organizmów występują minichromosomy (względnie krótkie, ale bogate w geny) np. genom kury – trzydzieści ileś chromosomów, mało genów, ale też 33 minichromosomy (1/3 chromosomów) ale zawierają dużą ilość genów)

Chromosomy B – występują u niektórych osobników danego organizmu (nie w całej populacji) – takie dodatkowe chromosomy u człowieka prowadzą do poważnych zaburzeń i chorób genetycznych, ale u roślin i grzybów (są jakby fragmentem dużych chromosomów w tych organizmach) są cechą korzystną. Ich występowaniu towarzyszy większa śmiertelność organizmów. Preferowane układy, w których nie ma dodatkowych chromosomów B.

Chromosomy holocentryczne – nie mają pojedynczego centromeru tylko ich więcej. Występują u nicieni.

Typowy wygląd chromosomów metafazowych:

DNA w obszarze centromerów – sekwencja wyznaczająca długość ramienia (Arabidopsis thaliana – rzodkiewnik pospolity)

CDE2 – bogata w pary AT niewielkie podobieństwo

ROLA KINETOCHORÓW PODCZAS PODZIAŁU JĄDRA KOMÓRKOWEGO

Kinetochor – kompleks białek

CENTROMERY SSAKÓW

Centromery ssaków zawierają nukleosomy CENP-A i H3 w rdzeniu centromerów

***

Telomery – końcówki chromosomów z wielokrotnie powtarzającymi się sekwencjami nukleotydów. Ich synteza nie jest prosta. Jest syntetyzowana przez specjalny enzym – telomerazę (polimerazę DNA). Matrycę do syntezy przynosi ze sobą. Oprócz tego są jeszcze inne białka stabilizujące strukturę: TRF1 i TRF2. One oddziałując z zakończeniami chromosomów powodują, że zakończenie telomeryczne jest stabilne. Odkrycie telomerazy zostało nagrodzone noblem, bo dzięki niej dowiedziano się jak są tworzone telomery.

Telomery wraz z wiekiem ulegają skracaniu. Niektórzy uważają, że ten proces jest limitem długości życia. W stanie nowotworowym są niestabilne telomery (nie wiadomo czy przyczyna czy skutek). Są preparaty pobudzające telomerazę, ale nie jest to sposób na nieśmiertelność ;)

WŁAŚCIWOŚCI GENETYCZNE EUKARIOTYCZNYCH GENOMÓW JĄDROWYCH

Gdzie znajdują się geny? Jak wygląda dystrybucja genów na chromosomach?

Lokalizacja genów na chromosomach nie jest jednorodna (różni się gęstość genów w pewnych częściach – np. w centromerach jest ich więcej). Np. u arabidopsis thaliana średnie zagęszczenie genów wynosi 20 genów na 130 par zasad, ale jest zróżnicowana, bo może wynosić od 1 do 40 genów. W obszarze centromeru jest najmniejsza gęstość, następnie wzrasta w kierunku zakończeń, ale nie jest równomierna.

Gęstość poznawano poprzez barwienie chromosomów techniką G-banding. Powstają ciemne prążki (bogate w AT) i jasne (bogate w GC). Pary AT w genomie przeważają – 59,7% wszystkich par nukleotydów. Aby część została wybarwiona musi dany fragment zawierać więcej niż ta liczba – więcej niż 60%. Geny zawierają od 45-50% par AT. Zatem prążki ciemne na widmie muszą być ubogie w geny. Pierwotnie uważano, że prążki jasne odpowiadają genom, ale to jest błędne rozumowanie – znacznie więcej genów niż prążków, aczkolwiek ich lokalizacja może być w ten sposób poznawana. Ten eksperyment pokazywał, że dystrybucja genów w chromosomach ludzkich jest nierównomierna.

Organizacja w dystrybucji zróżnicowanej jest znacząco różna, gdy zaczniemy porównywać chromosomy zwierząt różnych gatunków.


