I. STRUKTURA I FUNKCJA KWASÓW NUKLEINOWYCH
1.Zasady Purynowe i pirymidowe, nukleozyd, nukleotyd.nukleotydy:-pięciowęglowy cukier (ryboza
u dezoksyryboza)-gr.fosforowana-zas.azotowa - związek pierścieniowy z N w cząsteczce.Może to
być dwupierścieniowa puryna u jednopierścieniowa pirymidyna.Estry fosforowe nukleozydów (
kw.estrafosforowy łączy się z jedną z gr. OH pentozy).nukleozydyj.w. tylko bez reszty fosforowej.
Są to N-glikozydy (at. Tlenu w wiąz. Glikozydowym zastąpiono at.N), połączenie cukrów i zasad
azotowych.Zasady purynowe to heterocykliczne zw. dwupierścieniowe→pierścień pirymidowy i
imidazylowy. W skład kw. Nukleinowych wchodzi adenina i guanina.Zasady pirymidowe-
heterocykliczne zw.jednopierścieniowe. W skład DNA wchodzi cytozyna i tymina, a RNA cytozyna
i uracyl. 2.Typy wiązań w obrębie i pomiędzy nukleotydami.w obrębie nukleotydów występują
wiązania estrowe (między resztą kw.estrafosforewego o gr.OH peniozy) i glikozydowe(między
azotem z pierścienia a węglem puryny u pirymidyny, a wędlem z pierścienia pentozy).Pomiędzy
nukletydami występują wiązania fasfodiestrowe- gr. Fasforanowa spięta wiąz. kowalencyjnymi 2
sąsiadujące ze sobą cukry. W ten sposób tworzą się polinukleotydy tworzące w DNA 2 łańcuchy (nici)
połączone wiąz. wodorowymi pomiędzy zasadami azotowymi oby łańcuchów.3.Porównywanie
budowy RNA i DNABudowa DNAZbudowana jest z 2 oplecionych wokół siebie nici
polinuklecydowych tworzących podwójny heliks. Składa się z 5-cio węglowego cukru - dezoksyrobyzy
HOCH2 oraz z zasad ademiny- guanimy i cytozyny i tyminy.Ademina i tymina oraz guanina i cytozyna
łączą się wiązaniami wodorowymi.Adeninę i tyminę łączą 2 wiązania wodorowe z guaniną i cytozyną 3.
Budowa RNAZwykle jest jednoniciowy( ale w wew. Obszarach mogą występować sekwencje
komplementarne,które po złożeniu się tworzą krótkie odcinki dwuniciowe).W RNA występuje 5-cio
węglowy cukier -ryboza oraz adenina, guaninan cytozyna i uracyl zamiast tyminy. Między adeniną i
urazylem mogą tworzyć się 2 wiązania wodorowe;między tymi połączeniami znajdują się „pętle” w
których występują nie łączące się zasady.Porównanie Składniki cukrowe w nukleozydach: RNAryboza
i DNA deoksyryboza.W RNAwystępuje inna zasada pirymidowa zamiast tyminy jest uracyl, który
tworzy komplementarną parę zademiną. Cząsteczki RNA są jednoniciowe, ale zawierają odcinki
wzajemnie komplementarne umożliwiające tworzenie się wewnatrzaczast. Reglonów dwuniciowych.
