BIOCHEMIA 23 III 2011r.

Prokariotyczne polimerazy DNA

• Polimeraza I – usuwa startery i wypełnia brakujące fragmenty DNA, naprawia i łata DNA (egzonukleaza 5’-3’)

• II – współdziała przy naprawie DNA

• III – główny enzym odpowiedzialny za syntezę nowego łańcucha DNA.

• Helikazy DNA biorące udział w replikacji, białka destabilizujące spiralę, rozrywają wiązania wodorowe między parami zasad w łańcuchu DNA.

• Gyraza DNA – topoizomeraza. Katalizuje przemianę luźnej cząsteczki DNA w strukturę super-hiper zwiniętą. Posiada zdolność zarówno do relaksacji (rozluźniania) i spajania (tworzenia struktury) pasm DNA

• Prymaza – polimeraz RNA, która katalizuje syntezę starterów.

• Białka SSB (DBP) – białka wiążące się z pojedynczymi łańcuchami DNA, które stabilizują je.

• U eukariota stwierdzono obecność 5 polimeraz DNA (alfa, beta, gamma, delta, epsilion)

• Delta – odpowiednik polimerazy III – replikacja, podwajanie nici.

• Epsilon i pozostałe – uczestniczą w procesach naprawczych.

Replikacja przebiega podobnie we wszystkich organizmach.

U eukariota DNA przed replikacją musi być odwinięty od nukleosomów. W procesie tym uczestniczy enzym rozluźniający. W związku z tym opóźnione jest przesuwanie widełek replikacyjnych i sam proces replikacji u eukariota przebiega ok. 10-krotnie wolniej niż u bakterii. W trakcie replikacji u eukariota występują różne problemy. Okazuje się, że ostatni fragment okazaki na nici opóźnionej nie może być zsyntetyzowany ponieważ jego startery znajdują się przeciętnie o 200 nukleotydów od miejsca inicjacji. W przypadku gdy zsyntetyzowany odcinek nici opóźnionej jest krótszy niż 200 nukleotydów, nie ma miejsca na syntezę nowego startera. Taka sytuacja spowodowałaby, że nić opóźniona byłaby krótsza od wiodącej a następne cykle replikacji powodowałyby jeszcze bardziej skracanie nici opóźnionej i w efekcie syntetyzowane byłyby coraz krótsze potomne nici DNA. W związku z tym nie byłaby zachowana pełna informacja genetyczne organizmu w nowopowstających komórkach. Okazało się, że zakończenie chromosomów, czyli telomery (telos – gr. koniec) mogą być syntetyzowane przez odwrotną transkryptazę. Enzym ten odkryty w 70 roku, w 75 dwóch badaczy dostało za to Nobla. Odwrotna transkryptaza syntetyzuje DNA na bazie RNA. Po raz pierwszy enzym ten został wykryty w wirusach onkogennych.

COOOOOŚTAAAAAAAM – jakieś jedno zdanie – nie zdążyłam zapisać.

Aktywność telomerazy stwierdzono m.in. w komórkach zarodkowych ulegających ciągłym podziałom. Zadaniem telomerazy jest niedopuszczenie do skracania DNA w trakcie replikacji. Wykazano, że jeżeli skracanie obejmuje obszary DNA zawierające informacje o syntezie białka – komórka umiera. Telomery komórek z wiekiem stają się coraz krótsze. Za pomocą analizy telomerów możemy stwierdzić wiek danej komórki. Jeżeli telomery są krótkie – z wiekiem zanika też aktywność telomerazy. W komórkach nowotworowych obserwuje się wzrost aktywności telomerazy, co może powodować ich nieśmiertelność. Dlatego w walce z rakiem prowadzi się badania nad hamowaniem aktywności telomerazy w kom. nowotworowych.

Ogromnym problemem dla życia organizmów jest utrzymanie niezmienności genetycznej w komórkach DNA. Nieprawidłowo włączony nukleotyd w DNA zdarza się nie częściej niż raz na miliard. Komórka wykształciła systemy i mechanizmy naprawy uszkodzeń struktury DNA. Jeżeli nastąpi mutacja w jednej komórce to z dużym prawdopodobieństwem będzie występowała w komórkach potomnych.

Rodzaje mutacji:

• Substytucja – podstawienie jednej pary zasad zamiast innej. Dwa rodzaje:

  • Tranzycja – podstawienie jednej puryny w miejsce innej, lub pirymidyny w miejsce innej pirymidyny

  • Transwersja – zamiana puryny na pirymidynę i odwrotnie

• Delecja – usunięcie jednej lub większej liczby par zasad

• Insercja - wstawienie jednej lub większej liczby par zasad

W wyniku insercji i delecji dochodzi do mutacji zmiany ramki odczytu (prowadzi do syntezy polipeptydów o zmienionej sekwencji aminokwasów.)