Chromosom człowieka

Fragment chromosomu 12 o długości 50000 par zasad – próbka reprezentatywna. Fragment ma charakter mozaiki. Na nią składa się sekwencja 4 genów (PKP2 – koduje białko biorące udział w syntezie dezmosomów – miejsca łączenia się komórek u ssaków, SYB1- koduje białko błonowe – bierze udział w tworzeniu pęcherzyków, które łączą się ze zdefiniowanymi białkami w komórce, FLJ10143 – w momencie powstawania mapy genowej, funkcja jego produktów nie była znana, CD27 – gen, który koduje jeden z receptorów czynnika martwicy nowotworów, reguluje szlaki istotne w apoptozie). Każdy z tych genów jest nieciągły: są sekwencje egzonowe i intronowe – nieraz przeważają introny nieraz egzony (częściej introny przeważają). Dodatkowo występują sekwencje rozproszone – tzw. powtarzające się rozproszone sekwencje – występują one w wielu miejscach w genomie ( nie tylko w prezentowany odcinku) – zostały one podzielone na pewne kategorie. Takich sekwencji rozproszonych jest 88. Większość z nich znajduje się w rejonach międzygenowych, ale część znajduje się w obrębie intronów.

Sekwencje rozproszone:

  1. LINE – długie rozproszone elementy jądrowe – na schemacie oznaczone kolorem purpurowym

  2. SINE – krótkie rozproszone elementy jądrowe

  3. LTR – długie powtórzenia końcowe

  4. DNA transposons – transpozony DNA – ruchome elementy genetyczne – występuje ich dużo w genomie człowieka

Dodatkowo występują sekwencje mikrosatelitarne – powtarzane są wielokrotnie krótkie sekwencje pierwotne – motywy wielokrotnie powtarzane – jest ich bardzo dużo. Jeden z nich w prezentowanym fragmencie to sekwencja CA powtarzana 12 razy. Ale mogą być to inne nukleotydy. Około 30% sekwencji prezentowanego odcinka składa się z DNA, który nie może być opisany i skategoryzowany. Jego funkcja jest nieznana – ale jednak nie została utracona w czasie ewolucji. Kiedyś był pogląd, że najważniejszą częścią genomu są fragmenty kodujące geny, a reszta jest nieistotna. Ale okazało się, że sekwencje pozagenowe też pełnią ważną rolę, dając np. RNA jako produkty, który pełni ważną rolę. Najbardziej wyróżniającą cechę w badanym fragmencie jest to, że względnie mało miejsca jest zajmowanych przez gen, dodatkowo udział części egzonowych w genach stanowi tylko 9,5%, co jest odróżniające w porównaniu do innych gatunków. To i tak jest dużo jak dla człowieka, bo ogólnie egzony zajmują około 1,5%.

SKŁAD GENOMU CZŁOWIEKA

  1. Genom składa się z 3200 miliona par zasad

ZAKRES WIELKOŚCI GENOMÓW W RÓŻNYCH GRUPACH EUKARIOTÓW

Najprostsze organizmy eukariotyczne mają względnie małe genomy, aczkolwiek ten zakres może bywać bardzo duży. Największe genomy obserwuje się u roślin. Czy złożoność organizmu koreluje z liczbą genów w jego genomie? Gdyby istniała taka prosta zależność, można by dojść do nieprawdziwych wniosków, ponieważ nie istnieje taka zależność. Jest to tzw. paradoks C. Genomy są zatem zorganizowane w sposób bardziej zwarty, fragmenty niekodujące są lepiej zagospodarowane.

ROZMIARY GENOMÓW EUKARIOTYCZNYCH

Gatunek

FUNGI - grzyby

- Saccharomyces cerevisiae

- Schizosaccharomyces pombe

- Aspergillus nidulans

PROTOZOA - pierwotniaki

- Tetrahymena pyriformis

INVERTEBRATES - bezkręgowce

- Caenorhabditis elegans - nicień

- Drosophila melanogaster – muszka owocowa, wywilżna karłówka xD

- Bombyx mori (silkworm)

- Strongylocentrotus pupuratus (jeżowiec)

- Locusta migratoria (locust) – szarańcza wędrowna, bliskim jej krewnym jest pasikonik

VERTERBRATES – kręgowce

- Takifugu rubripes – rozdymka – używana do badania kanałów jonowych w biochemii

- Homo sapiens

- Mus musculus – mysz domowa

- Gallus gallus – chicken

PLANTS –rośliny

- arabidopsis thaliana

- Oryza sativa – ryż

- Zea mays – kukurydza

- Pisum sativum

- Triticum aestivus

- Fritilaria assyrica

Wielkość genomu w Mb (liczba genów)