Ten sam kierunek pisania sekwencja zas. 5'→3'
4.Reguła Chargraffa ilościowy stosunek puryn do pirymidyn,
a także ademiny A + T / C + G = 1
do tyminy oraz guaniny do cytozyny jest zawsze bliski jedności.Czyli ilość tych
zasad musi być sobie równa. 5. Wiązania i odziaływania stabilizujące dwuniciowe
struktury kwasów nukleinowych.Wiązania wodorowe między A i T - 2 H z gr. NH2
adeninu razem z tlenem dołączonym wiąz. podwójnym do 2 pierścienia tyminy oraz między N
wodorowym w pierścieniu ademiny, a H przy N z pierścienia tyminy
6.Polarność nici w strukturach dwuniciowych kwasów nukleinowychpolarność nici powstaje w
skutek łączenia się nukletydów.Polarność zaznacza się określając jeden z jego końców jako 3'-OH,
a drugi jako 5'-OH.7.Natura informacji genetycznej.Informacja w DNA jest zakodowana w kolejn
ości ułożenia, czyli sekwencji nuklecydów w każdym z dwóch łańcuchów.8.Lokalizacja DNA w
komórkach organizmów żywych.Kompleks DNA wraz z białkami i RNA stanowi nić chromatynową
z której zbodowany jest chromosom. Chromosomy znajdują się w jądrze komórki.DNA znajduje się
w jądrze, a chromosomy tworzą się przed podmiotem komórki.9.Struktura chromatyny, nukleosomy.
Struktura chromatyny są to włókna wawierające ok.60% białka, 35% DNA i 5% RNAStruktura w
niedzielące się komórki tworzy długie i cienkie włókienka. W czasie podmiału kom. ulega
kondensacji. Chromatyna to kompleks nukleoproteinowy złożony z nukleosomów. W chromatynie
włókno nuklesomowe jest skręcone w ścisłą spiralę i tworzy wielkie pętle łączone białkiem macierzy
jądrowej.Nukleosomy jest to cząsteczka DNA opleciona wokół zasadowych cząsteczek białek
histonowych.Podstawowy element nukleosomu to kulista cząstka ................. złożona z łańcucha
DNA o długości ok.140 par zasad owiniętych wokół dyskowatego strumienia zbud. z 8 czasteczek
histonów. 10 Funkcje DNA:- przechowywanie informacji(głównie dotyczących wytwarzania białek),
- samoodtwarzanie się,-przenośnik informacji genetycznej.
11.Typy RNA występujące w przyrodzie i ich funkcjemRNA(iRNA)-jest to RNA, które niesie inf.
o budowie białka.Zawiera sekwencję zasad kodujących białko, a także takich, które bezpośrednio
białka nie kodują.Jego skład nukleatydowy jest komplementarny do składu jądrowego DNA.
Przenosi z chromosomów do rybosomów inf. o sekwencji aminów dla białekktóre ma być
syntetyzowane-translacja.Informacja o budowie białaka jets zapisana za pomocą kodanów
(3 zasad),1 kodan określa 1 aminów.tRNA-transportujący RNA.Łączy się ze specyficznym aminów
i rozpoznaje właściwy dla niego kodan w mRNA. Jest to możliwe ponieważ w każdej cząsteczce
tRNA obecna jest sekwencja trzech zasad-ANTYKODON, który łaczy się z kodanem w mRNA
tworząc komplmentarne pary zasad. rRNA-rybosomowy RNA.Jest głównym składnikiem
budulcowym rybosomów, które przyłączają się do końca cząsteczki mRNA i wędrują wzdłuż niej
umożliwiając cząsteczce tRNA odszyfrowanie informacji i odpowiednie ułożenie aminów. snRNA-
uczestniczą w splecingu pre-mRNA, transporcie białek do ER oraz w i innych procesach komórki.
