Możliwości ingerencji:

• zmieniona aktywność genów naturalnie występujących w organizmie

• wprowadzanie dodatkowych kopii jego własnych genów

• wprowadzenie genu pochodzącego z innego gatunku

Naturalne modyfikacje:

• radiacja

• wirusy

GMO:

• mutageneza chemiczna lub radiacyjna

• narzędzia inżynierii genetycznej

Techniki rekombinacji DNA:

• izolacja genu dawcy

• klonowanie w wektorze

• transfer do pośrednika (bakteria)

• transfer docelowy

PCR - materiały:

• matryca DNA/RNA

• startery

• bufor

• substraty-dNTP

• jony Mg 2+

• termostabilna polimeraza

Transport białek:

• przez pory jądrowe - bez konieczności zmiany stanu ufałdowania białek

• przez kompleksy translokacyjne (ER, mitochondrium, chloroplasty) w stanie całkowitego lub częściowego rozfałdowania białek

• przez pęcherzyki - białka zamknięte w pęcherzykach (ER -> Golgi, Golgi -> błona), wspomagany przez białka wiążące i hydrolizujące GTP bądź ATP : ARF, Sar1, Nsf, Rab.

Replikacja - proces enzymatycznej syntezy nici DNA komplementarnej do istniejącej już w komórce matrycy. Substraty:

• 
  matrycowe DNA 3 nić wiodąca

• polimeraza DNA

• trifosforany nukleozydów

5

3

nić opóźniona

5

Inicjacja w miejscu ori. Primaza (polimeraza RNA katalizuje syntezy oligonukleotydów RNA na matrycy DNA. Zakończenie syntezy nici opóźnionej: usuwanie starterów RNA przez polimerazę I DNA i tworzenie przez ligazę DNA wiązań fosfodiestrowych między fragmentami Okazaki.

Chloroplasty powstały na drodze endosymbiozy z bakterii rodz. Ganobacteria.

ORGANELLA:

APARAT GOLGIEGO:

• struktura siateczkowata między ER a błona komórkową

• wypukła od strony ER

• duża zmienność (liczba pęcherzyków), wielorakość elementów: cysterny i pęcherzyki

• pojedyncza błona

• każda cysterna jest oddzielona, transport przez pęcherzyki

• przenoszenie produktów syntezy: `cis' -> `trans' (ER-błona kom)

• biegunowość dotyczy budowy i funkcjonowania w zakresie glikozylacji białek (od strony cis - glikozylacja podstawowa, od strony trans - glikozylacja terminalna)

• strony:

• cis: -kontynuacja glikozylacji podstawowej

-fosforylacja oligosacharydów

• trans: -glikozylacja terminalna

- siarkowanie

- dojrzewanie pro peptydów

- pakowanie produktów wydzielniczych

MITOCHONDRIA:

• dwie błony, wewnętrzna ufałdowana w grzebienie (miejsce transportu elektronów i związanej z nim fosforylacji oksydacyjnej wytwarzającej ATP)

• matriks - reakcje metaboliczne: cykl kwasu cytrynowego, szlak rozkładu kwasów tłuszczowych

• w matriks jest mitochondrialny DNA, kodujący niektóre białka mitochondrialne

• jest we wszystkich tlenowych komórkach eukariontów

• w komórkach roślin są obok chloroplastów

• dzielą się, mogą się łączyć lub rozpadać

• pochodzą od niesiarkowych bakterii purpurowych

• błona zewnętrzna przepuszczalna, wewnętrzna selektywna; kanały i pompy

WAKUOLA:

• do 90% objętości komórki

• otoczona tonoplastem

• funkcja magazynująca, reguluje turgor

• wywodzi się od aparatu Golgiego

ER:

• w zwierzęcych do 10% objętości komórki

• więcej niż ½ wszystkich błon

• pierwsze etapy glikozylacji, kontrola jakości, synteza lipidów i UPR (nieufałdowane białka)

• magazynowanie jonów wapnia

• sieć pęcherzyków, połączonych ze sobą, spłaszczonych w cysterny, szorstkie od strony cytozolowej przez obecność rybosomów

• w ER występują enzymy przeprowadzające potranslacyjną obróbkę białek błonowych i sekrecyjnych

• szorstkie - w rybosomach następuje biosynteza białek błonowych i sekrecyjnych

• gładkie - miejsce syntezy fosfolipidów; miejsce reakcji detoksykacyjnych

Transport białek do ER:

• kotranslacyjne: sekrecyjne, lizosomowe, błonowe, funkcyjne

• posttranslacyjne: transbłonowe

Steruje nim SRP, rozpoznający sekwencje sygnalną, hamuje translokacje tRNA na rybo somie oraz wspomaga przemieszczanie polipeptydów przez błony.