12,1 (6100)

12,5 (4900)

25,4

190

97 (19000)

180 (13600)

490

845

5000

400

3200 (30000-40000)

3300

1200 (20000-25000)

125 (25500)

466(40000)

2500

4800

16000

120000

C. elegans jest bardzo dokładnie opisanym organizmem wielokomórkowym, dlatego jest powszechnie stosowany w laboratorium. Wnioski wyciągane na podstawie tych badań są przenoszone na wyższe organizmy eukariotyczne w tym człowieka. B. mori też jest dość powszechnie stosowany w laboratorium – jest to jedwabnik morwowy, motyl. We wczesnych fazach rozwoju larwy w ostatnim stadium rozwoju przędą kokon. Kiedy on już powstanie larwa w kokonie ulega przeobrażeniu – powstaje poczwarka, a następnie motyl. Dla gospodarki ważne są te kokony, z których odwijana jest pojedyncza nić jedwabiu i tkany jest produkt na sprzedaż.

Larwy przed rozpoczęciem tworzenia kokonu wędrują w poszukiwaniu spokojnego miejsca – czasami można kupić żywność (np. kaszę) z jajkami moli spożywczych, to pojawiają się one w kuchni, na ścianach, itd.

FRAGMENT GENOMU DROŻDŻOWEGO

Jest on bardziej zwarty. Na fragmencie 26 genów kodujących białka i 2 kodujące tRNA. W całym genomie drożdżowym występuje ponad 200 intronów, dla człowieka jest to około 300000. W drożdżach występuje sekwencja typu LTR: Ty2. Jest bardziej oszczędnie zorganizowany. Krótkie sekwencje międzygenowe, geny zwarte (bez sekwencji intronowych).

Im bardziej złożony organizm tym mniej zorganizowany sposób zorganizowania genomu.

Już u muszki owocowej pojawiają się geny nieciągłe, jednak nie są jeszcze one aż tak wyraźne jak np. u człowieka.

ZAWARTOŚĆ GENOMÓW DROŻDŻY, MUSZKI OWOCOWEJ I CZŁOWIEKA

Gęstość genów – średnia liczba genów na ilość par zasad

  1. Drożdże:

  1. Muszka owocowa:

  1. Człowiek:

PORÓWNANIE GENOMÓW CZŁOWIEKA, DROŻDŻY, MUSZKI OWOCOWEJ I CZŁOWIEKA

Kukurydza:

Zwiększanie ilości genomu, nie idzie w parze z wielkością genów, ponadto podobne organizmy nie muszą mieć podobnej długości genomu, np. pierwotniaki (choć liczba genów nie zmienia się tak drastycznie, nie zmienia się ilość genów, a ilość sekwencji międzygenowych). Podobnie jest u owadów.

Duże rozbieżności w ilości genów miedzy innymi człowieka (30000-40000) jest spowodowana tym, że ilość genów nie istnieje w korelacji z ilością białek. Istnieje zjawisko splicing, które powoduje, że geny mogą być składane na różne sposoby.

Jak można sklasyfikować geny?

Najprostszym sposobem grupowania genów jest ich klasyfikowanie poprzez funkcje (chodzi o funkcje jego produktu białkowego). Nie zawsze jest to proste, nie każda funkcja jest dokładnie opisana.

KATEGORIE W KATALOGU GENÓW CZŁOWIEKA:

  1. Ekspresja, replikacja i utrzymanie ciągłości genomów – 23,2%

  2. Przekazywanie sygnałów biologicznych – 21,1%

  3. Pełniące różne biochemiczne funkcje metaboliczne komórki – 17,5%

  4. Inne aktywności (procesy transportu, fałdowania białek, białka strukturalne) – 38,2%

DRUGA METODA KLASYFIKACJI GENÓW

Paradygmat a dogmat – dogmat nie podlega modyfikacją, jest trwały, paradygmat to dogmat, który w pewnych warunkach może ulec zmianie

Paradygmat w biochemii i biologii molekularnej: Struktura pierwszorzędowa białka (sekwencja aminokwasów) określa strukturę trzeciorzędową (paradygmat zakłada stabilną strukturę trzeciorzędową), która determinuje funkcję białka. Czyli poznanie struktury pierwszorzędowej białka pozwala na przypuszczanie, jak będzie wyglądać struktura trzeciorzędowa, czyli funkcja. Strukturę pierwszorzędową można poznać poprzez poznanie kolejności nukleotydów w RNA.