12.Struktura tRNAjest to łańcuch polinukleotydony zbudowanej z ok. 70 nukleotynów.W cząsteczce
tRNA występują odcinki o sekwencjach komplementarnych przez co powstają wewnętrzne fragmenty
dwuniciowe i rozdzielające je pętle utworzone z niesparowanych nukleotydów.Miejsce wiążące ami-
nów znajduje się na końcu „trzonka ” (koniec 3'cząst.)Grupa COOH aminów wiąże się z grupA OH
na końcu 3' końcowego nukleotydu ademinowego. 13.Struktura mRNA prokariotycznego i
eukariotycznego Struktura MRNA- cząsteczki tworzą pojedyńcze łańcuchy w pewnych odcinkach
mogą być zwinięte w podwójną spiralę.prokariota- końce 5' i 3' nie ulegają modyfikacji, na tych
końcach są nukleatydy od których polimeraza RNA rozpoczyna i na której kończy syntezę łańcuchową
RNA.mRNA koduje kilka białek.U priokrariota nie zawiera sekwencji bogatej w puszyny na końcu 5'
mRNA.eukariota- do końca 5' pierwotnego transkryptu dołączony jest kap, czyli guanozyna, a do
końca 3'- ogon poli A (poliademylacja pierwotnego transkryptu)mRNA prawie zawsze zawiera
instrukcje dotyczące syntezy tylko jednego białka.U eukariotów mRNA często ulego metylacji grup
2'-hydroksylowej w drugiej reszcie rybozy.
II.REPLIKACJA - BIOSYNTEZA DNA
1.Semikonserwatywny charakter replikacji.każda nić w cząsteczce DNA może służyć jako matryca
do syntezy nici biegnącej w przeciwnym kierunku.Wymaga to zerowania wiązań wodorowych i
rozdzielania nici.Każda z rozdzielonych nici może odbudowywać na zasadzie komplementarności
kolejne nukleotydy aż do odtworzenia nici siostrzanej.W rezultacie powstają 2 cząsteczki DNA o
strukturze dopwójnego heliksu, takie same jak cząsteczki wyjściowe.Każda z nich ma jedną starą
nić i drugą nowo zsyntetyzowaną nić komplementarną do starej.2.Substraty dla syntezy DNA.starter
jest to krótka (5 nukleotydów) nić RNA która łączy się z jednoniciową matrycą DNA.Zgodnie z
regułą komplementarności zasad w miejscu , w których rozpoczyna się proces replikacji.3.Enzymy
katalizujące synteę DNA.Do rozplatania nici DNA potrzebna jest helikaza DNA, a tworzące się
podczas rozplatania napięcia są likwidowane przez topoizomerazy.4.Funkcje syntezy i naprawy DNA
W organizmie istnieją enzymy rozróżniające błędy i odcinające łańcuch polinukleotydowy w celu
usunięcia nieprawidłowego nukleotydu oraz inne enzymy wprowadzające prawidłowy nukleotyd.
Funkcje syntezy:-namnożenie DNApotrzebnego do transkrypcji i translacji;-zapewnia ciągłość
informacji genetycznej;-przekazywanie cech;-podział komórki w mitozie i mejozie.5.Widełki
replikacyjne, fragmenty Okazaki, ligaza DNA.Widełki replikacyjne jest to obszar w którym przebiega
replikacja DNA (jednocześnie na obu niciach). Wydłużanie jednej z powstających nici odbywa się
zgodnie z ruchem widełek replikacyjnych, czyli w sposób ciągły- jest to nić prowadząca.Synteza II
nici przebiega w przeciwnym do ruchu widełek kierunki, powstałych w postaci (100 - 1000
nukleotydów)Fragmentów Okazaki, jest to nić opóźniona. Syntezę każdego grafmentu okazaki inicjuje
odrębny starterowy RNA i przebiega w kierunku końca 5' poprzednio utworzonego fragmentu,
uczestniczą w tym poloinerezy DNA kilku typów. Gdy nowy fragment Okazaki zbliża się do
fragmentu zsyntetyzowanego wcześniej to jedna z części polimeracy DNA degraduje poprzedni
sarterowy RNA co umożliwia inne polimeranie wypełnienie przerwy między 2 odcinkami nici DNA,
Oba fragmenty zostają spojone przez Ligazę DNA- enzym katalizujący zespolenia końca 3' jednego
ragmentu DNA z końcem 5' drugiego. 7.Replikacja a fazy cyklu komórkowego.
