4. Przenoszenie informacji genetycznej - mechanizmy
Biosynteza DNA
Biosynteza łańcuchów nukleotydowych DNA stanowi fragment centralnego dogmatu genetyk molekularnej (tzw. Dogmat Cricka), według którego informacja genetyczna jest przekazywana z DNA na mRNA, a następnie na białko.
DNA→ mRNA→ Białko
W procesie przechowywania i przekazywania informacji genetycznej można wyróżnić trzy etapy: replikację (kopiowanie DNA w celu wytworzeniu materiału genetycznego dla komórek potomnych),transkrypcję (przepisywanie informacji zawartych w strukturze DNA na mRNA) i translację (odczytywanie informacji zawartej w mRNA) i jej zamiana na „język aminokwasów” budujących łańcuchy polipeptydowe białek. Stanowiącego kopię genu, utworzone RNA kieruje synteza białka.
Informacja genetyczna zawarta w genach zostaje udostępniona przez ich ekspresję polegającą na syntezie RNA stanowiącego kopię genu, utworzony RNA kieruje syntezą białka. Podczas ekspresji cząsteczki DNA przekazują zawartą w nich informację, kierując syntezą cząsteczek RNA. Proces ten nazywamy transkrypcją. Transkrypcja obejmuje inicjację, elongacje, terminację. W efekcie transkrypcji genu kodującego białko powstaje cząsteczka mRNA- w niej zapisana jest informacja o syntezie danego białka. W wyniku transkrypcji innych genów powstają odpowiednie rodzaje RNA pełniące pomocnicze funkcje w biosyntezie białka. U organizmów jądrowych to, co powstaje po transkrypcji, czyli cząsteczka RNA wymaga na ogół obróbki, zanim jeszcze stanie się właściwym nośnikiem informacji do syntezy białka. Cząsteczka prekursora jest modyfikowana na obu końcach oraz pewne elementy są wycinane, a pozostałe(eksony) są za sobą łączone. Po tych procesach z prekursorem powstaje mRNA, który jest transportowany z jadra komórkowego do cytoplazmy, gdzie odbywa się biosynteza białka, w cytoplazmie na wolny koniec mRNA dostają się rybosomy, kolejne rybosomy przesuwają się po mRNA, syntezując odpowied nie białka.. rybosomy to twory złożone z kilkudziesięciu cząsteczek rybosomalnego RNA odpowiedzialne za przetrzymanie mRNA, odczytywanie zawartej informacji i połączenie po kolei odpowiednich aminokwasów zapisanych w mRNA . Ważnym elementem translacji są cząsteczki tRNA (upraszczając można powiedzieć że istnieje jeden rodzaj cząsteczki tRNA przypadający na jeden aminokwas, jedna cząsteczka tRNA jest łączona za swoim odpowiednim aminokwasem, tRNA z jednej pętli zawiera sekwencję trzech nukleotydów, zwana antykodonem, łączącą się z kodonem mRNA dla danego aminokwasu translacja odbywa się od momentu start (pierwsza jest metinina)do kodonu stop. Po osiągnięciu tego kodonu z rybosomy stopniowo uwalniane jest nowe białko
U bakterii transkrypcja i translacja w zasadzie nie są rozdzielone w przestrzeni i czasie natomiast u eukariontów jest inaczej
Bakterii podczas t. do powstającego mRNA od razu przyłączają się kolejne rybosomy i przesuwają się po nim, syntezując zapisane w RNA białko.
U eukariontów musi najpierw powstać mRNA, który opuszcza jadro, po czym proces translacji przebiega w cytoplazmie.
U bakterii i org. Eu. występuje ten sam kod genetyczny i w ten sam sposób jest odczytywany. Efektem procesów t. i t. jest odczytywanie w genie informacji zakodowanej czyli powstanie białka.
Kom. Prokarioyczna - Np. escherichia coli. RNA w postac rRNA t RNA mRNA stowi ok. 6% masy kom., przy czym rRNA trzy rodzaje w liczbie o 3 razy 10 do 4 tRNA ok. 60 rodzajów oraz 100 rodz mRNA kazdy w pojedynczych kopiach (lub niewielu).
Mechanizm rozdziału replikowanych chromosomów do kom. Potomnych w porównaniu z mitozą w kom. Eukar. Jest bardzi prymitywny i zapewne również ograniczył możliwości powiekszenia długości chromosomu preokariotycznego. Czynniki te przyczynił się do zachowania archaicznej struktury kom. Prokariotycznych. Dodatkowym mechanizmem, jednak o bardzo ograniczonych możliwościach zwiększenia zasobu inf. Genetycznej, jest występowanie w populacjach bakteryjnych różnorodnych plazmidów. Ich wielkość jest bardzo różna, od kilku do kilkuset tys. Nukleotydów tworzących koliste cząsteczki DNA wyst na terenie cytoplazmy kom. Bakt. Np. odporność na różne antybiotyki. ….
Kom. Eukariotyczna - mitochondrium, chloroplast mają własna informacje genetyczną
Transkrypcja jako ekspresja genu czyli:
- inaczej ujawnienie obecności określonego genu w kom.
- w przypadku genów kodujących białko inf. Odczytywana jest w procesie transkrypcji, a mRNA jest wykorzystywany do produkcji białka (translacja).
Gen który nie ulega ekspresji genu, jest tylko „uśpionym” fragmentem DNA, który nie ma wpływu na procesy życiowe kom.
- proces przepisywania inf. Genetycz. Z DNA na RNA (matryca przy systemie białka)
- proces katalizowany przez polimerowy RNA
- zachodzi w jadrze kom.
- transkrypcja nici DNA do cząsteczki komplementarnego RNA jest pierwszym etapem ekspresji genu 5' ->3'