Bardzo wiele białek składa się z domen, która posiada podobną strukturę do innych białek z tą domeną i ich funkcja jest podobna. Gdy z białka wyizoluje się domenę, to ona zachowa swoją strukturę i funkcję. Domena jest minimalną jednostką struktury trzeciorzędowej pełniącej określone funkcje.

We fragmencie DNA szukamy sekwencję, która jest sekwencję genu, następnie z tego fragmentu odczytujemy pierwszorzędowe białko. Następnie staramy się zgadnąć, czy konkretna struktura pierwszorzędowa może odpowiadać strukturze domeny. To pozwala na przypuszczanie, jaka jest funkcja białka.

DOMENY:

  1. Domena palca cynkowego – jest formowana przy udziale jonów cynku na +2 stopniu utlenienia. Jest zaangażowana w procesy oddziaływania z kwasem nukleinowym np. ekspresji genów.

  2. Domena śmierci – obecna w wielu białkach, odpowiedzialna za apoptozę.

Porównanie katalogu genów

PRZYKŁADY DOMEN BIAŁKOWYCH ZAKODOWANYCH W RÓŻNYCH GENOMACH

DOMENA FUNKCJA Ilość genów w genomie zawierające domenę
CZŁOWIEK

Palec cynkowy typu C2H2

(dwie reszty cysteiny dwie hisytydyny)

 Wiązanie DNA 564
Palec cynkowy typu GATA (od sekwencji, którą rozpoznaje Wiązanie DNA 11
Homeobox (homeotyczna) Wpływa na ekspresję genów podczas rozwoju w szczególności org eukartiotycznych podczas rozwoju embrionalnego 160
D. Śmierci Programowana śmierć komórek 16
Connexin (koneksynowa) Przekazywanie sygnałów elektrycznych 14
Ephrin Wzrost komórek nerwowych 7

ZWIĄZEK MIĘDZY KATALOGIEM GENÓW CZŁOWIEKA A KATALOGAMI GENÓW INNYCH GRUP ORGANIZMÓW

  1. Kręgowce i inne zwierzęta – 24% wspólnych

  2. Tylko kręgowce – 22% charakterystyczne dla kręgowców

  3. Eukarioty i prokarioty – 21%

  4. Zwierzęta i inne eukariota – 32%

  5. Tylko u innych naczelnych – 1%

RODZINY GENÓW - grupy genów o identycznej albo bardzo podobnej sekwencji

  1. Rodzina kodująca rybosomalny RNA – genom ludzki zawiera około 2000 genów kodujących 5S rybosomalny RNA, są one zgrupowane na chromosomie 1; 28S, … są kodowane przez około 280 kopii DNA, skupione są one w grup na chromosomach: 13, 14, 15, 21, 22. Każdy z tych fragmentów ma po 50/60 kopii tych powtórzeń. Każda z jednostek transkrypcyjnych na różnych chromosomach ma praktycznie identyczną sekwencję

HEMOGLOBINA – RODZINA ZŁOŻONA

Białko występujące w krwi człowieka

Składa się z 4 jednostek zwanych globinami

4 łańcuchy polipeptydowe: 2alfa i 2beta

Tetramer składa się zatem z 2alfa globin i 2beta globin, które są kodowane przez niezależne rodziny genowe. Geny te są umieszczone na różnych chromosomach. W obu rodzinach mamy do czynienia z różną ekspresją genów (geny eksrepsjonowane w różnych okres życia, np. we wczesnym stanie embrionalnym, następnie w okresie płodu czy życia). W przypadku rodzin złożonych (np. beta i alfa globin) poszczególne geny dają produkty, które różnią się nieco strukturą i funkcją, które jest zależne najczęściej od okresów rozwoju. Musi być to zróżnicowanie, ponieważ, hemoglobina płodowa musi mieć znacznie wyższe powinowactwo do tlenu, które jest uzyskiwane przez to, że hemoglobina płodowa ma inny skład, choć zbudowany z podobnych podjednostek