IV. TRANSLACJA - BIOSYNTEZA BIAŁKA
1. Kod genetyczny i jego cechy.Kod genetyczny są to trójki zasad tzw. kodony. Każda trójka w mRNA
określa jeden aminów w syntetyzowanym białku. Kodony UAA, UGA, UAG to kodony „stop”
oznaczające koniec sekwencji kodującej łańcuch polipeptylowy. DNA zawiera sekwencję zasad z
których kodon jest transportowany, a tRNA zawiera odpowiadający mu antykodon, dzięki czemu
może poprawnie odczytywać informacje z mRNA.Kod genetyczny jest uniwersalny, czyli kod w
mRNA wszystkich żywych organizów jest taki sam. Kod genetyczny jest zregenerowany, czyli niektóre
aminokwasy są determinowane przez więcej niż jeden kodon. Tylko metianine i tryptofan są kodowane
przez pojedyńcze kodony. Reszta przez 2-6.2. Istota procesu translacji.przekształcenie 4-literowego
kodu zasad w kwasach nukleinowych w 20-aminów.Alfabet białek.Zasaniem translacji jest wytworzenie
wciązania peptydowego między aminów zgodnie z zachowaniem właściwej sekwencji określonej przez
kodony w mRNA. Do tego służy tRNA. DNA zawiera specjalne geny tRNA, które są transkrybowane
na cząsteczki tRNA.3. Lokalizacja procesu translacji. 4.Budowa rybosomu.składa się z 2 podjednostek
u bakterii, miejsza zbudowana jest z 21 cząsteczek różnych białek i cząsteczek RNA, a większa z 35
cząsteczek różnych białek i 2 czasteczek RNA. Na jednej z powstałych dużej podjednostki jest
zagłębienie do którego pasuje mała podjednostka.Cząsteczka mRNA pasuje do bruzdy pomiędzy
stykającymi się powierzchniami. W każdym rybosomie są 2 zagłębienia - miejsca A i P, w których
wiązane są cząsteczki tRNA. 2 miejsce wiąże się cząsteczka tRNA z przyłączonym rosnącym
łańcuchem peptydowym.5. Aktywacja aminokwasu i rola syntez aminocylo-tRNA.Aminokwasy
przyłączone są wiązamianiem kowalencyjnym do właściwych dla nich cząsteczk tRNA.Dokonuje
tego stntetazy aminocylo-tRNA tworzą się kompleksy aminocylo- tRNA, które są w stanie
rozpoznawać i łączyć się sekwencją kodującą w mRNA umożliwiając tworzenie łąńcucha
peptydowego, w którym aminokwasy są ułożone we właściwej kolejności. Aminokwasów przylączone
do cząsteczki tRNA r. ze sobą spontanicznie tworząc wiązanie peptydowe.
6. Rozpoznawanie kodonu inicjatorowego i incjacja translacji.Do mniejszej podjednostki rybosomu
dołączona jest specjalna cząsteczka inicjatorowego metionylo-tRNA w syntezie białka jest AUG
kodujący moetioninę. Jeżeli metionina ma być I aminokw. To AUG łączy się z inicjatorowtm tRNA
i powstaje N - formyeometiamina włączona tylko jako I aminokw. Jeżeli AUG występuje wewn.
Sekwencji kodującej białko do syntezy polipeptydu używany jest normalny metiomylo-tRNA.
Po połączeniu inicjatorowego N-formylometoanylo-tRNA do mniejszej podjednostki wiążą się one
ze specjalną sekwencją rozpoznającą rybosom. W wyniku tego wiązanie ustawione zostają naprzeciw
siebie antykodonu inicjatorowego tRNA i kodon AUG w mRNA. Z powstałym kompleksem
inicjującym wiąże się większa podjednostka tworząc kompletny rybosom. 7.Etap elongacji- wydłużenie .