Receptor SRP- białko błonowe, umożliwiające dysocjację SRP i wiązanie się peptydu sygnałowego z translokonem (kanał translokacyjny w błonie). Po odłączeniu się SPR od kompleksu włącza się synteza białka, a powstające białko przechodzi na drugą stronę błony.

CHLOROPLASTY:

• jest tu DNA kolisty, rybosomowy, białka uczestniczące w replikacji DNA chloroplastowego

• w Stromie są plastoglobule - ziarna zawierające lipidy (chinony)

• błona wewnętrzna i zewnętrzna; soczewkowate, tuż pod błoną komórkową

• pęcherzyki tylakoidowe -> grana w Stromie (20-40 w komórce)

• w tylakoidach - chlorofil + enzymy (energia świetlna ->ATP) -> ziarna skrobiowe

• w Stromie następuje wiązanie CO2

• DNA kodujący niektóre białka chloroplastowe

• Wysoka zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz mało steroli

• Prekursorami są proplastydy w tkankach merystematycznych

• Leukoplasty - bezbarwne, amyloplasty bez tylakoidów ale z ziarnami skrobi, chromoplasty zółte albo czerwone

• Błona zewnętrzna przepuszczalna, wewnętrzna wybiórcza. Są tam białka biorące udzial w syntezie lipidów błony chloroplastowej

Cykl komórkowy :

• kariokineza

• cytokineza (razem tworzą fazę M)

Pomiędzy każdą fazą M jest interfaza (fazy: G1, S, G2)

• G1 - po podziale, przewaga procesów syntezy

• S - replikacja DNA

• Przygotowanie do podziału, organella się dzielą, synteza białek wrzeciona podziałowego

Upakowanie DNA:

• helisa

• nukleosomy (DNA na białka histonowe (H2A, H2B, H3, H4) ; H1 łączy nukleosomy ze sobą

• solenoid - helisa wyższego rzędu

• pętle wokół centralnego rusztowania białkowego -> chromosom

Komplementarne nici w helisie połączone są wiązaniami wodorowymi. Zasady przyjmują konformację anti; w roztworze wodnym - strukturę typu B.

Skręty - helisa. Superskręty - kabel telefoniczny.

Topologia cząsteczki:

Lk = Tw + Wr

Lk - liczba opleceń

Tw - liczba skrętów (ile razy nici się ze sobą krzyżują)

Wr - liczba super-skrętów ( dodatnie lub ujemne)

W warunkach fizjologicznych helisa przyjmuje konformację przypominającą strukturę B. (Tw=pz/10,5 pz-par zasad)

Sekwencje powtarzalne w genomie eukariotycznym:

1. powtórzenia tandemowe - następujące wielokrotnie po sobie, na tej samej nici, powtórzenia tej samej sekwencji DNA)

2. rozproszone sekwencje powtórzone - sekwencje o długości znacznie większej niż większośc elementów powtórzonych w sekwencjach tandemowych. Ich kopie są w rozproszeniu w całym genomie. Wykształciły się w toku ewolucji w wyniku transpozycji.

Transpozycja za pośrednictwem RNA - retrotranspozycja. Transpozony RNA nazywane są też retroelementami.

BAKTERIE

• błony komórkowe z fosfolipidów

• enzymy, rybosomy, nukleoid, ciałka inkluzyjne (magazyn energii), albo magnetofory.

• Ściana komórkowa z mureiny (poptydoglikan)

• Rozmnażanie przez podział.

Pojęcia:

• Topoizomerazy I i II - enzymy rozrywające wiązania fosfodiestrowe przed widełkami replikacyjnymi. I rozrywa w jednej nici, II - w obu. Każda z nich po rozerwaniu łączy nici. Prokariotyczne.