Geny te tworzą wielką rodzinę – rodzinę genów globulinowych

W rodzinie alfa globin 4 pseudogeny, a w beta jeden pseudogen; pseudogeny – są to geny niefunkcjonalne, geny pozorne, nieaktywne, są czymś w rodzaju reliktów – geny pozostałe po przodkach, których znacznie zanikło wraz z ewolucją

PSEUDOGENY

2 grupy pseudogenów:

  1. Gen uległ dezaktywacji przez mutację (np. przez promieniowanie) – geny te ulegają naprawie, ale naprawa nie zawsze jest skuteczna, bardzo wiele mutacji jest mutacjami cichymi – zmiana w DNA, ale brak w białku (bo kod jest zdegenerowany), ale zdarzają się też takie sytuacje, że dochodzi do inaktywacji genu – gen traci funkcję i staje się zbędny; ten gen nie ulega ekspresji i jako zbędny gromadzi mutacji – poprzez to sekwencja, która kiedyś była genem, może przestać mieć strukturę genu i w niczym go nie przypominać

  2. Retropseudogeny – mamy gen funkcjonalny – podlega on transkrypcji transkrypt – po obróbce nie zawiera już sekwencji intronowych – zachodzi odwrotna transkrypcja (nietypowe, ale możliwe), matrycą jest RNA na którego podstawie powstaje DNA – z tego zjawiska w szczególności korzystają retrowirusy (np. HIV) to nowe DNA (reintregowany gen) jest pozbawiony sekwencji intronowych, ale to jeszcze nie czyni go pseudogenem; powodem braku aktywności jest brak sekwencji kontrolnych, które zazwyczaj znajdują się powyżej genu, zatem w nowym transkrypcie brak sekwencji promotorowych i kontrolnych, otrzymujemy czystą sekwencję genową, która nie jest aktywna

INNE RELIKTY GENOWE – GENY SKRÓCONE I FRAGMENTY GENÓW

Krótkie odcinki, które pochodzą z całych sekwencji genów

RODZINY ZŁOŻONE

Mogą występować na różnych chromosomach

ALDOLAZA

Białko, kluczowy enzym ciągu glikolitycznego

Geny są zlokalizowane na różnych chromosomach, te geny są jednak bardzo podobne sobie i dają białka o podobnych właściwościach

MIĘDZYGENOWE DNA

Ich transkrypt mRNA wpływa na ekspresję innych genów – wcześniej te fragmenty uważano za śmieciowe

Często występują powtarzające się sekwencje – powtórzenia

Powtórzenia:

  1. Sekwencje rozproszone – położone w przypadkowych miejscach

  2. Sekwencje tandemowe – mamy jednostkę sekwencji, która jest powtarzana w wielu kopiach powstaje DNA satelitarny

Ultrawirowanie – w probówce roztwór chlorku cezu – probówka obraca się bardzo szybko, działa na nią siła dośrodkowa – w probówce ustala się gradient gęstości chlorku cezu – zaobserwowano główne pasmo oraz pasma dodatkowe towarzyszące głównemu (jak satelity, stąd nazwa) – zazwyczaj 3 prążki satelitarne – zawartość par GC w prążkach satelitarnych jest nietypowa ze względu na tandemowe powtórzenia sekwencji – DNA satelitarne występuje w sekwencjach centromerów.

Oprócz sekwencji tandemowych jeszcze inne elementy sateliarne: minisatelity i mikrosatelity. To też są sekwencje tandemowe – jednak nie występują podczas utlrawirowania. Minisatelity: powtórzona jednostka długości 20 par zasad, Mikrosatelity: poniżej 150 par zasad, powtórzona jednostka ok 13 par zasad. DNA, które występuje w centromerach, jest przykładem minisatelity – głównie występuje na końcach chromosomów w telomerach. Mikrosatelity – w wielu miejscach genomu; najbardziej typowe jest powtórzenie dwunukleotydowe, powtórzenie CA – występuje w dużym stopniu u człowieka. Nie jest jasne, jaka jest rola sekwencji mikrosatelitarnych, brak przypuszczeń; są one wykorzystywane w eksperymentach genetycznych, ponieważ zaobserwowano, że każdy ma charakterystyczny zestaw sekwencji mikrosatelitarnych – charakterystyczny ze względu na lokalizację sekwencji, a także ze względu na ilość powtórzeń w kontretnej sekwencji mikrosateliarnej; jest to wzór charakterystyczny dla każdego człowieka; identyczny jest możliwy jedynie dla bliźniąt jednojajowych, w przypadku rodzeństwa część może się powtarzać, ale zawsze występują różnic. Minisatelity – znakowanie końców naturalnych chromosomów – inne funkcje nieznane.