Dodawanie kolenych aminokw. Do rosnącego łąńcycha polipeptydowego. Inicjatorowy tRNA wiążą
się w miejscu P rybosomu zwalnając miejsce A, które może być zajęte przez aminoacylo-tRNA
określone przez następny kodon co jest możliwe dzięki specyficznemu porównaniu zasad, antykodonu
w tRNA i komplementarnego do niego kodonu w mRNA. Grupa aminowa aminokwasów w miejscu
P - tworzy się wiązanie peptydowe, jest to r. spontaniczna aminów z miejsca P zostaje odłączony od
swego tRNA i przyłączony do aminoacylo-tRNA w miejscu A. Synteza białek przebiego zawsze od
końca aminowego do końca karboksylowego wydłużenia się łańcucha peptydowego.Po utworzeniu
wiązania peptydowego cząsteczka tRNA zostaje usunięta z miejsca P i uwolniona - może się połączyć
z kolejną cząsteczką aminokw. Wypełnia się łańcuch peptydowy zw. Z tRNA w miejscu A ulegoa
translokacji wraz ze swoim tRNA do miejsca Pzwalniając miejsce A dla następnej komplementarnej
tRNA- aminokw. Rybosom i matryca przesuwają się i kodon okr. Nast. Aminów znajduje się w nie
zajętym miejscu A.Rybosom przesuwa się wzdłuż cząsteczki mRNA w kierunku od końca 5' do końca
3'8.Terminacja translacji.syntezę łańcuch kończą „czynniki uwalniające”, które rozpoznają kodony
terminacyjne(„stop”) znajdujące się na końcu sekwencji kodującej. Są to kodony UAA, UGA i UAG,
które nie kodują żadnego aminokw. Rozpoznanie kodu terminacyjnego przez czynnik uwalnijący pow.
Rozdysocjionowanie rybosomu na 2 podjednostki, które mogą być użyte do wytw. Nowego
komplementarnego inicjującego z udziałem innej cząsteczki mRNA
9. Polirybosomy(polisomy).- cząsteczka mRNA zw. Z wieloma rybosomami ;każdy syntetyzuje
osbne białko10.Hipoteza sygnałowa-tramslacja na rybosomach zw. Z błonami retikulum
endoplazmatycznego.-biosynteza białka . Syntetyzowanie białka wg. informacji zaw. w mRNA
(białko o określonej sekwencji aminokw.).Tłumaczenie - przetwarzanie „języka kw. nuld.”
w cząsteczkę mRNA na „język aminokw.” w cząsteczce białka.
III. TRANSKRYPCJA DNA - BIOSYNTEZA RNA
1.Substraty dla syntez RNA.:musi być dwuniciowe DNA, dwuwartościowy jon metalu Mg2+ Mn2+
polimerwazm RNA;aktywowane proekursory ATP, GTP, UTP, CTP.2.Enzymy uczestnioczące w
transkrypcji.Enzymem uczestniczącym w transkrypcji jest polimeraza RNA zależna od DNA zwana
potocznie transkrytazą. W wyniku realcji następuje połączenie jednostek mononykleotydowych w
łańcuchy polinuklotydowe przez wytworzenie wiązań 3'-5' fosfodeisowych.3.Nić kodująca i matrycowa.
Nić kodująca - tworzony RNA na sekwencję nukleotydów, taką samą jak nić DNA nie stanowiąca
matrycy (z tym, że RNA w zamiast T występuje U) i dlatego tę nić DNA określa się jako nić kodującą
(nić sensowną).Nić matrycowa(antysensowna) jest to nić DNA bezpośrednio wykorzystywana do
syntezy RNA.4. Lokalizacjaproesu transkrypcji.transkrypcja przebiega w wydzielonym obszarze
komórki - jądrze komórkowym, w którym znajduje się DNA.5. Produkty transkrypcjiW wyniku
transkrypcji powstają cząsteczki RNA dzielące się na cztery główne rodzaje, są to : a) RNA zawier.
informację o sewkencji aminokwasów w cząsteczce białka, zwany mRNAinformacyjnym kwasem
rybonukleinowym; b)RNA przenoszący aminokwasy i odczytujący kodony w mRNA,nazywany jest
przenoszącym kwasem rybonukleinowym(transporującym)tRNA c) RNA wchodzący w skład
rybosomów, struktur komórkowych, na których odbywa się proces translacji, zwany rybosomowym
kwasem rybonukleinowym rRNA d) małe cząsteczki RNA pełniące ważną funkcję w regulacji
transkrypcji.