• Nukleosom -jednostka strukturalna chromatyny składająca się z odcinka DNA o długości ok. 200 par zasad, z których 146 nawiniętych jest na 8 histonów rdzeniowych (po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4 - tzw. oktamer histonowy) i tworzy tzw. cząstkę rdzeniową lub rdzeń nukleosomu. Nukleosom jest stabilizowany przez histon H1. Nukleosom wspólnie z histonem H1 nosi nazwę chromatosomu. Cząstki rdzeniowe łączą się za pomocą łącznikowego DNA

• Gen - fragment DNA zawierający informację genetyczną niezbędną dla syntezy we właściwym czasie i miejscu funkcjonalnego produktu (białko /RNA)

• Transgen - gen przenoszony między organizmami -> odmiany transgeniczne

• Replikacja - powielanie materiału genetycznego zawartego w DNA

• Transkrypcja - proces syntezy RNA na matrycy DNA przez różne polimerazy RNA, czyli przepisywanie informacji zawartej w DNA na RNA. Matryca jest odczytywana w kierunku 3' → 5', a nowa cząsteczka RNA powstaje w kierunku 5' → 3'. Transkrypcji podlega odcinek DNA od promotora do terminatora. Nazywamy go jednostką transkrypcji. Podczas transkrypcji polimeraza RNA buduje cząsteczkę RNA łącząc zgodnie z zasadą komplementarności pojedyncze rybonukleotydy według kodu matrycowej nici DNA.

• Translacja - proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA. W jego wyniku dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej zawartej pierwotnie w kodzie genetycznym DNA na konkretną strukturę białka, zależną od uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Translacja jest drugim (po transkrypcji) procesem w biosyntezie białka. Powstawanie łańcucha polipeptydowego sterowane jest przez sekwencję mRNA. Translacja odbywa się w cytoplazmie lub na błonach szorstkiej siateczki wewnątrzplazmatycznej. Proces ten jest katalizowany przez rybosom obejmujący podjednostkami przesuwającą się nić mRNA. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek, większej i mniejszej, które są zbudowane z białek i rRNA, a funkcję katalityczną pełnią enzymy (rybozymy) zawarte w dużej podjednostce rybosomu. Translacja na jednej cząsteczce mRNA może być prowadzona przez wiele rybosomów równocześnie. Taki kompleks mRNA związanego z wieloma rybosomami nazywa się polisomem lub polirybosomem

• Organizm modyfikowny genetycznie - organizm po ingerencji w geny w obrębie jednego gatunku

• Enzymy restrykcyjne - enzymy z grupy endonukleaz przecinające nić DNA w miejscu wyznaczanym przez specyficzną sekwencję DNA. Rozpoznawana sekwencja z reguły ma charakter symetryczny o długości od 4 do 8 par zasad (pz), choć zdarzają się częste wyjątki. Restryktazy wraz z metylazami DNA stanowią system restrykcji i modyfikacji DNA, który w organizmach prokariotycznych stanowi mechanizm obronny zapobiegający włączeniu DNA bakteriofaga do genomu bakterii. Niespecyficzność enzymów restrykcyjnych w niektórych warunkach nazywa się aktywnością star. Enzymy restrykcyjne naturalnie występują u bakterii i sinic, stanowiąc element tzw. systemu "restrykcji-modyfikacji". System ten chroni komórkę przed wnikaniem obcego DNA (np. DNA bakteriofagów).

• Wektor binarny - organizm przenoszący transgen ( chyba!!!!!!!!)

• Promotor - element regulatorowy genu - sekwencja nie ulegająca transkrypcji, lecz decydująca o jej inicjacji. Zawiera miejsca wiązania polimerazy RNA i czynników transkrypcyjnych

Nić DNA -> transkrypcja -> transkrypt - RNA. U prokariotow transkrypcja i translacja zachodzi w tym samym czasie

• Operon - zespół skłądający się z bakteryjnych genów strukturalnych kodowanych przez wspólne elementy regulatorowe ( promotor, operator) i czynnik regulatorowy (represor lub aktywator), kodowany przez swoisty dla danego operonu gen regulatorowy. Genu strukturalne zorganizowane w operon kodują z reguły enzymy zaangażowane w realizację skoordynowanych reakcji ( np. szlaków).

• Atenuacja - kontrolowana, przedwczesna terminacja transkrypcji, wywołana przez atenuator (naturalny terminator, zlokalizowany najczęsciej między operatorem a pierwszym genem strukturalnym operonu. Jest to mechanizm regulujący, występujący w przypadku operonów kodujących geny syntezy aminokwasów.