ZASTOSOWANIE ANALIZY MIKROSATELITÓW DO USTALANIA PROFILI GENETYCZNYCH

Przy dochodzeniu ojcostwa

GENOMY PROKARIOTYCZNE I ORGANELLI EUKARIOTYCZNYCH

Prokarioty – bakterie i archeony

GENOMY PROKARIOTYCZNE – WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

Brak jądra komórkowego – DNA jest inaczej organizowany niż w jądrze eukariotycznym, jednak widać, że DNA też jest skupiony wewnątrz komórki – tutaj w formie nukleoidu.

SUPERSRKĘCENIE (DNA)

Kolista cząsteczka DNA – chromosom E. Coli - rozwinięcie kawałka – następuje superskręcenie DNA

Jeżeli nić DNA pęknie to struktura ulega rozwinięciu – jednak tylko jedna domena. Gdyby jednak było tak, ze chromosom E. Coli nie jest przytwierdzony do łańcucha polipeptydowego to rozwiązaniu uległa by cała struktura

Rdzeń białkowy – składa się z 2 białek – topoizomerazy pierwszej i .. oprócz tych białek występują białka HU – kompleksują DNA – nie wiadomo, czy są rozmieszczone równomiernie, czy są miejsca preferowane – ponadto nie wiadomo, czy nie są ograniczone tylko do rejonu białkowego

U archeonów nie występują białka HU, ale znalezione inne białka, bardziej podobne do histonów niż HU i dzięki nim powstają struktury bardzo podobne do nukleosomów.

WYKRES ZALEŻNOŚCI WIĄZANIA TRIMETYLOPSORALENU OD DAWKI PROMIENIOWANIA

Związek ten wiąże się tylko z domeną rozwiniętą

Na skutek promieniowania DNA ulega uszkodzeniu (uwalniające się promieniowanie z uszkodzonej elektrowni powoduje fragmentację DNA). Kolejne dawki promieniowania powodują związanie kolejnych porcji związku – podczas kolejnych dawek promieniowania kolejne DNA ulegają pęknięciu, a domeny rozwiązaniu (zatem każda domena rozwiązuje się niezależnie)

E. COLI Z DNA UWOLNIONYM W WYNIKU SZOKUOSMOTYCZNEGO

Ciśnienie osmotyczne zdecydowanie różne od ciśnienia osmotycznego komórki powoduje rozerwanie błony komórkowej – komórka traci ciągłość a DNA opuszcza komórkę – wylewa się na zewnątrz.

ZAWIERAJĄ GENY LINIOWE:

BORRELIA BURGDORFERI

Organizm prokariotyczny – odpowiedzialny za wywoływanie boreliozy – atakuje układ nerwowy człowieka po ukąszeniu przez kleszcza

STREPTOMYCES COELICOLOR

AGROBACTERIUM TUMAFACIENS

Pasożytują na korzeniach roślin, ale też na częściach nadziemnych – powoduje guzowatość (najczęściej korzeni) – na roślinie powstaje narośl zrakowaciała, w której zachodzi zmiana charakteru metabolizmów – powoduje syntezę związków zwanych opinami, które potrzebne są bakteriom

PLAZMIDY

Fragment DNA – cząsteczka, która replikuje niezależnie od chromosomalnego DNA komórki prokariotycznej – koliste cząsteczki mniejsze od chromosomu, mogą występować w wielu kopiach, jednak nie wszystkie takie są. Produkty kodowane na plazmidach nie są konieczne komórce do funkcjonowania, przeżycia, jednak dają pewne korzyści.

PLAZMID WARUNKUJĄCY PŁEĆ

Jeżeli posiada to może dochodzić do koniugacji między bakteriami (np. plazmid typu F)

PLAZMID KILLER

Komórka zabija inne bakterie (np. Col – plazmid produkuje colicin)

WIRULENCJA


Wyszukiwarka