6. Struktura pierwotnego transkryptu u prokariontów i eukariontów.U priokariontów
Transkrypcja genów przez polimeryzację RNA z E.coli obujmuje trzy etapy: INICJACJĘ,
ELONGACJĘ TERMINACJĘ. Podczas inicjacji polimeraza RNA rozpoznaje specyficzne miejsce w
DNA, znajdujące się przez genem przeznaczonym do przepisania na RNA określone jako miejsce
promotorowe.Polimeraza RNA rozplata w tym miejscu dwuniciowy DNA by udostępnić jedną z nici
DNA jako matrycę do syntezy RNA. Podczasd elongacji enzym przesuwa się wzdłuż genu i syntetyzuje
RNA komplementarny do matrycy DNA wykorzystując jako substraty 5'-trifosforany rybonukleozydów.
Nić DNA bezpośrednio wykorzystywana do syntezy RNA jest określona jako nić matrycowa. Tworzy
RNA na sekwencję nukleotydów taką samą jak nić DNA nie stanowiąca matrycy(z tym, że w RNA
zamiast T występuje U) i dlatego tę nić DNA określa się jako nić kodującą. W różnych miejscach
bakteryjnego chromosomu przepisywania na sekwencję RNA ulegoa raz jedna nić DNA, oraz druga,
zależnie od tego, która z nici stanowi nić danego genu. Polimeraza RNA identyfikuje nić DNA
przeznaczoną do przypisania na RNA na podstawie orientacji miejsca promotoro-sygnały terminacji,
zaprzestajewydłużania RNA, uwalnia gotowy transkrypt i oddysocjowuje od DNA.U eukariotów
Struktura pierwotnego transktryptu jest inna u eukariotów niż w komórkach prokariotycznych, w których
wszystkie rodzaje RNA są syntetyzowane z udziałem tej samej polimerazy RNA. W jądrze komórek
eukariotycznych występują trzy polimerazy RNA, które odpowiedzialne są za transkrypcję różnych
typów RNA:a) polimeraza RNA I zlokalizowano w jąderku, transkrybuje geny 28s, 18s i 5,8s rRNA,
b) polimeraza RNA II zlokalizowano w nukleplazie; transkrubuje geny kodujące białka (syntetyzuje
mRNA) i większość genów kodujących małe jądrowe RNA (snRNA), które uczetniczą w procesach
dojrzewania mRNA, z wyjątkiem V6 snRNA, c) polimeraza RNA III zlokalizowana także w
nukleoplaźmie. Enzym tenskrybuje geny tRNA,5srRNA, jeden z genów snRNA (V6-snRNA) oraz
gen 7sRNA, który jest składnikiem cząsteczki SRP rozpraszającej peptyd sygnałowy, która uczestniczy
w translacji białek przez błonę RE.7. Eksony i introny.Eksony są to kodujące odcinki genu. Introny -
rozdzielają eksony os diebie, s a one niekodującymi odcinkami DNA.8.Posttranskrypcyjna obróbka
pre-mRNA(splicing) .Obróbce posttranskrypcyjnej ulegają pierwsze produkty transkrypcji, czyli
skomplikowanemu procesowi dojrzewania, polegającemu m.in. na wycięciu sąsiednich eksonów.
W cząsteczce pre=mRNA występują często zarówno fragmenty kodujące, jak i nie ulegające translacji.
Dlatego, też w czasie procesów dojrzewania sekwencje intronowe są usuwane z pre-mRNA a sąsiadujące
eksony łączą się ze sobą w ciągły, liniowy odcinek sekwencji kodujących syntezę określonego białka.