• Operator - region DNA oddziaływujący z represorem i w ten sposób kontrolujący ekspresję przyległego genu lub grupy genów., zwykle jest jesdnym z element ów regulatorowych operonu.

• Represja kataboliczna - hamujący wpływ glukozy jako najefektywniejszego substratu energetycznego na katabolizm innych cukrowców

• Geny strukturalne - kodujące polipeptydy lub stabilne cząsteczki RNA (tRNA, rRNA)

• Geny regulatorowe - geny kodujące białko regulujące ekspresję innych genów. Białkowe czynnyki ich ekspresji to czynniki transkrypcyjne (indukory lub represory) - czynniki działające w układzie trans.

• Sekwencja regulatorowa (=element działający w układzie cis) - fragment DNA nie kodujący żadnego produktu, lecz wpływający na ekspresję innej sekwencji DNA, z którą jest fizycznie powiązany.

• Palec cynkowy - struktury aminokwasów uniemożliwiające koordynacyjne wiązanie jonów cynku.

• Suwak leucynowy - hipotetyczna struktura, wspólna dla wielu białek wiążących DNA. Składa się z niezwykle długich a-helis, w których periodycznie pojawiają się reszty leucynowe.

• Geny indukowane - produkty ich ekspresji niezbędne są tylko w niektórych typach komórek lub tylko w pewnych warunkach.

• Enhancery - zwiększają wykorzystanie promotorów niektórych genów wzmacniających transkrypcję. Ich działania wiążą się z aktywnością czynników transkrypcyjnych

• Sekwencje konsensusowe - połączenie intron-ekson

• Telomeraza - enzym syntetyzujący końce telomeru (replikacja)

• Białka SSB - ich obecność i wiązanie z łańcuchem DNA uniemożliwia tworzenie struktur dwuniciowych (replikacja)

• Replikon - odcinek DNA ulegający replikacji, zainicjowanej w miejscu origin.

• Satelitarne DNA - tandemowo powtórzone niekodujące sekwencje dna. Podzielone w zależności od długości elementu powtórzonego i organizacji bloków powtórzeń na minisatelitarny DNA i mikrosatelitarny DNA.

• Elementy LTR - retrowirusy i retrotranspozony

• transpozony - − sekwencja DNA, która może przemieszczać się na inną pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycją. Transpozycja często powoduje mutacje i może zmieniać ilość DNA w genomie. Transpozony są także nazywane "wędrującymi genami" lub "skaczącymi genami" oraz "mobilnymi elementami genetycznymi"

• rodzina genów - grupa genów danego organizmu powstałych na drodze ewolucji z jednego genu

• geny ancestralne - na drodze ich różnicowania powstały nadrodziny genów, obejmujące rodziny

• skupienia genów - grupa genów z jednej rodziny, zlokalizowanych w bezpośrednim sąsiedztwie na chromosomie

• informacja genetyczna - dziedziczna informacja zapisana w postaci sekwencji DNA/RNA, decyduje o strukturze RNA i białek

• genom - całość informacji genetycznej zakodowanej w RNA/DNA. U prokariotów to monoploidalny zestaw chromosomów, a u bakterii - DNA bakteryjne. Są to sekwencje kodujące + niekodujące

• genotyp: - suma informacji genetycznej na wszystkich chromosomach jednego organizmu

-układ alleli jednego/kilku genów danego osobnika

• biologia molekularna - dział biologii zajmujący się procesami fizycznymi i biochemicznymi zachodzącymi w komórkach, warunkujących funkcjonowanie organizmu.

• Por jądrowy : wokół centralnej części jest 8 kanałów - dyfuzyjny sposób transportu jądrowego. W błonie jądrowej; od strony cytoplazmy są wypustki, od jądra - struktura kosza. Po interfazie się rozpada na pęcherzyki, potem jest odtwarzana przy udziale ER. Rozpad jest wynikiem fosforylacji podczas mitozy.

• Jąderko - widoczne w jądrze interfazowym. Synteza rRNA i składowanie podjednostek rybosomalnych. Ich liczna zależy od ilości chromosomów, wokół których tworzą się organizatory jąderkotwórcze; często zlewają się w jedno jąderko.

• Replisom - (aparat replikacyjny) - kompleks białkowy rozpoczynający i kontynuujący replikację DNA poprzez rozwijanie widełek replikacyjnych. Składa się z wielu białek, m.in. polimerazy DNA III, primazy, inicjatorowego białka DnaA, białka DnaB (helikazy) i białka DnaC.