Przesunięcie ramki odczytu np. w genie kodującym białko enzymatyczne prowadzi najczęściej do utraty aktywności tego enzymu. W innym przypadku może dojść do zmiany kodonu stop, co spowoduje wydłużenie łańcucha polipeptydowego, następnie dojdzie w łańcuchu do większego pofałdowania i w końcu do zmniejszenia aktywności. Kodony STOP – trójki nukleotydów, które wyznaczają miejsce zakończenia procesu translacji, czyli miejsce zakończenia syntezy łańcucha polipeptydowego. Większość mutacji może być naprawiana, ponieważ informacja genetyczna przechowywana jest w obu niciach DNA. W związku z tym utrata informacji z jednej nici może być odtworzona na podstawie drugiej – prawidłowej. Jednym z najlepiej poznanym mechanizmów naprawy DNA jest usuwanie dimerów pirymidynowych. Powstają one gdy DNA wystawione jest na działanie światła UV. Sąsiadujące ze sobą w łańcuchu DNA reszty pirymidynowe mogą zostać w tych warunkach połączone dodatkowym wiązaniem kowalencyjnym. Powstały dimer pirymidynowy zaburza strukturę dwuniciowej helisy, co powoduje zablokowanie zarówno replikacji jak i ekspresji genu (syntezy białka) do czasu usunięcia uszkodzenia. (fOcIe Z MiNaKoWsKiEgO <3 :*)

Innym systemem naprawy DNA jest uruchomienie tzw odpowiedzi S.O.S podczas rekombinacji homologicznej gdzie rodzicielskie dupleksy DNA przylegają do siebie rejonami o podobnych sekwencjach – nowe cząsteczki DNA powstają przez zerwanie a następnie przyłączenie homologicznych fragmentów/segmentów.

(RYSUNECZEK) x2 mechanizm działania białka recA

W rekombinacje enzymatycznej pośredniczy białko enzymatyczne aktywowane przez ATP, które umożliwia jednoniciowemu DNA przeszukiwanie podwójnej nici DNA w celu znalezienia identycznych bądź podobnych sekwencji. Następnie białko to katalizuje wymianę nici w miejscu największej homologii. W warunkach normalnych (fizjologicznych) w komórce znajduje się kilkaset kopii tego białka, natomiast o uszkodzeniu DNA ilość tego białka gwałtownie wzrasta. Uszkodzenie DNA wywołuje dodatkowo indukcję syntezy innych białek biorących udział w naprawie. Te zdarzenia to odpowiedź S.O.S. w warunkach fizjologicznych, zawartość białek (w jądrze) biorących udział w tej odpowiedzi jest niska, bo ich synteza blokowana jest przez białko hamujące (represorowe) tzw. lexA. Występowanie dużych ilości jednoniciowego zmutowanego DNA znosi aktywność białka lexA, które ulega proteolizie (rozpadowi) i dochodzi do aktywacji genów kodujących białka naprawcze. Wiele chorób nowotworowych powstaje w skutek zaburzeń systemów naprawczych DNA a nie bezpośrednio w wyniku mutacji, która może być usunięta. Mało wydajne systemy naprawcze lub ich uszkodzenia prowadzić mogą do zachowania danej mutacji a następnie do jej dziedziczenia, co w konsekwencji prowadzi do śmierci komórki.

Istnieje wiele zespołów nieprawidłowej naprawy DNA:

• Xeroderma pigmentosum – nadwrażliwość na światło słoneczne, objawia się zwiększoną częstością występowania nowotworów skóry i przedwczesnym starzeniem się. Przyczyną jest uszkodzenie siedmiu genów

• Zespół cockayne’a – nadwrażliwość na UV i związki chemiczne

• Trichotiodystrofia – wrażliwa skóra, łamliwe włosy i paznokcie

• Zespół Wernera – przedwczesne starzenie i niskorosłość

• Zespół blooma – nadwrażliwośc na światło słoneczne, zwiększona zachorowalność na nowotwory, szczególnie białaczka

• Ataksja – nadwrażliwość na promieniowanie jonizujące i niektóre zw, chemiczne

• Zespół Nijmegen

• Niedokrwistość fanconiego

• Dziedziczny rak sutka

• Dziedziczny rak jelita grubego

• Zapalenie cewki pindola mniejszego w żwaczu psa u murzynów rasy albinos z krzywymi paznokciami na wargach sromowych w dupie pizdy <- wersja Wlazłego.

Czynniki wywołujące mutacje (mutageny):

• ANALogi zasad purynowych i pirymidynowych oraz barwniki akrydynowe – do DNA mogą być wbudowane analogi zasad takie jak 5-bromouracyl, 2-aminopuryna, akrydyny posiadające płaskie pierścienie aromatyczne, wbudowują się pomiędzy sąsiadujące pary zasad rozsuwając je co umożliwia insercję innej zasady.

• Związki alkilujące – działają na puryny w DNA. Alkilacja powoduje osłabienie wiązania pomiędzy puryną i deoksyrybozą , w konsekwencji dochodzi do jego rozerwania

• Światło UV – powoduje stan wzbudzony atomów, dzięki czemu cząsteczki DNA stają się bardziej reaktywne. Może dochodzić np. do powstawania nowych wiązań C-C między zasadami leżącymi obok siebie w łańcuchu DNA (np. dimery tyminy)

• Mutacje chromosomów – delecja, translokacja, inwersja

• Uszkodzenia oksydacyjne – do uszkodzeń tych dochodzi w normalnych warunkach, bo we wszystkich komórkach tlenowych występują reaktywne formy tlenu. W pewnych warunkach może dochodzić do ich nagromadzenia. Zaliczamy do nich wolnorodnikowy anion ponadtlenkowy, nadtlenek wodoru, oraz rodnik hydroksylenowy. Formy te powstają przy okazji różnego rodzaju stresów, skutkiem czego może być powstawanie utlenionych zasad: 2-oksoadenian, 8-oksoguanina, 5-hydroksymetylouracyl