• Białka Hu - małe, zasadowe, niespecyficzne. Wiążą DNA prokariotów.

• Euchromatyna - aktywna, zdolna do transkrypcji część chromatyny jądra interfazowego. Ma zróżniocwany, stosunkowo niski stopień upakowania, zajmuje większość jądra. Wrażliwa na działanie nukleaz. Może się przejściowo kondensować (heterochromatyna fakultatywna) - jest to postać bardziej upakowana niż heterochromatyna konstytutywna.

• Heterochromatyna - część chromatyny interfazowego jądra komórkowego o wysokim stopniu upakowania. Nieaktywna transkrypcyjnie.

-H. Fakultatywna - regiony chromosomów zawierające sekwencje, które w danym typie komórek nie są aktywne transkrypcyjnie, które ulegają kondensacji tworząc lokalne zagęszczenia (chromosomy)

-H. Konstytutywna - nie zawierają sekwencji kodującej

• Metylacja - dołączenie grupy matylowej do cytozyny

• Chromosomy politeniczne (olbrzymie) - w niektórych komórkach larw owadów. Powstają w wyniku wielokrotnych replikacji bez podziału komórek. Potomne nici nie tworzą chromosomów, ale układają się równolegle, pozostając ze sobą związane.

• Chromomery - prążki skondensowanej chromatyny

• Chromosomy szczoteczkowate - tworzą się w trakcie bardzo długiej mejozy w oocytach niektórych płazów. Pozostają w nierozciągniętej formie połączone chiazmami. To biwalenty mejotyczne.; wykazują aktywność transkrypcyjną.

• Topoizomery - cząsteczki DNA o identycznej sekwencji, różniące się jedynie parametrami topologicznymi - liczbą połączek ( Lk). Wzajemne przekształcanie się topoizomerów katalizują topoizomerazy (powstawanie lub usuwanie superskrętów - mogą przecinać nici.)

• Prymaza - prokariotyczna topoizomeraza II

• Pseudogen - nieaktywna forma genu będąca stabilnym elementem genomu. Powstaje w wyniku mutacji aktywnego genu.

• Gen niekompletny - nieaktywna forma genu powstała w wyniku delecji

Kod genetyczny: zasada zapisu sekwencji białek w genomach organizmów żywych w postaci następujących po sobie trójek (kodonów)

• zdegenerowany (20 aminokwasów koduje 61 kodonów)

• jednoznaczny ( 1 kodon - 1 aminokwas ; stały)

• nienakładający się

• bezprzestankowy

• uniwersalny

Aminoacylacja tRNA: aminokwas kowalencyjnie związany z końcem 3 tRNA. Translacja . Przed włączeniem do tRNA - redukcja aminokwasu + ATP -> aminoacyloadenylan (aminoacylo-AMP). Potem grupa aminoacylowa przenoszona jest na koniec 3.

Antykodon - trójka zasad odczytywana przez rybosom.

TRANSLACJA:

• inicjacja. Wiązanie się kompleksu preinicjującego (mała podjednostka rybosomalna + czynniki inicjatorowe) z końcem 5. Przemieszcza się po nici, aż do AUG - kodonu inicjującego. Tworzy się kompleks inicjujący (włączenie dużej podjednostki rybosomu)

• elongacja. Wiązanie aninoacylo tRNA; utworzenie wiązania peptydowego (peptydotransferaza w dużej podjednostce)-translokacja - rybosom przesuwa się 3 aminokwasy dalej.

• Terminacja. Czynnik uwalniający eRF (czynniki RF - terminujące) rozpoznaje trójkę STOP

TRANSKRYPCJA: syntetyzowanie na matrycy DNA przez polimerazy RNA. Odczytywanie 3-5. Substraty:trójfosforany nukleozydów. Koniec - najczęściej struktura spinki do włosów, a po niej powtórzenie co najmniej 3 U.

Czynniki transkrypcyjne: enhancery (wzmacnia) i silencery (osłabia)

Obróbka posttransrypcyjna:

• Dołączenie czapeczki na 5'

• Dołączenie ogonka poliA na 3' (dzięki czemu jest rozpoznawany jako własny kwas nukleinowy)

• Splicling - usuwanie intronów

• Edycja RNA (insercja, delecja, deaminacja nukleotydów)

---